Question

3．含氮废水需经处理后排放，有的含氮废水中含有NO₃^-，有的含氮废水中含有NH₄⁺，不同的含氮废水处理方法不同．
（1）某实验小组利用Fe粉和KNO₃溶液反应，模拟含氮废水脱氮过程，探究脱氮原理．
实验前：先用0.1mol/L H₂SO₄洗涤Fe粉，其目的是去除铁粉表面的氧化物等杂质．然后用蒸馏水洗涤至中性，将KNO₃溶液的pH调至2.5，为防止空气中的O₂对脱氮的影响，应向KNO₃溶液中通入N₂（写化学式）．

（2）有氧气时，在硝化细菌作用下，NH₄⁺可发生如下转化，请将离子方程式补充完整：
4NH₄⁺+5O₂═N₂O+6H⁺+2NO₂^-+5H₂O．
（3）图2是间接氧化工业废水中氨氮（NH₄⁺）的示意图．
①阳极区溶液中发生反应的离子方程式为：3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-；
②当生成H₂和N₂的物质的量之比为3：1时，测得处理后废水的pH减小，请简述原因：电路中通过相同电量时，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，则阳极产生的H⁺比阴极消耗的H⁺多．

Answer 1

分析 （1）铁表面有铁锈加入硫酸可除去，除去溶液中的氧气，可向溶液中通入氮气；
（2）依据元素化合价变化，计算电子转移，结合电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平书写离子方程式；
（3）①装置图分析可知和电源正极相连的为阳极，溶液中氯离子在阳极失电子生成氯气，氯气具有强氧化性酸性溶液中能氧化铵根离子为氮气除去；
②结合电解池中的电极反应和生成H₂和N₂的物质的量之比为3：1，依据电极反应中电子守恒计算溶液中氢离子浓度减小和氢离子浓度增加，判断溶液PH变化．

解答 解：（1）H₂SO₄可以除去Fe粉表面的氧化物；为防止空气中的O₂对脱氮的影响，可向KNO₃溶液中通入N₂，排出O₂．
故答案为：去除铁粉表面的氧化物等杂质； N₂；
（2）铵根中氮元素化合价-3价变化为+1价，和+3价，被氧化得到电子转移总数为（8+12）e^-=20e^-，生成2molNO₂^-，氧元素化合价0价变化为-2价，被还原电子转移总数4e^-，原子守恒缺项为水，电子守恒和原子守恒得到：4NH₄⁺+5O₂=N₂O+6H⁺+2NO₂^-+5H₂O
故答案为：6；2；5H₂O；
（3）①装置图分析可知和电源正极相连的为阳极，溶液中氯离子在阳极失电子生成氯气，电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂ ↑，氯气具有强氧化性酸性溶液中能氧化铵根离子为氮气除去，反应的离子方程式为：3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-，
故答案为：3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-；
②电解池中阳极电极反应是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-，阴极电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，电子守恒得到6H⁺～3H₂～6e^-～N₂～3Cl₂～6e^-～8H⁺，阳极产生的H⁺比阴极消耗的H⁺多，则 PH减小，
故答案为：电路中通过相同电量时，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，则阳极产生的H⁺比阴极消耗的H⁺多．

点评 本题考查元素化合物的性质、除杂以及氧化还原反应离子方程式配平、电解原理分析等问题，综合性较强，注意原理的理解应用，题目难度中等．