(12分)当今水体的污染成为人们关注的焦点。利用化学原理可以对工厂排放的废水进行有效检测与合理处理。
(1)废水中的N、P元素是造成水体富营养化的关键因素,农药厂排放的废水中常含有较多的NH4+和PO43-,一般可以通过以下两种方法将其除去。
①方法一:将Ca(OH)2或CaO 投加到待处理的废水中,生成磷酸钙,从而进行回收。已知常温下Ksp[Ca3(PO4)2]=2.0×10-33,当处理后的废水中c(Ca2+)=2.0×10-7 mol·L-1时,溶液中c(PO43-)= mol·L-1。
②方法二:在废水中加入镁矿工业废水,就可以生成高品位的磷矿石——鸟粪石,反应的方程式为Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4↓。该方法中需要控制污水的pH为7.5~10.0,若pH高于10.7,鸟粪石的产量会大大降低。其原因可能为 ;与方法一相比,方法二的优点为 。
(2)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO2-,可在碱性条件下加入铝粉除去,加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。现有1.0t含氮质量分数为0.035%的NO2-废水,用此法完全处理后生成的AlO2-的物质的量为 。
(3)工业上也会利用铝粉除去含氮废水中的NO3-。现在处理100m3浓度为2.0×10-4 mol·L-1的NaNO3溶液,加入一定量的2 mol·L-1的NaOH溶液和铝粉,控制溶液pH在10.7左右,加热,使产生的气体全部逸出,当NaNO3反应掉一半时,测得氮气和氨气的体积比为4∶1,求此过程中消耗铝的质量。(写出计算过程,无过程以0分计算)
(1)①5.0×10-7 (2分)
②当pH高于10.7时,溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应,平衡向逆反应方向移动;(2分)能同时除去废水中的氮,充分利用了镁矿工业废水 (2分)
(2)50 mol(根据2Al + NO2―+OH―+ 2H2O=2AlO2―+ NH3·H2O计算,训练单位换算)
(2分)
(3)参加反应的n(NaNO3)=100m3×103 L·m-3×2.0×10-4 mol·L-1×1/2=10mol (4分)
[方法1] 根据方程式:16Al + 9NO3―+7OH―=16AlO2―+ 4N2↑+ NH3↑+ 2H2O
16 9
n(Al) 10mol
n(Al) =160/9mol
[方法2] 根据氮原子守恒,还原产物氮气和氨气中的氮原子之比为8∶1,即可得:
生成的n(N2)=(10mol×8/9)/2=40/9mol;n(NH3)=10mol×1/9=10/9mol
根据电子转移守恒,可得:
40/9mol×10+10/9mol×8=n(Al)×3;n(Al)=160/9mol
此过程中消耗m(Al)=160/9mol×27 g·mol-1=480g
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解析
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