Question

（1）環(huán)境專家認為可以用金屬鋁將水體中的NO₃^-轉化為N₂，從而清除污染．該反應中涉及的粒子有：H₂O、Al、OH^-、Al（OH）₃、NO₃^-、N₂，請將各粒子分別填入以下空格內（不用配平）．該反應過程中，被氧化與被還原的元素的物質的量之比為______．
（2）我國首創(chuàng)的海洋電池以海水為電解質溶液，電池總反應為：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．電池正極的電極反應式為______；正極材料采用了鉑網(wǎng)，利用鉑網(wǎng)為正極的優(yōu)點是______．
（3）已知：4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（g）△H=-2834.9kJ/mol
Fe₂O₃（s）+C（s）=CO₂（g）+2Fe（s）△H=234.1kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
寫出鋁與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應的熱化學方程式______．
（4）將一定質量的鈉鋁合金置于水中，合金全部溶解，得到20mol，pH=14的溶液，然后2mol/L鹽酸滴定，可得沉淀質量與消耗的鹽酸體積關系如下圖：則反應過程中產(chǎn)生氫氣的總體積為______L（標準狀況）．

Answer 1

解：（1）由金屬鋁將水體中的NO₃^-轉化為N₂可知，在NO₃^-+Al+H₂O→Al（OH）₃+N₂+OH^-中，Al元素被氧化，N元素被還原，則被氧化與被還原的元素的物質的量分別為x、y，由電子守恒可知，
x×（3-0）=y×（5-0），
解得x：y=5：3，
即被氧化與被還原的元素的物質的量之比為5：3，故答案為：5：3；
（2）由電池總反應4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃可知，Al作負極，氧氣在正極上得電子發(fā)生還原反應，
正極反應為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，
又正極材料使用鉑網(wǎng)，是因鉑性質穩(wěn)定不與氧氣反應，網(wǎng)狀結構可以增大與氧氣的接觸面積，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；鉑性質穩(wěn)定不與氧氣反應，網(wǎng)狀結構可以增大與氧氣的接觸面積；
（3）由①4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃（g）△H=-2834.9kJ/mol，
②Fe₂O₃（s）+C（s）=CO₂（g）+2Fe（s）△H=234.1kJ/mol，
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律可知，①×+②-③×可得，
2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-593.1kJ/mol，
故答案為：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-593.1kJ/mol；
（4）由2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑、NaOH+HCl═NaCl+H₂O、
NaAlO₂+HCl+H₂O═Al（OH）₃↓+NaCl可知，
反應后n（Na）=n（NaCl）=n（NaOH）+n（NaAlO₂），
由圖象可知，30mL鹽酸生成沉淀最大，則n（NaCl）=n（HCl）=0.03L×2mol/L=0.06mol，
由合金全部溶解后得到20mol，pH=14的溶液，n（NaOH）=0.02L×1mol/L=0.02mol，
則n（Al）=n（NaAlO₂）=0.06mol-0.02mol=0.04mol，
即合金中Na為0.06mol、Al為0.04mol，設反應過程中產(chǎn)生氫氣的物質的量為n，
由電子守恒可知，0.06mol×1+0.04mol×3=n×2×1，
解得n=0.09mol，
所以在標況下其體積為0.09mol×22.4L/mol=2.016L，
故答案為：2.016．
分析：（1）根據(jù)金屬鋁將水體中的NO₃^-轉化為N₂，可知Al元素的化合價升高，在反應中被氧化，N元素的化合價降低，在反應中被還原，利用電子守恒來計算；
（2）根據(jù)電池總反應4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃可知，Al作負極，氧氣在正極上得電子發(fā)生還原反應，再利用鉑的性質及網(wǎng)狀結構分析其優(yōu)點；
（3）根據(jù)已知的反應和蓋斯定律來計算目標反應的反應熱，并書寫熱化學反應方程式；
（4）根據(jù)2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑、NaOH+HCl═NaCl+H₂O、NaAlO₂+HCl+H₂O═Al（OH）₃↓+NaCl，結合圖象來計算金屬的物質的量，再利用電子守恒來計算氫氣的物質的量，最后計算其體積．
點評：本題考查氧化還原反應、原電池、蓋斯定律計算反應熱、化學反應與圖象的計算，難度較大，知識的綜合性較高，（4）是學生解答中的難點，注意守恒法在解題中的重要作用．