Question

20．硝酸銨鈣晶體[5Ca（NO₃）₂•NH₄NO₃•10H₂O]極易溶于水，是一種綠色的復(fù)合肥料．
（1）硝酸銨鈣晶體的溶液顯酸性，原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ （用離子方程式表示）．
（2）已知磷酸鈣是一種難溶物，常溫下，其K_sp=2.0×10^-33，$\sqrt{2}$≈1.414．工業(yè)上生產(chǎn)硝酸銨鈣的方法是以硝酸浸取磷礦石得到的粗硝酸鈣（含硝酸鈣、磷酸鈣及硝酸）為原料制備，其生產(chǎn)流程如圖1：

①在粗硝酸鈣濁液中，c（Ca²⁺）≈0.1mol/L，則其中c（PO₄^3-）約為1.414×10^-15mol/L
②加入適量的碳酸鈣后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O．
③硝酸銨是一種易分解的物質(zhì)，保存和利用時，需控制在較低溫度．230～400℃時，它會分解成空氣中含量最大的兩種氣體，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₄NO₃$\frac{\underline{\;230～400℃\;}}{\;}$2N₂↑+O₂↑+4H₂O．
（3）生產(chǎn)硝酸銨鈣工廠的廢水中常含有硝酸銨，凈化方法有反硝化凈化法和電解法．
①NO₃^-在酸性條件下可轉(zhuǎn)化為N₂，該反硝化方法可用半反應(yīng)（同電極反應(yīng)式）表示2NO₃^-+10e^-+12H⁺═6H₂O+N₂↑．
②目前常用電解法凈化，工作原理如圖2所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）；
Ⅰ．陽極的電極反應(yīng)為2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，Ⅰ室可回收的產(chǎn)品為硝酸（填名稱）．
③Ⅱ．Ⅲ室可回收到氨氣，請結(jié)合方程式和文字解釋其原因電解時Ⅲ室氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)（或2H⁺+2e^-=H₂），使堿性增強(qiáng)，同時NH₄⁺通過陽離子膜進(jìn)入III 室，發(fā)生反應(yīng)：NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O，生成氨氣．

Answer 1

分析 （1）銨根離子水解顯酸性；
（2）粗硝酸鈣（含硝酸鈣、難溶物及硝酸）加水溶解，過濾得含硝酸鈣和硝酸的溶液，加入碳酸鈣與硝酸銨反應(yīng)生成硝酸銨鈣、水和二氧化碳?xì)怏w，溶液為硝酸鈣和硝酸銨的混合溶液，蒸發(fā)結(jié)晶得到硝酸銨鈣[5Ca（NO₃）₂•NH₄NO₃•10H₂O]晶體．
①根據(jù)K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=[c（Ca²⁺）]³×c（PO₄^3-）計算；
②粗硝酸鈣（含硝酸鈣、難溶物及硝酸）加水溶解，過濾得含硝酸鈣和硝酸的溶液，加入碳酸鈣與硝酸反應(yīng)生成硝酸鈣、水和二氧化碳?xì)怏w；
③硝酸銨分解生成氮氣和氧氣以及水；
（3）①反硝化是利用某些細(xì)菌在酸性條件下將NO₃^-得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，據(jù)此書寫；
②根據(jù)膜電解法陽極上為水失電子發(fā)生的氧化反應(yīng)；Ⅰ室消耗氫氧根離子使酸性增強(qiáng)，與向陽極移動的硝酸根結(jié)合成硝酸；
③電解時，Ⅲ室為陰極應(yīng)為氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，消耗氫離子使堿性增強(qiáng)，與向陰極移動的銨根離子反應(yīng)生成氨氣，據(jù)此分析．

解答 解：（1）銨根離子水解顯酸性，則水解離子反應(yīng)為NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；
（2）①K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2×10^-33，c（Ca²⁺）≈0.1mol/L，K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=[c（Ca²⁺）]³×c（PO₄^3-）=2×10^-33，（0.1）³×c²（PO₄^3-）=2×10^-33，$\sqrt{2}$≈1.414．c（PO₄^3-）=1.414×10^-15mol/L，
故答案為：1.414×10^-15mol/L；
②加入碳酸鈣與硝酸反應(yīng)生成硝酸鈣、水和二氧化碳?xì)怏w，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案為：CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；
③空氣中含量最大的兩種氣體分別是氮氣和氧氣，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理得出硝酸銨分解方程式為：2NH₄NO₃$\frac{\underline{\;230～400℃\;}}{\;}$2N₂↑+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2NH₄NO₃$\frac{\underline{\;230～400℃\;}}{\;}$2N₂↑+O₂↑+4H₂O；
（3）①反硝化是利用某些細(xì)菌在酸性條件下將NO₃^-轉(zhuǎn)化為N₂，即NO₃^-得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，反應(yīng)式為2NO₃^-+10e-+12H⁺═6H₂O+N₂↑，
故答案為：2NO₃^-+10e-+12H⁺═6H₂O+N₂↑；
②膜電解法陽極上為水失電子發(fā)生的氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為2H₂O-4e-═4H⁺+O₂↑，則Ⅰ室陽極消耗氫氧根離子使酸性增強(qiáng)，與向陽極移動的硝酸根結(jié)合成硝酸，所以Ⅰ室可回收的產(chǎn)品為硝酸，
故答案為：2H₂O-4e-═4H⁺+O₂↑；硝酸；
③電解時，Ⅲ室為陰極應(yīng)為氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)（或2H⁺+2e^-=H₂），則消耗氫離子使堿性增強(qiáng)，與向陰極移動的銨根離子反應(yīng)生成氨氣，發(fā)生反應(yīng)：NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O，所以Ⅲ室可回收到氨氣，
故答案為：電解時Ⅲ室氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)（或2H⁺+2e^-=H₂），使堿性增強(qiáng)，同時NH₄⁺通過陽離子膜進(jìn)入III 室，發(fā)生反應(yīng)：NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O，生成氨氣．

點評 本題主要考查了工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨鈣的原理及廢水的處理，意在考查考生閱讀新信息，處理新情況的能力，電解裝置的分析及其電極反應(yīng)式的書寫是易錯點，題目難度中等．