Question

【题目】生活污水中的氮和磷主要以铵盐和磷酸盐形式存在，可用电解法从溶液中去除。电解装置如图：

以铁作阴极、石墨作阳极，可进行除氮；翻转电源正负极，以铁作阳极、石墨作阴极，可进行除磷。

I.电解除氮

(1)在碱性溶液中，NH3能直接在电极放电，转化为N2，相应的电极反应式为：_______。

(2)有Cl-存在时，除氮原理如图所示

主要依靠有效氯(HClO、ClO-)将NH4+ 或NH3氧化为N2。在不同pH条件下进行电解时，氮的去除率和水中有效氯浓度如图：

①当pH<8时，主要发生HClO氧化NH4+ 的反应，其离子方程式为：____________。

②结合平衡移动原理解释，当pH<8时，氮的去除率随pH的降低而下降的原因是：_____。

II.电解除磷

(3)除磷的原理是利用Fe2+ 将PO43- 转化为Fe3(PO4)2沉淀。

如图为某含Cl- 污水在氮磷联合脱除过程中溶液pH的变化。推测在20-40 min时脱除的元素是________。

(4)测定污水磷含量的方法如下：取100mL污水，调节至合适pH后用AgNO3溶液使磷全部转化为Ag3PO4沉淀。将沉淀过滤并洗涤后，用硝酸溶解，再使用NH4SCN溶液滴定产生的Ag+，发生反应Ag++SCN-=AgSCN↓，共消耗c mol/LNH4SCN溶液V mL。则此污水中磷的含量为_________mg/L(以磷元素计)。

Answer 1

【答案】2NH3–6e-+6OH-=N2+6H2O 3HClO +2NH4+=3Cl-+N2↑+3H2O+5H+ 随溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2 + H2OH+ + Cl- +HClO平衡逆向移动，溶液中c(HClO)减小，使NH4+的氧化率下降 磷

【解析】

以铁作阴极、石墨作阳极，可进行除氮；翻转电源正负极，以铁作阳极、石墨作阴极，可进行除磷，
Ⅰ．（1）在碱性溶液中，NH3能直接在电极放电，转化为N2，氮元素化合价-3价升高为0价，在阳极发生氧化反应；
（2）①当pH＜8时，主要发生HClO氧化NH4+的反应生成氮气，次氯酸被还原为氯离子，结合电子守恒和电荷守恒、原子守恒书写离子反应方程式；
②pH＜8时，氮的去除率随pH的降低而下降，是因为氯气和水的反应为可逆反应，PH减小，酸性增加，氢离子浓度增大，平衡逆向进行，次氯酸浓度减小；

Ⅱ．（3）②图象中开始时脱氮，转化电极后是脱磷；
（4）取100mL污水，调节至合适pH后用AgNO3溶液使磷全部转化为Ag3PO4沉淀。将沉淀过滤并洗涤后，用硝酸溶解，再使用NH4SCN溶液滴定产生的Ag+，发生反应Ag++SCN-═AgSCN↓，共消耗cmol/LNH4SCN溶液VmL．反应过程中元素守恒PO43-～Ag3PO4～3AgSCN～3NH4SCN，据此计算。

Ⅰ．（1）在碱性溶液中，NH3能直接在电极放电，转化为N2，氮元素化合价-3价升高为0价，在阳极发生氧化反应，电极反应：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O；
（2）①当pH＜8时，主要发生HClO氧化NH4+的反应生成氮气，次氯酸被还原为氯离子，结合电子守恒和电荷守恒、原子守恒书写离子反应方程式为：3HClO+2NH4+=3Cl-+N2+3H2O+5H+；
②当pH＜8时，氮的去除率随pH的降低而下降，结合平衡移动原理解释的原因是：随溶液pH降低，c（H+）增大，Cl2+H2OH++Cl-+HClO平衡逆向移动，溶液中c(HClO)减小，使NH4+的氧化率下降，
故答案为：随溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2+H2OH++Cl-+HClO平衡逆向移动，溶液中c(HClO)减小，使NH4+的氧化率下降；

（3）如图为某含Cl-污水在氮磷联合脱除过程中溶液pH的变化，开始时脱氮元素，翻转电极后，在20-40min时脱除的元素是磷，故答案为：磷；
（4）取100mL污水，调节至合适pH后用AgNO3溶液使磷全部转化为Ag3PO4沉淀。将沉淀过滤并洗涤后，用硝酸溶解，再使用NH4SCN溶液滴定产生的Ag+，发生反应Ag++SCN-═AgSCN↓，共消耗cmol/LNH4SCN溶液VmL．反应过程中元素守恒：P～PO43-～Ag3PO4～3AgSCN～3NH4SCN，消耗的NH4SCN物质的量为cmol/L×V×10-3L，则磷原子的物质的量为×cmol/L×V×10-3L，100mL此污水中磷的质量为×cmol/L×V×10-3L×31g/mol=cVmg，1L污水中磷的含量mg。