Question

【題目】氮及其化合物存在如下轉化關系：

（1）在氨氮廢水中通入一定量的氯氣，利用產生的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，均出現氨氮去除速率低而能耗高的現象，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+廢水的去除與工業廢氣（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考慮其他成分）的去除結合起來，設計了如下方案：

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，產生大量氧氣，消耗電能 c(H+)增加，Cl2與水反應平衡（Cl2+ H2O Cl－+ H+ + HClO）逆向移動，產生的Cl2從溶液中逸出 Cl－濃度較高時，產生的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，陽極失去電子發生氧化反應，陽極的電極反應式為 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，均出現氨氮去除速率低而能耗高的現象，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生的反應為4OH－-4e－=O2↑+H2O，則陽極可能OH－放電，產生大量氧氣，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。