Question

【题目】消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题。

(1)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　　　　ΔH＝a kJ·mol－1

2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　 ΔH＝b kJ·mol－1

4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　　　　ΔH＝c kJ·mol－1

反应8NH3(g)＋6NO2(g)===7N2(g)＋12H2O(l)　 ΔH＝____kJ·mol－1。

(2)水体中过量氨氮(以NH3表示)会导致水体富营养化。

①用次氯酸钠除去氨氮的原理如图1所示。写出该图示的总反应化学方程式：______________________。该反应需控制温度，温度过高时氨氮去除率降低的原因是________________________________________________________________________。

图1　　图2

②取一定量的含氨氮废水，改变加入次氯酸钠的用量，反应一段时间后，溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随m(NaClO)∶m(NH3)的变化情况如图2所示。点B剩余NaClO含量低于点A的原因是____。当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时，水体中总氮去除率反而下降，可能的原因是____。

(3)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合。某微生物膜能利用电解产生的活性原子将NO3-还原为N2，工作原理如图3所示。

①写出该活性原子与NO3-反应的离子方程式：________________。

②若阳极生成标准状况下2.24 L气体，理论上可除去NO3-的物质的量为____mol。

Answer 1

【答案】2c－7a－3b 2NH3＋3NaClO===N2＋3NaCl＋3H2O 温度过高，HClO发生分解，氨氮去除率随之降低 增加NaClO的量，反应速率加快，相同时间内NaClO消耗多 有部分NH3被氧化成NO2-或NO3- 2NO3-＋10H===N2↑＋2OH－＋4H2O 0.08

【解析】

(1)已知：①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　　　　ΔH1＝a kJ·mol－1

②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　 ΔH2＝b kJ·mol－1

③4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　　　　ΔH3＝c kJ·mol－1

根据盖斯定律，由③×2-②×3-①×7得反应8NH3(g)＋6NO2(g)===7N2(g)＋12H2O(l)　 ΔH＝2ΔH3-3ΔH2-7ΔH1=（2c－7a－3b）kJ·mol－1；

(2)①用次氯酸钠除去氨氮的原理如图所示，次氯酸钠、氨气为反应物，次氯酸、盐酸、氢氧化钠均为中间产物，氯化钠、氮气和水为生成物，故该图示的总反应化学方程式为：2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O；该反应需控制温度，温度过高时氨氮去除率降低的原因是温度过高，HClO发生分解，氨氮去除率随之降低；

②点B比点A m(NaClO)∶m(NH3)增大，增加NaClO的量，反应速率加快，相同时间内NaClO消耗多，故点B剩余NaClO含量低于点A；

当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时，有部分NH3被氧化成NO2-或NO3-，水体中总氮去除率反而下降；

(3)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合。某微生物膜能利用电解产生的活性原子将NO还原为N2，工作原理如图所示：

①该活性原子H与NO3-反应生成氮气，反应的离子方程式为：2NO3-＋10H=N2↑＋2OH－＋4H2O；

②若阳极生成标准状况下2.24 L气体，为氧气，转移电子的物质的量为，根据电荷守恒，根据NO3-转化为N2，理论上可除去NO3-的物质的量为mol。