Question

【题目】氮及其化合物存在如下转化关系：

（1）在氨氮废水中通入一定量的氯气，利用产生的HClO可除去废水中含有的游离氨或铵盐。

已知 NH4+ + HClO NH2Cl + H＋ + H2O H = a kJmol-1

2NH2Cl + HClO N2 + H2O + 3H＋ + 3Cl－ H = b kJmol-1

则 2NH4+ + 3HClO N2 + 3H2O + 5H＋ + 3Cl－ H =______kJmol-1

（2）电解法也可除去水中的氨氮，实验室用石墨电极电解一定浓度的(NH4)2SO4与NaCl的酸性混合溶液来模拟。

① 电解时，阳极的电极反应式为________。

② 电解过程中，溶液初始Cl－浓度和pH对氨氮去除速率与能耗（处理一定量氨氮消耗的电能）的影响关系如图1和图2所示。

图1 Cl－浓度对氨氮去除速率、能耗的影响 图2初始pH对氨氮去除速率、能耗的影响

图1中当Cl－浓度较低时、图2中当初始pH达到12时，均出现氨氮去除速率低而能耗高的现象，共同原因是________；图2中，pH为6时处理效果最佳，当pH过低时，处理效果不佳的原因可能是________。

③ 当溶液中Cl－浓度较高时，测得溶液中的NO浓度会随之增大，可能的原因是________。

（3）某工厂将含NH4+废水的去除与工业废气（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分）的去除结合起来，设计了如下方案：

① 固体I的成分为________。

② 为使100L 150 mg/L（浓度均以氮原子计，下同）的含NH4+ 废水达到国家二级排放标准10mg/L，图中通入的氧气在标准状况下的体积至少为________L。

Answer 1

【答案】 2a + b 2Cl－－2e－ Cl2↑ （或Cl－－2e－+ H2O HClO + H+或2NH－6e－ N2+ 8H+或3H2O + NH－8e－ NO+ 10H+） 阳极可能OH－放电，产生大量氧气，消耗电能 c(H+)增加，Cl2与水反应平衡（Cl2+ H2O Cl－+ H+ + HClO）逆向移动，产生的Cl2从溶液中逸出 Cl－浓度较高时，产生的Cl2（或HClO）较多，会将NH氧化为NO Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3 33.6

【解析】（1）已知① NH4+ + HClO = NH2Cl + H＋ + H2O H = a kJmol-1②2NH2Cl + HClO = N2 + H2O + 3H＋ + 3Cl－ H = b kJmol-1，2×①+②得，则 2NH4+ + 3HClO = N2 + 3H2O + 5H＋ + 3Cl－ H =（ 2a + b） kJmol-1；（2）① 电解时，阳极失去电子发生氧化反应，阳极的电极反应式为 2Cl－－2e－ = Cl2↑ （或Cl－－2e－+ H2O = HClO + H+或2NH－6e－= N2+ 8H+或3H2O + NH－8e－ = NO+ 10H+）。②图1中当Cl－浓度较低时、图2中当初始pH达到12时，均出现氨氮去除速率低而能耗高的现象，共同原因是氨氮去除速率低而能耗高的原因可能是阳极发生的反应为4OH－-4e－=O2↑+H2O，则阳极可能OH－放电，产生大量氧气，消耗电能；当Cl－浓度较高时，测得溶液中的NO3－浓度也较高，可能的原因是Cl－浓度较高时，产生的Cl2（或HClO）较多，会将NH氧化为NO 。（3）① 固体I中有过量的Ca(OH)2、以及吸收CO2、SO2后生成的CaCO3、CaSO3，固体I的成分为Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3 。

② 氮的物质的量为：100L（150 mg·L－1-10mg·L－1 ）=14000mg=14g，n(N)=14g/14g·mol-1=1mol，图中-3的氮升高到+3价，由电子守恒：n(N)×(3-(-3))=n(O2)×4，n(O2)= =1.5mol，V（O2）=1.5mol×22.4L/mol=33.6L。