Question

9．氨氮是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素之一，用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的氨氮（用NH₃表示）轉(zhuǎn)化為氮氣除去，其相關(guān)反應(yīng)的主要熱化學(xué)方程式如下：
反應(yīng)①：NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₁=akJ•mol^-1
反應(yīng)②：NH₂Cl（aq）+HClO（aq）═NHCl₂（aq）+H₂O（I）△H₂=bkJ•mol^-1
反應(yīng)③：2NHCl₂（aq）+H₂O（I）═N₂（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H₃=ckJ•mol^-1
（1）2NH₃（aq）+HClO（aq）═N₂（g）+3H₂O（I）+3HCl（aq）的△H=（2a+2b+c）kJ/mol．
（2）已知在水溶液中NH₂Cl較穩(wěn)定，NHCl₂不穩(wěn)定易轉(zhuǎn)化為氮氣．在其他條件一般的情況下，改變$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$（即NaClO溶液的投入液），溶液中次氯酸鈉去除氨氮效果與余氯（溶液中+1價氯元素的含量）影響如圖1所示．a(chǎn)點之前溶液中發(fā)生的主要反應(yīng)為A．
A．反應(yīng)①B．反應(yīng)①②C．反應(yīng)①②③
反應(yīng)中氨氮去除效果最佳的$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$值約為1.5．

（3）溶液pH對次氯酸鈉去除氨氮有較大的影響（如圖2所示）．在pH較低時溶液中有無色無味的氣體生成，氨氮去除效率較低，其原因是鹽酸與次氯酸鈉反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸分解生成氧氣，與氨氮反應(yīng)的次氯酸減�。�

（4）用電化學(xué)法也可以去除廢水中氨氮．在蒸餾水中加入硫酸銨用惰性電極直接電解發(fā)現(xiàn)氨氮去除效率極低，但在溶液中再加入一定量的氯化鈉后，去除效率可以大大提高．反應(yīng)裝置如圖3所示，b為電極正極，電解時陰極的電極反應(yīng)式為2H₂O+2NH₄⁺+2e^-=2NH₃•H₂O+H₂↑或2H⁺+2e^-=H₂↑．
（5）氯化磷酸三鈉（Na₂PO₄•0.25NaClO•12H₂O）可用于減小水的硬度，相關(guān)原理可用下列離子方程式表示：
3CaSO₄（s）+2PO₄^3-（aq）?Ca₃（PO₄）₂（s）+3SO₄^2-（aq），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3.77×10¹³．
[已知K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-29，K_sp（CaSO₄）=9.1×10^-6]．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)①：NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₁=akJ•mol^-1
反應(yīng)②：NH₂Cl（aq）+HClO（aq）═NHCl₂（aq）+H₂O（I）△H₂=bkJ•mol^-1
反應(yīng)③：2NHCl₂（aq）+H₂O（I）═N₂（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H₃=ckJ•mol^-1
依據(jù)化學(xué)方程式和蓋斯定律計算，①×2+②×2+③得到所熱化學(xué)方程式；
（2）用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的氨氮（用NH₃表示）轉(zhuǎn)化為氮氣除去，改變$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$（即NaClO溶液的投入液），溶液中次氯酸鈉去除氨氮效果與余氯圖象變化中，次氯酸少氨氣多，a點前發(fā)生的反應(yīng)是NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）；反應(yīng)中氨氮去除效果最佳的從圖象分析可知為去除率較高同時余氯量最少；
（3）在pH較低時溶液中，生成的次氯酸分解有無色無味的氣體生成為氧氣，次氯酸較少氨氮去除效率較低；
（4）在蒸餾水中加入硫酸銨用惰性電極直接電解發(fā)現(xiàn)氨氮去除效率極低，但在溶液中再加入一定量的氯化鈉后，去除效率可以大大提高，是因為陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，破壞了水的電離平衡，氫氧根離子濃度增大，結(jié)合銨根離子生成一水合氨，氯氣上升過程中吸收，所以裝置圖可知b為正極，a為負(fù)極；
（5）3CaSO₄（s）+2PO₄^3-（aq）?Ca₃（PO₄）₂（s）+3SO₄^2-（aq），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$×$\frac{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ks{p}^{3}（CaS{O}_{4}）}{Ksp（C{a}_{3}（P{O}_{4}）_{2}）}$計算．

解答 解：（1）反應(yīng)①：NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₁=akJ•mol^-1
反應(yīng)②：NH₂Cl（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₂=bkJ•mol^-1
反應(yīng)③：2NHCl₂（aq）+H₂O（I）═N₂（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H₃=ckJ•mol^-1
依據(jù)化學(xué)方程式和蓋斯定律計算，①×2+②×2+③得到所熱化學(xué)方程式2NH₃（aq）+HClO（aq）═N₂（g）+3H₂O（I）+3HCl（aq）△H=（2a+2b+c）KJ/mol，
故答案為：（2a+2b+c）KJ/mol；
（2）用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的氨氮（用NH₃表示）轉(zhuǎn)化為氮氣除去，改變$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$（即NaClO溶液的投入液），溶液中次氯酸鈉去除氨氮效果與余氯圖象變化中，次氯酸少氨氣多，a點前發(fā)生的反應(yīng)是NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）；反應(yīng)中氨氮去除效果最佳的從圖象分析可知為去除率較高同時余氯量最少，圖象中符合的比值為1.5，
故答案為：A；1.5；
（3）在pH較低時溶液中，鹽酸與次氯酸鈉反應(yīng)生成的次氯酸分解有無色無味的氣體生成為氧氣，次氯酸較少氨氮去除效率較低，
故答案為：鹽酸與次氯酸鈉反應(yīng)生成的次氯酸，次氯酸分解產(chǎn)生氧氣，與氨氮反應(yīng)的次氯酸量減少了；
（4）在蒸餾水中加入硫酸銨用惰性電極直接電解發(fā)現(xiàn)氨氮去除效率極低，但在溶液中再加入一定量的氯化鈉后，去除效率可以大大提高，是因為陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，破壞了水的電離平衡，氫氧根離子濃度增大，結(jié)合銨根離子生成一水合氨，電極反應(yīng)為：2H₂O+2NH₄⁺+2e^-=2NH₃•H₂O+H₂↑或2H⁺+2e^-=H₂↑，氯氣上升過程中吸收，所以裝置圖可知b為正極，a為負(fù)極，
故答案為：正；2H₂O+2NH₄⁺+2e^-=2NH₃•H₂O+H₂↑或2H⁺+2e^-=H₂↑；
（5）3CaSO₄（s）+2PO₄^3-（aq）?Ca₃（PO₄）₂（s）+3SO₄^2-（aq），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$×$\frac{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ks{p}^{3}（CaS{O}_{4}）}{Ksp（C{a}_{3}（P{O}_{4}）_{2}）}$=$\frac{（9.1×1{0}^{-6}）^{3}}{2.0×1{0}^{-29}}$=3.77×10¹³，
故答案為：3.77×10¹³．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、圖象曲線變化特征、電解池原理和電極反應(yīng)書寫、沉淀溶解平衡常數(shù)的計算等知識點，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．