Question

（1）环境专家认为可以用金属铝将水体中的NO₃^-转化为N₂，从而清除污染．该反应中涉及的粒子有：H₂O、Al、OH^-、Al（OH）₃、NO₃^-、N₂，请将各粒子分别填入以下空格内（不用配平）．该反应过程中，被氧化与被还原的元素的物质的量之比为______．
（2）我国首创的海洋电池以海水为电解质溶液，电池总反应为：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．电池正极的电极反应式为______；正极材料采用了铂网，利用铂网为正极的优点是______．
（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
写出铝与氧化铁发生铝热反应的热化学方程式______．
（4）将一定质量的钠铝合金置于水中，合金全部溶解，得到20mol，pH=14的溶液，然后2mol/L盐酸滴定，可得沉淀质量与消耗的盐酸体积关系如下图：则反应过程中产生氢气的总体积为______L（标准状况）．

Answer

（1）根据金属铝将水体中的NO3-转化为N2，可知Al元素的化合价升高，在反应中被氧化，N元素的化合价降低，在反应中被还原，利用电子守恒来计算；
（2）根据电池总反应4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3可知，Al作负极，氧气在正极上得电子发生还原反应，再利用铂的性质及网状结构分析其优点；
（3）根据已知的反应和盖斯定律来计算目标反应的反应热，并书写热化学反应方程式；
（4）根据2Na+2H2O═2NaOH+H2↑、2Al+2H2O+2NaOH═2NaAlO2+3H2↑、NaOH+HCl═NaCl+H2O、NaAlO2+HCl+H2O═Al（OH）3↓+NaCl，结合图象来计算金属的物质的量，再利用电子守恒来计算氢气的物质的量，最后计算其体积．
【解析】
（1）由金属铝将水体中的NO3-转化为N2可知，在NO3-+Al+H2O→Al（OH）3+N2+OH-中，Al元素被氧化，N元素被还原，则被氧化与被还原的元素的物质的量分别为x、y，由电子守恒可知，
x×（3-0）=y×（5-0），
解得x：y=5：3，
即被氧化与被还原的元素的物质的量之比为5：3，故答案为：5：3；
（2）由电池总反应4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3可知，Al作负极，氧气在正极上得电子发生还原反应，
正极反应为2H2O+O2+4e-=4OH-，
又正极材料使用铂网，是因铂性质稳定不与氧气反应，网状结构可以增大与氧气的接触面积，
故答案为：2H2O+O2+4e-=4OH-；铂性质稳定不与氧气反应，网状结构可以增大与氧气的接触面积；
（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，
根据盖斯定律可知，①×+②-③×可得，
2Al（s）+Fe2O3（s）=2Fe（s）=2Fe（s）+Al2O3（s）△H=-593.1kJ/mol，
故答案为：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，
反应后n（Na）=n（NaCl）=n（NaOH）+n（NaAlO2），
由图象可知，30mL盐酸生成沉淀最大，则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，
则n（Al）=n（NaAlO2）=0.06mol-0.02mol=0.04mol，
即合金中Na为0.06mol、Al为0.04mol，设反应过程中产生氢气的物质的量为n，
由电子守恒可知，0.06mol×1+0.04mol×3=n×2×1，
解得n=0.09mol，
所以在标况下其体积为0.09mol×22.4L/mol=2.016L，
故答案为：2.016．