题目

题型：不详难度：来源：

（12分）当今水体的污染成为人们关注的焦点。利用化学原理可以对工厂排放的废水进行有效检测与合理处理。
（1）废水中的N、P元素是造成水体富营养化的关键因素，农药厂排放的废水中常含有较多的NH₄⁺和PO₄^3－，一般可以通过以下两种方法将其除去。
①方法一：将Ca(OH)₂或CaO 投加到待处理的废水中，生成磷酸钙，从而进行回收。已知常温下K_sp[Ca₃(PO₄)₂]＝2.0×10^－33，当处理后的废水中c(Ca²⁺)＝2.0×10^－7 mol·L^－1时，溶液中c(PO₄^3－)＝     mol·L^－1。
②方法二：在废水中加入镁矿工业废水，就可以生成高品位的磷矿石——鸟粪石，反应的方程式为Mg²⁺＋NH₄⁺＋PO₄^3－＝MgNH₄PO₄↓。该方法中需要控制污水的pH为7.5～10.0，若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低。其原因可能为           ；与方法一相比，方法二的优点为                    。
（2）染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO₂^－，可在碱性条件下加入铝粉除去，加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。现有1.0t含氮质量分数为0.035％的NO₂^－废水，用此法完全处理后生成的AlO₂^－的物质的量为      。
（3）工业上也会利用铝粉除去含氮废水中的NO₃^－。现在处理100m³浓度为2.0×10^－4 mol·L^－1的NaNO₃溶液，加入一定量的2 mol·L^－1的NaOH溶液和铝粉，控制溶液pH在10.7左右，加热，使产生的气体全部逸出，当NaNO₃反应掉一半时，测得氮气和氨气的体积比为4∶1，求此过程中消耗铝的质量。（写出计算过程，无过程以0分计算）
                                          

答案

（1）①5.0×10^－7                                                           （2分）
②当pH高于10.7时，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^－反应，平衡向逆反应方向移动；（2分）能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水                      （2分）
（2）50 mol（根据2Al + NO₂^―+OH^―+ 2H₂O＝2AlO₂^―+ NH₃·H₂O计算，训练单位换算）
（2分）
（3）参加反应的n(NaNO₃)＝100m³×10³ L·m^－3×2.0×10^－4 mol·L^－1×1/2＝10mol  （4分）
[方法1] 根据方程式：16Al + 9NO₃^―+7OH^―＝16AlO₂^―+ 4N₂↑+ NH₃↑+ 2H₂O    
16     9
n(Al)  10mol   
n(Al) ＝160/9mol                     
[方法2] 根据氮原子守恒，还原产物氮气和氨气中的氮原子之比为8∶1，即可得：
生成的n(N₂)＝(10mol×8/9)/2＝40/9mol；n(NH₃)＝10mol×1/9＝10/9mol      
根据电子转移守恒，可得：
40/9mol×10＋10/9mol×8＝n(Al)×3；n(Al)＝160/9mol                   
此过程中消耗m(Al)＝160/9mol×27 g·mol^－1＝480g       
[其他合理解答也给分]

解析

略