Question

氮元素的化合物在工农业以及国防科技中用途广泛，但也会对环境造成污染，如地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题．
（1）某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO₃（aq）反应探究脱氮原理．实验前：
①用0.1mol?L^-1H₂SO₄（aq）洗涤Fe粉，其目的是

 

，然后用蒸馏水洗涤至中性；
②将KNO₃（aq）的pH调至2.5；
③为防止空气中的

 

（写化学式）对脱氮的影响，应向KNO₃溶液中通入N₂．
（2）用足量Fe粉还原上述KNO₃（aq）过程中，反应物与生成物的离子浓度、pH随时间的变化关系如图所示．请根据图中信息写出t₁时刻前该反应的离子方程式：

 

．
（3）神舟载人飞船的火箭推进器中常用肼（N₂H₄）作燃料．NH₃与NaClO反应可得到肼（N₂H₄），该反应中被氧化与被还原的元素的原子个数之比为

 

，如果反应中有5mol电子发生转移，可得到肼

 

 g．
（4）常温下向25mL0.01mol/L稀盐酸中缓缓通入5.6mL NH₃（标准状况，溶液体积变化忽略不计），反应后溶液中离子浓度由大到小的顺序是

 

，在通入NH₃的过程中溶液的导电能力

 

（填写“变大”、“变小”或“几乎不变”）．
（5）向上述溶液中继续通入NH₃，该过程中离子浓度大小关系可能正确的是

 

（选填编号）．
a．c（Cl^-）=c（NH₄⁺）＞c（H⁺）=c（OH^-）        
b．c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）
c．c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）       
d．c（OH^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（Cl^-）
（6）常温下向25mL含HCl0.01mol的溶液中滴加氨水至过量，该过程中水的电离平衡

 

（填写电离平衡移动情况）．当滴加氨水到25mL时，测得溶液中水的电离度最大，则氨水的浓度为

 

mol?L^-1．

Answer 1

考点：铁及其化合物的性质实验,水的电离,离子浓度大小的比较

专题：实验设计题,电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）铁表面有铁锈加入硫酸可除去，除去溶液中的氧气，可向溶液中通入氮气；
（2）根据图象判断出离子浓度减小的有H⁺、NO₃^-，增大的有Fe²⁺ 和NH₄⁺，故反应物为Fe和H⁺、NO₃^-，生成物为Fe²⁺ 和NH₄⁺，可写出化学方程式为4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
（3）根据得失电子守恒，结合原子守恒配平；依据得失电子计算即可；
（4）n（HCl）=0.01mol×0.025L=2.5×10^-4 mol，氨气的物质的量=

5.6×10-3L

22.4L/mol

=2.5×10^-4 mol，二者恰好反应生成氯化铵，溶液中离子浓度几乎不变；
（5）向上述溶液中继续通入NH₃，溶液可能呈碱性或中性；
（6）酸或碱都抑制水电离，当二者恰好反应生成氯化铵时，水的电离程度最大．

解答： 解：（1）H₂SO₄可以除去Fe粉表面的氧化物；为防止空气中的O₂对脱氮的影响，可向KNO₃溶液中通入N₂，排出O₂，故答案为：去除铁粉表面的氧化物等杂质； O₂；
（2）t₁时刻前H⁺、NO₃^- 浓度减小，Fe²⁺ 和NH₄⁺的浓度增大，故反应的离子方程式为4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，故答案为：4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
（3）NaClO和NH₃反应生成N₂H₄、NaCl和水，N元素的化合价从-3价升高到-2价转移1个电子，所以1个分子转移2个电子；NaClO中Cl元素的化合价从+1价减低到-1价转移2个电子，所以1个分子转移2个电子；根据得失电子守恒配平计量数：NaClO为1，NH₃为2，再根据原子守恒平衡方程式为：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O，所以该反应中被氧化的原子与被还原的原子物质的量之比是2：1，如果反应中有5mol电子发生转移，可得到肼：

5

2

×32=80g，故答案为：2：1；80；
（4）n（HCl）=0.01mol×0.025L=2.5×10^-4 mol，氨气的物质的量=

5.6×10-3L

22.4L/mol

=2.5×10^-4 mol，二者恰好反应生成氯化铵，溶液呈酸性，即c（H⁺）＞c（OH^-），依据溶液呈电中性有：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），因为c（H⁺）＞c（OH^-），∴c（NH₄⁺）＜c（Cl^-），故离子浓度大小关系为：c（Cl^-）＞（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞+c（OH^-），溶液中离子浓度几乎不变，所以导电能力几乎不变，故答案为：c（Cl^-）＞（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞+c（OH^-），几乎不变；
（5）a．溶液呈中性时，c（H⁺）=c（OH^-），根据电荷守恒得c（Cl^-）=c（NH₄⁺），溶液中水的电离程度很小，所以存在c（Cl^-）=c（NH₄⁺）＞c（H⁺）=c（OH^-），故a正确；
b．继续通入氨气时，水的电离程度减小，则不能出现c（NH₄⁺）=c（H⁺），故b错误；
c．溶液中的溶质为一水合氨和氯化铵且一水合氨浓度远远大于氯化铵时，可能存在c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺），故c正确；
d．溶液呈碱性时，溶液中氢离子浓度很小，不能出现c（H⁺）＞c（Cl^-），故d错误；
故选ac；
（6）常温下向25mL含HCl0.01mol的溶液中滴加氨水至过量，该过程中水的电离平衡先正向移动，后逆向移动，酸或碱都抑制水电离，当二者恰好反应生成氯化铵时，水的电离程度最大，则一水合氨的物质的量为0.01mol，其浓度=

0.01mol

0.025L

=0.4mol/L，
故答案为：先正向移动，后逆向移动；0.4．

点评：本题考查了离子浓度大小比较，根据溶液中的溶质及溶液酸碱性再结合守恒思想分析解答，明确（6）题何时水的电离程度最大，为易错点．