Question

14．水体污染的治理是化学工作者研究的重要课题．
（1）水体常见污染物之一的氨氮主要指游离氨或铵盐，可以通入一定量的氯气，利用产生的HClO除去．
已知 NH₄⁺+HClO═NH₂Cl+H⁺+H₂O△H=a kJ?mol^-1
2NH₂Cl+HClO═N₂+H₂O+3H⁺+3Cl^-△H=b kJ?mol^-1
NH₄⁺+4HClO═NO₃^-+6H⁺+4Cl^-+H₂O△H=c kJ?mol^-1
则  2NH₄⁺+3HClO═N₂+3H₂O+5H⁺+3Cl^-△H=2a+bkJ?mol^-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2Cl^--2e^-=Cl₂↑．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．
②图1中当Cl^-浓度较低时、图2中当初始pH达到12时，氨氮去除速率低而能耗高的原因可能是阳极可能OH^-放电，产生大量氧气，消耗电能；而当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${\;}_{4}^{+}$氧化为NO${\;}_{3}^{-}$．
③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pH太低时，产生的Cl₂会从溶液中逸出．
（3）通过调节溶液pH，在弱碱性条件下，用漂白粉溶液也可将废水中的CN^-转化为碳酸盐和N₂而除去．写出该反应的离子方程式：2CN^-+5ClO^-+2OH^-+2Ca²⁺=2CaCO₃↓+N₂↑+5Cl^-+H₂O．
（4）废水中的重金属离子通常用沉淀法除去．已知K_sp（NiS）=1.1×10^-21，K_sp（CuS）=1.3×10^-36，国家规定的排放标准：镍低于1.1×10^-5 mol•L^-1，铜低于7.8×10^-5mol•L^-1．则需要控制溶液中S^2-的浓度不低于10^-16mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①NH₄⁺+HClO═NH₂Cl+H⁺+H₂O△H=a kJ?mol^-1
②2NH₂Cl+HClO═N₂+H₂O+3H⁺+3Cl^-△H=b kJ?mol^-1，2×①+②得，2NH₄⁺+3HClO═N₂+3H₂O+5H⁺+3Cl^-△H=（2a+b）kJ?mol^-1；
（2）①阳极失去电子发生氧化反应；
②据4OH^--4e^-=O₂↑+H₂O，则阳极可能OH^-放电，产生大量氧气，消耗电能来分析；Cl^-浓度较高时，产生的Cl₂（或HClO）较多，会将NH${\;}_{4}^{+}$氧化为NO${\;}_{3}^{-}$；
③据pH太低时，产生的Cl₂会从溶液中逸出来分析；
（3）漂白粉的有效成分是Ca（ClO）₂，并据题意书写离子方程式；
（4）依据溶度积常数计算不同沉淀下的硫离子浓度．

解答 解：（1））①NH₄⁺+HClO═NH₂Cl+H⁺+H₂O△H=a kJ?mol^-1
②2NH₂Cl+HClO═N₂+H₂O+3H⁺+3Cl^-△H=b kJ?mol^-1，2×①+②得，2NH₄⁺+3HClO═N₂+3H₂O+5H⁺+3Cl^-△H=（2a+b）kJ?mol^-1；
故答案为：2a+b；
（2）①阳极失去电子发生氧化反应，故电极反应方程式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
②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${\;}_{4}^{+}$氧化为NO${\;}_{3}^{-}$，
故答案为：阳极可能OH^-放电，产生大量氧气，消耗电能；Cl^-浓度较高时，产生的Cl₂（或HClO）较多，会将NH${\;}_{4}^{+}$氧化为NO${\;}_{3}^{-}$；
③当pH过低时，处理效果不佳的原因可能是，pH太低时，产生的Cl₂会从溶液中逸出，
故答案为：pH太低时，产生的Cl₂会从溶液中逸出；
（3）漂白粉的有效成分是Ca（ClO）₂，因为漂白粉溶液也可将废水中的CN^-转化为碳酸盐和N₂而除去，故离子方程式为2CN^-+5ClO^-+2OH^-+2Ca²⁺=2CaCO₃↓+N₂↑+5Cl^-+H₂O，
故答案为：2CN^-+5ClO^-+2OH^-+2Ca²⁺=2CaCO₃↓+N₂↑+5Cl^-+H₂O；
（4）K_sp（NiS）=c（Ni⁺）c（S^2-）=1.1×10^-21，则c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（N{i}^{+}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-21}}{1.1×1{0}^{-5}}$=10^-16mol•L^-1，K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）c（S^2-）
=1.3×10^-36，c（S^2-）=$\frac{Ksp（CuS）}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{1.3×1{0}^{-36}}{7.8×1{0}^{-5}}$=1.7×10^-32mol•L^-1，1.7×10^-32mol•L^-1＜10^-16mol•L^-1，故则需要控制溶液中S^2-的浓度不低于10^-16mol•L^-1，
故答案为：10^-16．

点评 本题考查反应热的计算，电极反应方程式及离子方程式的书写，以及溶度积常数的计算等，本题难度中等．