Question

【題目】氨氮(NH3、NH4+等)是一種重要污染物，可利用合適的氧化劑氧化去除。

（1）氯氣與水反應(yīng)產(chǎn)生的HClO可去除廢水中含有的NH3。

已知：NH3(aq)＋HClO(aq)=NH2Cl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝a kJ·mol－1

2NH2Cl(aq)＋HClO(aq)=N2(g)＋H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)　ΔH＝b kJ·mol－1

則反應(yīng)2NH3(aq)＋3HClO(aq)=N2(g)＋3H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)的ΔH＝________kJ·mol－1。

（2）在酸性廢水中加入NaCl進(jìn)行電解，陽(yáng)極產(chǎn)生的HClO可氧化氨氮。電解過(guò)程中，廢水中初始Cl－濃度對(duì)氨氮去除速率及能耗(處理一定量氨氮消耗的電能)的影響如圖所示。

①寫(xiě)出電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：________________。

②當(dāng)Cl－濃度減小時(shí)，氨氮去除速率下降，能耗卻增加的原因是____________________________。

③保持加入NaCl的量不變，當(dāng)廢水的pH低于4時(shí)，氨氮去除速率也會(huì)降低的原因是____________________________。

（3）高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種高效氧化劑，可用于氨氮處理。K2FeO4在干燥空氣中和強(qiáng)堿性溶液中能穩(wěn)定存在。氧化劑的氧化性受溶液中的H＋濃度影響較大。

①堿性條件下K2FeO4可將水中的NH3轉(zhuǎn)化為N2除去，該反應(yīng)的離子方程式為________________________________。

②用K2FeO4氧化含氨氮廢水，其他條件相同時(shí)，廢水pH對(duì)氧化氨氮去除率及氧化時(shí)間的影響如圖所示。當(dāng)pH小于9時(shí)，隨著pH的增大，氨氮去除率增大、氧化時(shí)間明顯增長(zhǎng)的原因是_________________。

Answer 1

【答案】2a＋b Cl－－2e－＋H2O=HClO＋H＋ Cl－電解產(chǎn)生的HClO濃度低，氧化氨氮速率低，陽(yáng)極OH－放電，消耗電能 當(dāng)H＋過(guò)大，HClO氧化Cl－產(chǎn)生Cl2從溶液中逸出，使HClO濃度減小 2NH3＋2FeO42-＋2H2O=2Fe(OH)3↓＋N2↑＋4OH－ 隨著pH的增大K2FeO4的穩(wěn)定性增強(qiáng)，利用率提高，氨氮去除率高；但H＋濃度減小，氧化性減弱，氧化時(shí)間增長(zhǎng)

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算解答；

(2)①電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，元素化合價(jià)升高，；結(jié)合題意據(jù)此分析電極反應(yīng)式；

②結(jié)合陽(yáng)極電極反應(yīng)分析原因；

③陽(yáng)極產(chǎn)生的HClO，具有氧化性，酸性條件下氧化性增強(qiáng)，不但可氧化氨氮，也可以氧化氯離子；

(3)高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種高效氧化劑，可用于氨氮處理。K2FeO4在干燥空氣中和強(qiáng)堿性溶液中能穩(wěn)定存在。氧化劑的氧化性受溶液中的H＋濃度影響較大。

①堿性條件下K2FeO4可將水中的NH3轉(zhuǎn)化為N2除去，根據(jù)氧化還原反應(yīng)電荷守恒和物料守恒書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的離子方程式；

②用K2FeO4氧化含氨氮廢水，說(shuō)明K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，根據(jù)酸性強(qiáng)弱對(duì)氧化性的影響分析。

(1)已知：①NH3(aq)＋HClO(aq)=NH2Cl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝a kJ·mol－1

②2NH2Cl(aq)＋HClO(aq)=N2(g)＋H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)　ΔH＝b kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律：①×2+②可得反應(yīng)2NH3(aq)＋3HClO(aq)=N2(g)＋3H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)的ΔH＝2a＋b kJ·mol－1；

(2)①電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，元素化合價(jià)升高，在酸性廢水中加入NaCl進(jìn)行電解，陽(yáng)極產(chǎn)生的HClO，氯元素的化合價(jià)升高失電子，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：Cl－－2e－＋H2O=HClO＋H＋；

②陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：Cl－－2e－＋H2O=HClO＋H＋，當(dāng)Cl－濃度減小時(shí)，Cl－電解產(chǎn)生的HClO濃度低，氧化氨氮速率低，陽(yáng)極OH－放電，消耗電能；

③陽(yáng)極產(chǎn)生的HClO，具有氧化性，酸性條件下氧化性增強(qiáng)，當(dāng)廢水的pH低于4時(shí)，H＋濃度過(guò)大，HClO氧化性增強(qiáng)，可氧化Cl－產(chǎn)生Cl2從溶液中逸出，使HClO濃度減小，氨氮去除速率也會(huì)降低；

(3)①堿性條件下K2FeO4可將水中的NH3轉(zhuǎn)化為N2除去，鐵元素化合價(jià)由+6價(jià)降低為+3價(jià)，堿性條件下應(yīng)生成Fe(OH)3沉淀，氮元素化合價(jià)由-3價(jià)升高為0價(jià)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)電荷守恒和物料守恒，反應(yīng)的離子方程式為2NH3＋2FeO42-＋2H2O=2Fe(OH)3↓＋N2↑＋4OH－；

②用K2FeO4氧化含氨氮廢水，說(shuō)明K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，氧化性受溶液中的H＋濃度影響較大，隨著pH的增大K2FeO4的穩(wěn)定性增強(qiáng)，利用率提高，氨氮去除率高；但H＋濃度減小，氧化性減弱，氧化時(shí)間增長(zhǎng)。