17.廢水中的氮常以含氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在.生物處理的方法是先將大多數(shù)有機態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮,然后通過進一步轉(zhuǎn)化成N2而消除污染.
生物除氮工藝有以下幾種方法:
【方法一】在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用,將廢水中氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為中間過渡形態(tài)的硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌,硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮被水中的有機物還原為氮氣,見圖中之①.反應(yīng)過程為如下(注:有機物以甲醇表示;當(dāng)廢水中有機物不足時,需另外投加有機碳源).
2NH4++3O2═2HNO2+2H2O+2H+            2HNO2+O2═2HNO3
6NO3-+2CH3OH→6NO2-+2CO2+4H2O       6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-
【方法二】與方法一相比,差異僅為硝化過程的中間過渡形態(tài)只有亞硝酸態(tài)氮.見圖中

請回答以下問題:
(1)NH4+的空間構(gòu)型為正四面體.大氣中的氮氧化物的危害有破壞臭氧層和光化學(xué)污染、形成酸雨等.
(2)方法一中氨態(tài)氮元素1g轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮時需氧的質(zhì)量為4.57g.
(3)從原料消耗的角度說明方法二比方法一有優(yōu)勢的原因:節(jié)省氨態(tài)氮氧化到硝酸態(tài)氮所需消耗的氧,還可節(jié)省還原硝酸態(tài)氮到氮氣的有機碳源.
(4)自然界中也存在反硝化作用,使硝酸鹽還原成氮氣,從而降低了土壤中氮素營養(yǎng)的含量,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利,農(nóng)業(yè)上通過松土作業(yè),以防止反硝化作用.其原因是增加與氧氣的接觸,防止反硝化作用.
(5)荷蘭Delft大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實驗室試驗確認了一種新途徑.在厭氧條件下,以亞硝酸鹽作為氧化劑,在自養(yǎng)菌作用下將氨態(tài)氮(氨態(tài)氮以NH4+表示)氧化為氮氣(見圖中過程③).其反應(yīng)離子方程式為NH4++NO2-$\frac{\underline{\;自養(yǎng)菌\;}}{\;}$N2↑+2H2O.

分析 (1)依據(jù)銨根離子結(jié)構(gòu)分析判斷;
(2)根據(jù)化學(xué)方程式進行計算;
(3)對比方法一、二,發(fā)現(xiàn)方法一中將亞硝酸氧化到硝酸態(tài),再用甲醇還原生成亞硝酸態(tài)的步驟;
(4)題中明確反硝化就是硝酸鹽還原成氮氣,故防止反硝化就是防止還原的發(fā)生,提供氧化劑即可;
(5)根據(jù)題干信息可知:反應(yīng)物是NO2-和NH4+,有N2生成,反應(yīng)中只有氮元素發(fā)生變價,結(jié)合質(zhì)量守恒定律可知:生成物還有H2O,然后進行配平即可,注意反應(yīng)條件.

解答 解:(1)銨根離子是氨氣結(jié)合氫離子形成的陽離子,氮原子和氫原子形成四個共價鍵,結(jié)構(gòu)為正四面體,大氣中的氮氧化物的危害有形成光化學(xué)煙霧、酸雨、破壞臭氧層等危害,
故答案為:正四面體;破壞臭氧層、光化學(xué)污染、形成酸雨等;
(2)由2NH4++3O2═2HNO2+2H2O+2H+和2HNO2+O2═2HNO3
2NH4++4O2═2HNO3+2H2O+2H+
36    128
1g    4.57g
故氨態(tài)氮元素1g轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮(硝酸態(tài)氮以HNO3表示)時需氧氣的質(zhì)量為4.57g;
故答案為:4.57;
(3)在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用,將廢水中氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為中間過渡形態(tài)的硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌,硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮被水中的有機物還原為氮氣,與方法一相比方法二,差異僅為硝化過程的中間過渡形態(tài)只有亞硝酸態(tài)氮,從原料消耗的角度說明方法二比方法一有優(yōu)勢的原因是節(jié)省氨態(tài)氮氧化到硝酸態(tài)氮所需消耗的氧,還可節(jié)省還原硝酸態(tài)氮到氮氣的有機碳源,
故答案為:節(jié)省氨態(tài)氮氧化到硝酸態(tài)氮所需消耗的氧,還可節(jié)省還原硝酸態(tài)氮到氮氣的有機碳源;
(4)自然界中也存在反硝化作用,使硝酸鹽還原成氮氣,從而降低了土壤中氮素營養(yǎng)的含量,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利,農(nóng)業(yè)上通過松土作業(yè),以防止反硝化作用,增加與氧氣的接觸,
故答案為:增加與氧氣的接觸,防止反硝化作用;
(5)反應(yīng)物是NO2-和NH4+,生成物還有H2O,N2,電荷守恒和原子守恒寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式為::NH4++NO2-$\frac{\underline{\;自養(yǎng)菌\;}}{\;}$N2↑+2H2O,
故答案為:NH4++NO2-$\frac{\underline{\;自養(yǎng)菌\;}}{\;}$N2↑+2H2O.

點評 本題考查了氮及其化合物性質(zhì)、元素守恒的計算、過程分析判斷比較等知識點,掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵,題目難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

7.(1)根據(jù)分子中所含官能團可預(yù)測有機化合物的性質(zhì).
①下列化合物中能發(fā)生消去反應(yīng)的是bc(填字母).
a.CH3OH         b.CH3CH2Cl      c.CH3CH2OH   d.
②下列化合物中,常溫下易被空氣氧化的是d(填字母).

(2)甲苯()是一種重要的有機化工原料.
①甲苯分子中一定共平面的碳原子有7個.
②甲苯苯環(huán)上的一溴代物有3種,請寫出其中一種的結(jié)構(gòu)簡式
③除去苯中混有的少量甲苯,可選用的試劑是高錳酸鉀溶液.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

8.等電子體具有結(jié)構(gòu)相似的特征.下列各對粒子中,空間結(jié)構(gòu)相似的是( 。
A.CS2與NO2B.SO2與O3C.NCl3與BF3D.NH3與SO3

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

5.設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,下列有關(guān)敘述正確的是( 。
A.25℃時,1L pH=13的Ba(OH)2溶液中含有OH-的數(shù)目為0.2NA
B.取50mL 18.0mol/L濃硫酸與足量的銅片反應(yīng),生成氣體分子的數(shù)目為0.45NA
C.1L 0.1 mol•L-1碳酸鈉溶液中,陰離子數(shù)目大于0.1NA
D.53.5gNH4Cl中存在的共價鍵總數(shù)為5NA

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

12.分子式為C5H10O2的有機物X,在酸性條件能夠發(fā)生水解反應(yīng)生成相對分子質(zhì)量相等的兩種有機物,符合條件的有機物X有( 。
A.2種B.4種C.9種D.13種

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

2.為了改善空氣質(zhì)量,下列措施不合理的是(  )
A.倡導(dǎo)綠色化學(xué)理念,努力實現(xiàn)“原子經(jīng)濟”
B.控制城市機動車保有量,實行機動車限號行駛
C.淘汰落后產(chǎn)能,將污染嚴(yán)重的企業(yè)從城市遷往農(nóng)村
D.減少化石能源的使用,大力發(fā)展太陽能、風(fēng)能等新能源

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

9.下表列出了①~⑨九種元素在周期表中的位置.
       族
周期
ⅠA0
1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA
2
3
請按要求回答下列問題:
(1)①~⑨九種元素中非金屬性最強的是F(填元素符號).
(2)元素⑧的原子結(jié)構(gòu)示意圖是
(3)元素②、⑧的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性較強的是CH4(填化學(xué)式);元素⑥、⑦的最高價氧化物對應(yīng)的水化物的堿性較強的是NaOH(填化學(xué)式).
(4)②、③、⑧三種元素的原子半徑由大到小的順序是Si>C>N(填元素符號).
(5)元素⑤、⑥組成的化合物的化學(xué)鍵類型是離子鍵.
(6)元素⑥的最高價氧化物對應(yīng)的水化物與元素⑨的氫化物溶于水形成的溶液反應(yīng)的離子方程式是H++OH-=H2O.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

6.已知室溫時,0.1mol/L某一元酸HA在水中有0.1%發(fā)生電離,回答下列問題:
(1)該溶液中c(H+)=10-4 mol/L.由水電離出的c(H+)=10-10 mol/L.
(2)已知MgA2是難溶電解質(zhì),則其溶解平衡時的Ksp(MgA2)=c(Mg2+)c2(A-);
(3)pH=3的鹽酸和pH=3的HA溶液各稀釋至其體積的100倍,稀釋后鹽酸的pH大于(填“大于”、“小于”或“等于”)HA溶液的pH;
(4)NaA的水溶液顯堿性,原因是A-+H2O?HA+OH-(用離子方程式表示).
(5)欲測定某NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度,可用0.1000mol•L-1HA標(biāo)準(zhǔn)溶液進行中和滴定(用酚酞作指示劑).滴定時,盛裝標(biāo)準(zhǔn)HA的儀器名稱為酸式滴定管;滴定至終點的顏色變化為溶液由紅色變成無色,且半分鐘內(nèi)不褪色.下列哪些操作會使測定結(jié)果偏高AC(填序號).
A.錐形瓶用蒸餾水洗凈后再用待測液潤洗
B.酸式滴定管用蒸餾水洗凈后再用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗
C.滴定前酸式滴定管尖端氣泡未排除,滴定后氣泡消失
D.滴定前讀數(shù)正確,滴定后俯視滴定管讀數(shù).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

7.下列物質(zhì)分類正確的是( 。
A.SO2、SiO2、CO均為酸性氧化物B.多肽、油脂、淀粉均為酯類
C.燒堿、冰醋酸、四氯化碳均為電解質(zhì)D.福爾馬林、漂粉精、氨水均為混合物

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