题目内容
当今水体的污染成为人们关注的焦点.利用化学原理可以对工厂排放的废水进行有效检测与合理处理.
(1)废水中的N、P元素是造成水体富营养化的关键因素,农药厂排放的废水中常含有较多的NH4+和PO43-,一般可以通过以下两种方法将其除去.
①方法一:将Ca(OH)2或CaO 投加到待处理的废水中,生成磷酸钙,从而进行回收.已知常温下Ksp[Ca3(PO4)2]=2.0×10-33,当处理后的废水中c(Ca2+)=2.0×10-7 mol?L-1时,溶液中c(PO43-)=______mol?L-1.
②方法二:在废水中加入镁矿工业废水,就可以生成高品位的磷矿石--鸟粪石,反应的方程式为Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4↓.该方法中需要控制污水的pH为7.5~10.0,若pH高于10.7,鸟粪石的产量会大大降低.其原因可能为______;与方法一相比,方法二的优点为______.
(2)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO2-,可在碱性条件下加入铝粉除去,加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体.现有1.0t含氮质量分数为0.035%的NO2-废水,用此法完全处理后生成的AlO2-的物质的量为______.
(3)工业上也会利用铝粉除去含氮废水中的NO3-.现在处理100m3浓度为2.0×10-4mol?L-1的NaNO3溶液,加入一定量的2mol?L-1的NaOH溶液和铝粉,控制溶液pH在10.7左右,加热,使产生的气体全部逸出,当NaNO3反应掉一半时,测得氮气和氨气的体积比为4:1,求此过程中消耗铝的质量.(写出计算过程,无过程以0分计算)
解:(1)①Ksp[Ca3(PO4)2]=c3(Ca2+)×c2(PO43-)=8.0×10-21×c2(PO43-)=2.0×10-33,c(PO43-)=5.0×10-7mol?L-1,故答案为:5.0×10-7;
②若pH高于10.7,鸟粪石的产量会大大降低,可能是溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应,平衡向逆反应方向移动,方法二能同时除去废水中的氮,用了镁矿工业废水,
故答案为:当pH高于10.7时,溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应,平衡向逆反应方向移动;能同时除去废水中的氮,充分利用了镁矿工业废水;
(2)n(NO2-)==25mol,反应的方程式为2Al+NO2-+OH-+2H2O=2AlO2-+NH3?H2O,
则用此法完全处理后生成的AlO2-的物质的量为25mol×2=50mol,故答案为:50 mol;
(3)参加反应的n(NaNO3)=100m3×103 L?m-3×2.0×10-4 mol?L-1×=10mol,
[方法1]根据方程式:
16Al+9NO3-+7OH-=16AlO2-+4N2↑+NH3↑+2H2O
16 9
n(Al) 10mol
n(Al)=mol
[方法2]根据氮原子守恒,还原产物氮气和氨气中的氮原子之比为8:1,即可得:
生成的n(N2)=(10mol×)×=mol;n(NH3)=10mol×=mol
根据电子转移守恒,可得:
mol×10+mol×8=n(Al)×3;n(Al)=mol,
此过程中消耗m(Al)=mol×27 g?mol-1=480g.
答:此过程中消耗铝的质量为480g.
分析:(1)①根据Ksp[Ca3(PO4)2]=2.0×10-33计算;
②若pH高于10.7,鸟粪石的产量会大大降低,可能是溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应;
方法二能同时除去废水中的氮;
(2)根据2Al+NO2-+OH-+2H2O=2AlO2-+NH3?H2O计算;
(3)根据16Al+9NO3-+7OH-=16AlO2-+4N2↑+NH3↑+2H2O或利用氮原子守恒计算.
点评:本题考查氧化还原反应的计算问题,题目难度中等,本题注意相关反应的化学方程式的书写,根据反应的方程式计算,为解答该题的关键.
②若pH高于10.7,鸟粪石的产量会大大降低,可能是溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应,平衡向逆反应方向移动,方法二能同时除去废水中的氮,用了镁矿工业废水,
故答案为:当pH高于10.7时,溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应,平衡向逆反应方向移动;能同时除去废水中的氮,充分利用了镁矿工业废水;
(2)n(NO2-)==25mol,反应的方程式为2Al+NO2-+OH-+2H2O=2AlO2-+NH3?H2O,
则用此法完全处理后生成的AlO2-的物质的量为25mol×2=50mol,故答案为:50 mol;
(3)参加反应的n(NaNO3)=100m3×103 L?m-3×2.0×10-4 mol?L-1×=10mol,
[方法1]根据方程式:
16Al+9NO3-+7OH-=16AlO2-+4N2↑+NH3↑+2H2O
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n(Al) 10mol
n(Al)=mol
[方法2]根据氮原子守恒,还原产物氮气和氨气中的氮原子之比为8:1,即可得:
生成的n(N2)=(10mol×)×=mol;n(NH3)=10mol×=mol
根据电子转移守恒,可得:
mol×10+mol×8=n(Al)×3;n(Al)=mol,
此过程中消耗m(Al)=mol×27 g?mol-1=480g.
答:此过程中消耗铝的质量为480g.
分析:(1)①根据Ksp[Ca3(PO4)2]=2.0×10-33计算;
②若pH高于10.7,鸟粪石的产量会大大降低,可能是溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应;
方法二能同时除去废水中的氮;
(2)根据2Al+NO2-+OH-+2H2O=2AlO2-+NH3?H2O计算;
(3)根据16Al+9NO3-+7OH-=16AlO2-+4N2↑+NH3↑+2H2O或利用氮原子守恒计算.
点评:本题考查氧化还原反应的计算问题,题目难度中等,本题注意相关反应的化学方程式的书写,根据反应的方程式计算,为解答该题的关键.
练习册系列答案
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