Question

【題目】消除含氮化合物對大氣和水體的污染是環境保護的重要研究課題。

(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

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

(2)水體中過量氨氮(以NH3表示)會導致水體富營養化。

①用次氯酸鈉除去氨氮的原理如圖1所示。寫出該圖示的總反應化學方程式：______________________。該反應需控制溫度，溫度過高時氨氮去除率降低的原因是________________________________________________________________________。

圖1　　圖2

②取一定量的含氨氮廢水，改變加入次氯酸鈉的用量，反應一段時間后，溶液中氨氮去除率、總氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的總量)去除率以及剩余次氯酸鈉的含量隨m(NaClO)∶m(NH3)的變化情況如圖2所示。點B剩余NaClO含量低于點A的原因是____。當m(NaClO)∶m(NH3)>7.6時，水體中總氮去除率反而下降，可能的原因是____。

(3)電極生物膜電解脫硝是電化學和微生物工藝的組合。某微生物膜能利用電解產生的活性原子將NO3-還原為N2，工作原理如圖3所示。

①寫出該活性原子與NO3-反應的離子方程式：________________。

②若陽極生成標準狀況下2.24 L氣體，理論上可除去NO3-的物質的量為____mol。

Answer 1

【答案】2c－7a－3b 2NH3＋3NaClO===N2＋3NaCl＋3H2O 溫度過高，HClO發生分解，氨氮去除率隨之降低 增加NaClO的量，反應速率加快，相同時間內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

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

(2)①用次氯酸鈉除去氨氮的原理如圖所示，次氯酸鈉、氨氣為反應物，次氯酸、鹽酸、氫氧化鈉均為中間產物，氯化鈉、氮氣和水為生成物，故該圖示的總反應化學方程式為：2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O；該反應需控制溫度，溫度過高時氨氮去除率降低的原因是溫度過高，HClO發生分解，氨氮去除率隨之降低；

②點B比點A m(NaClO)∶m(NH3)增大，增加NaClO的量，反應速率加快，相同時間內NaClO消耗多，故點B剩余NaClO含量低于點A；

當m(NaClO)∶m(NH3)>7.6時，有部分NH3被氧化成NO2-或NO3-，水體中總氮去除率反而下降；

(3)電極生物膜電解脫硝是電化學和微生物工藝的組合。某微生物膜能利用電解產生的活性原子將NO還原為N2，工作原理如圖所示：

①該活性原子H與NO3-反應生成氮氣，反應的離子方程式為：2NO3-＋10H=N2↑＋2OH－＋4H2O；

②若陽極生成標準狀況下2.24 L氣體，為氧氣，轉移電子的物質的量為，根據電荷守恒，根據NO3-轉化為N2，理論上可除去NO3-的物質的量為mol。