题目内容
【题目】氨对人类的生产生活具有重要影响。
(1)氨的制备与利用。
① 工业合成氨的化学方程式是_______________________________。
② 氨催化氧化生成一氧化氮反应的化学方程式是_____________________________。
(2)氨的定量检测。
水体中氨气和铵根离子(统称氨氮)总量的检测备受关注。利用氨气传感器检测水体中氨氮含量的示意图如下:
① 利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用:_____________________。
② 若利用氨气传感器将1 L水样中的氨氮完全转化为N2时,转移电子的物质的量为6×10-4 mol ,则水样中氨氮(以氨气计)含量为_______mg·L-1。
(3)氨的转化与去除。
微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理示意图。
① 已知A、B两极生成CO2和N2,写出A极的电极反应式:______________________。
② 用化学用语简述NH4+去除的原理:_________________________________________。
【答案】N2+ 3H22NH3 4NH3 + 5O24NO + 6H2O c(OH-)增大,使NH4++ OH-NH3·H2ONH3+ H2O平衡正向移动,利于生成氨气,被空气吹出 3.4 CH3COO-- 8e-+ 2H2O =2CO2+ 7H+ NH4+在好氧微生物反应器中转化为NO3-:NH4++ 2O2= NO3- + 2H++ H2O;
NO3-在MFC电池正极转化为N2:2NO3- +12H++ 10e- =N2 + 6H2O
【解析】
(1)①工业合成氨是利用氮气和氢气催化剂作用下高温高压反应生成氨气,反应的化学方程式为:N2+3H22NH3;
②氨气的催化氧化生成一氧化氮和水,反应的化学方程式为:4NH3+5O24NO+6H2O;
(2)①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用是c(OH-)增大,使NH4++OH-NH3H2ONH3+H2O平衡正向移动,利于生成氨气,被空气吹出;
②将1L水样中的氨氮完全转化为N2时,转移电子的物质的量为6×10-4mol,依据氮元素守恒2NH3~N2~6e-,
2NH3~N2~6e-,
2 6
n 6×10-4mol/L
n=2×10-4mol/L;水样中氨氮(以氨气计)含量=2×10-4mol/L×17g/mol=3.4×10-3g/L=3.4mg/L;
(3)①图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极,说明A为原电池的负极,B为原电池的正极,NO3-离子在正极得到电子生成氮气发生还原反应,CH3COO-在原电池负极失电子生成二氧化碳气体,发生氧化反应,环境为酸性介质,则A极的电极反应式为:CH3COO--8e-+2H2O═2CO2+7H+,B电极反应式为:2NO3-+12H++10e-═N2+6H2O;
②NH4+在好氧微生物反应器中转化为NO3-,NH4++2O2═NO3-+2H++H2O,硝酸根离子在原电池正极发生还原反应生成氮气,2NO3-+12H++10e-═N2+6H2O。