Question

【題目】氮及其化合物存在如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：

（1）在氨氮廢水中通入一定量的氯氣，利用產(chǎn)生的HClO可除去廢水中含有的游離氨或銨鹽。

已知 NH4+ + HClO NH2Cl + H＋ + H2O H = a kJmol-1

2NH2Cl + HClO N2 + H2O + 3H＋ + 3Cl－ H = b kJmol-1

則 2NH4+ + 3HClO N2 + 3H2O + 5H＋ + 3Cl－ H =______kJmol-1

（2）電解法也可除去水中的氨氮，實驗室用石墨電極電解一定濃度的(NH4)2SO4與NaCl的酸性混合溶液來模擬。

① 電解時，陽極的電極反應(yīng)式為________。

② 電解過程中，溶液初始Cl－濃度和pH對氨氮去除速率與能耗（處理一定量氨氮消耗的電能）的影響關(guān)系如圖1和圖2所示。

圖1 Cl－濃度對氨氮去除速率、能耗的影響 圖2初始pH對氨氮去除速率、能耗的影響

圖1中當Cl－濃度較低時、圖2中當初始pH達到12時，均出現(xiàn)氨氮去除速率低而能耗高的現(xiàn)象，共同原因是________；圖2中，pH為6時處理效果最佳，當pH過低時，處理效果不佳的原因可能是________。

③ 當溶液中Cl－濃度較高時，測得溶液中的NO濃度會隨之增大，可能的原因是________。

（3）某工廠將含NH4+廢水的去除與工業(yè)廢氣（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考慮其他成分）的去除結(jié)合起來，設(shè)計了如下方案：

① 固體I的成分為________。

② 為使100L 150 mg/L（濃度均以氮原子計，下同）的含NH4+ 廢水達到國家二級排放標準10mg/L，圖中通入的氧氣在標準狀況下的體積至少為________L。

Answer 1

【答案】 2a + b 2Cl－－2e－ Cl2↑ （或Cl－－2e－+ H2O HClO + H+或2NH－6e－ N2+ 8H+或3H2O + NH－8e－ NO+ 10H+） 陽極可能OH－放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能 c(H+)增加，Cl2與水反應(yīng)平衡（Cl2+ H2O Cl－+ H+ + HClO）逆向移動，產(chǎn)生的Cl2從溶液中逸出 Cl－濃度較高時，產(chǎn)生的Cl2（或HClO）較多，會將NH氧化為NO Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3 33.6

【解析】（1）已知① NH4+ + HClO = NH2Cl + H＋ + H2O H = a kJmol-1②2NH2Cl + HClO = N2 + H2O + 3H＋ + 3Cl－ H = b kJmol-1，2×①+②得，則 2NH4+ + 3HClO = N2 + 3H2O + 5H＋ + 3Cl－ H =（ 2a + b） kJmol-1；（2）① 電解時，陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極的電極反應(yīng)式為 2Cl－－2e－ = Cl2↑ （或Cl－－2e－+ H2O = HClO + H+或2NH－6e－= N2+ 8H+或3H2O + NH－8e－ = NO+ 10H+）。②圖1中當Cl－濃度較低時、圖2中當初始pH達到12時，均出現(xiàn)氨氮去除速率低而能耗高的現(xiàn)象，共同原因是氨氮去除速率低而能耗高的原因可能是陽極發(fā)生的反應(yīng)為4OH－-4e－=O2↑+H2O，則陽極可能OH－放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能；當Cl－濃度較高時，測得溶液中的NO3－濃度也較高，可能的原因是Cl－濃度較高時，產(chǎn)生的Cl2（或HClO）較多，會將NH氧化為NO 。（3）① 固體I中有過量的Ca(OH)2、以及吸收CO2、SO2后生成的CaCO3、CaSO3，固體I的成分為Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3 。

② 氮的物質(zhì)的量為：100L（150 mg·L－1-10mg·L－1 ）=14000mg=14g，n(N)=14g/14g·mol-1=1mol，圖中-3的氮升高到+3價，由電子守恒：n(N)×(3-(-3))=n(O2)×4，n(O2)= =1.5mol，V（O2）=1.5mol×22.4L/mol=33.6L。