Question

【题目】废水中过量的氨氮(NH3和NH4+)会导致水体富营养化。某科研小组用NaClO氧化法处理氨氮废水。已知：①HClO的氧化性比NaClO强；②NH3比NH4+更易被氧化；③国家标准要求经处理过的氨氮废水pH要控制在6～9。

(1)pH＝1.25时，NaClO可与NH4+反应生成N2等无污染物质，该反应的离子方程式为_____。

(2)进水pH对氨氮去除率和出水pH的影响如下图所示

①进水pH为1.25～2.75范围内，氨氮去除率随pH升高迅速下降的原因是_____

②进水pH为2.75～6.00范围内，氨氮去除率随pH升高而上升的原因是_____

③进水pH应控制在_____左右为宜。

(3)为研究空气对NaClO氧化氨氮的影响，其他条件不变，仅增加单位时间内通入空气的量，发现氨氮去除率几乎不变。其原因可能是_____(填字母)。

a．O2的氧化性比NaClO弱 b．O2氧化氨氮速率比NaClO慢

c．O2在溶液中溶解度比较小 d．空气中的N2进入溶液中

(4)利用微生物燃料电池可以对氨氮废水进行处理，其装置如图所示。闭合电路后，负极室与正极室均产生氮气，则负极室中NH4+发生反应的电极反应式为_____。该装置除了能对氨氮废水进行处理外，另一个突出的优点是_____。

Answer 1

【答案】3ClO－＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋(或3HClO＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋5H＋) 随着pH升高，NaClO含量增大，氧化性能降低，导致氨氮去除率下降 随着pH升高，氨氮废水中NH3含量增大，氨氮更易被氧化 1.50 abc 2NH4+－6e－===N2↑＋8H＋ 将化学能转化为电能(或能处理硝态氮废水)

【解析】

（1）氯元素会降低到-1价，再根据氧化还原反应规律配平书写离子方程式；

（2）结合给定的已知信息与溶液酸性之间的关系及图像变化趋势作答；

（3）从空气中的氧气氧化氨氮的能力因素考虑；

（4）根据原电池原理，负极区铵根离子失电子发生氧化反应，总反应将化学能转化为电能。

（1）pH＝1.25时，NaClO溶液中显酸性，溶液中会有次氯酸，均可与NH反应生成N2、氯离子和氢离子，其离子方程式为：3ClO－＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋（或3HClO＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋5H＋），

故答案为：3ClO－＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋（或3HClO＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋5H＋）；

（2）①HClO的氧化性比NaClO强，进水pH为1.25～2.75范围内，随pH升高，HClO含量相对降低，而NaClO含量增大，则其氧化性能降低，导致氨氮去除率下降，

故答案为：随着pH升高，NaClO含量增大，氧化性能降低，导致氨氮去除率下降；

②进水pH为2.75～6.00范围内，随pH升高，促进铵根离子水解，使氨气成分增大，铵根离子浓度降低，根据给定信息②已知，NH3比NH更易被氧化，故导致氨氮去除率升高，

故答案为：随着pH升高，氨氮废水中NH3含量增大，氨氮更易被氧化；

③按照国家标准要求，经处理过的氨氮废水pH要控制在6～9，结合进水pH对出水pH的影响曲线可知，若出水pH要控制在6～9，则进水pH为1.5-2.1，再根据进水pH1.25～2.75范围内对氨氮去除率的影响综合考虑，可选择进水pH应控制在1.50左右为宜，

故答案为：1.50；

（3）仅增加单位时间内通入空气的量，发现氨氮去除率几乎不变，可能是因为O2的氧化性比NaClO弱、O2氧化氨氮速率比NaClO慢、O2在溶液中溶解度比较小，故abc均正确，而氮气不溶于水，d项说法错误，

故答案为：abc；

（4）根据原电池原理结合电解质溶液为质子交换膜，负极铵根离子失电子生成氮气，发生氧化反应，其电极反应式为：2NH4+－6e－===N2↑＋8H＋，正极发生还原反应也生成氮气，达到对氨氮废水进行处理的目的，且还能将化学能转化为电能，是该燃料电池装置突出的优点，

故答案为：2NH4+－6e－===N2↑＋8H＋；将化学能转化为电能(或能处理硝态氮废水)