Question

【題目】廢水中過量的氨氮(NH3和NH4+)會導致水體富營養化。某科研小組用NaClO氧化法處理氨氮廢水。已知：①HClO的氧化性比NaClO強；②NH3比NH4+更易被氧化；③國家標準要求經處理過的氨氮廢水pH要控制在6～9。

(1)pH＝1.25時，NaClO可與NH4+反應生成N2等無污染物質，該反應的離子方程式為_____。

(2)進水pH對氨氮去除率和出水pH的影響如下圖所示

①進水pH為1.25～2.75范圍內，氨氮去除率隨pH升高迅速下降的原因是_____

②進水pH為2.75～6.00范圍內，氨氮去除率隨pH升高而上升的原因是_____

③進水pH應控制在_____左右為宜。

(3)為研究空氣對NaClO氧化氨氮的影響，其他條件不變，僅增加單位時間內通入空氣的量，發現氨氮去除率幾乎不變。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在溶液中溶解度比較小 d．空氣中的N2進入溶液中

(4)利用微生物燃料電池可以對氨氮廢水進行處理，其裝置如圖所示。閉合電路后，負極室與正極室均產生氮氣，則負極室中NH4+發生反應的電極反應式為_____。該裝置除了能對氨氮廢水進行處理外，另一個突出的優點是_____。

Answer 1

【答案】3ClO－＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋(或3HClO＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋5H＋) 隨著pH升高，NaClO含量增大，氧化性能降低，導致氨氮去除率下降 隨著pH升高，氨氮廢水中NH3含量增大，氨氮更易被氧化 1.50 abc 2NH4+－6e－===N2↑＋8H＋ 將化學能轉化為電能(或能處理硝態氮廢水)

【解析】

（1）氯元素會降低到-1價，再根據氧化還原反應規律配平書寫離子方程式；

（2）結合給定的已知信息與溶液酸性之間的關系及圖像變化趨勢作答；

（3）從空氣中的氧氣氧化氨氮的能力因素考慮；

（4）根據原電池原理，負極區銨根離子失電子發生氧化反應，總反應將化學能轉化為電能。

（1）pH＝1.25時，NaClO溶液中顯酸性，溶液中會有次氯酸，均可與NH反應生成N2、氯離子和氫離子，其離子方程式為：3ClO－＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋2H＋（或3HClO＋2NH4+===N2↑＋3Cl－＋3H2O＋5H＋），

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

（2）①HClO的氧化性比NaClO強，進水pH為1.25～2.75范圍內，隨pH升高，HClO含量相對降低，而NaClO含量增大，則其氧化性能降低，導致氨氮去除率下降，

故答案為：隨著pH升高，NaClO含量增大，氧化性能降低，導致氨氮去除率下降；

②進水pH為2.75～6.00范圍內，隨pH升高，促進銨根離子水解，使氨氣成分增大，銨根離子濃度降低，根據給定信息②已知，NH3比NH更易被氧化，故導致氨氮去除率升高，

故答案為：隨著pH升高，氨氮廢水中NH3含量增大，氨氮更易被氧化；

③按照國家標準要求，經處理過的氨氮廢水pH要控制在6～9，結合進水pH對出水pH的影響曲線可知，若出水pH要控制在6～9，則進水pH為1.5-2.1，再根據進水pH1.25～2.75范圍內對氨氮去除率的影響綜合考慮，可選擇進水pH應控制在1.50左右為宜，

故答案為：1.50；

（3）僅增加單位時間內通入空氣的量，發現氨氮去除率幾乎不變，可能是因為O2的氧化性比NaClO弱、O2氧化氨氮速率比NaClO慢、O2在溶液中溶解度比較小，故abc均正確，而氮氣不溶于水，d項說法錯誤，

故答案為：abc；

（4）根據原電池原理結合電解質溶液為質子交換膜，負極銨根離子失電子生成氮氣，發生氧化反應，其電極反應式為：2NH4+－6e－===N2↑＋8H＋，正極發生還原反應也生成氮氣，達到對氨氮廢水進行處理的目的，且還能將化學能轉化為電能，是該燃料電池裝置突出的優點，

故答案為：2NH4+－6e－===N2↑＋8H＋；將化學能轉化為電能(或能處理硝態氮廢水)