Question

【題目】消除含氮化合物對大氣和水體的污染是環(huán)境保護的重要研究課題。

(1)已知：N2(g)＋O2(g)=2NO(g)　　　　 ΔH＝a kJ·mol－1

2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)　 ΔH＝b kJ·mol－1

4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(l)　 ΔH＝c kJ·mol－1

則常溫常壓下，NH3與NO2反應(yīng)生成無污染物質(zhì)的熱化學(xué)方程式_____________。

(2)水體中過量氨氮(以NH3表示)會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。

①用次氯酸鈉除去氨氮的原理如圖所示：

寫出該圖示的總反應(yīng)化學(xué)方程式：__________________。該反應(yīng)需控制溫度，溫度過高時氨氮去除率降低的主要原因是______________。

②取一定量的含氨氮廢水，改變加入次氯酸鈉的用量，反應(yīng)一段時間后，溶液中氨氮去除率、總氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的總量)去除率以及剩余次氯酸鈉的含量隨m(NaClO)∶m(NH3)的變化情況如圖所示：

當m(NaClO)∶m(NH3)>7.6時，水體中總氮去除率反而下降，可能的原因是___。

(3)電極生物膜電解脫硝是電化學(xué)和微生物工藝的組合。某微生物膜能利用電解產(chǎn)生的活性原子將NO3-還原為N2，工作原理如圖所示：

①寫出該活性原子與NO3-反應(yīng)的離子方程式：________________。

②若陽極生成標準狀況下2.24 L氣體，理論上可除去NO3-的物質(zhì)的量為____mol。

Answer 1

【答案】8NH3(g)＋6NO2(g)=7N2(g)＋12H2O(l) ΔH＝(2c－7a－3b)kJ·mol－1 2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O 溫度過高，HClO發(fā)生分解，氨氮去除率隨之降低 有部分NH3被氧化成NO2—或NO3— 2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O 0.08

【解析】

(1)已知：已知：N2(g)＋O2(g)=2NO(g)　　ΔH＝a kJ·mol－1

2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)　 ΔH＝b kJ·mol－1

4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(l)　 ΔH＝c kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律得③×27×①3×②得到反應(yīng)8NH3(g)+6NO2(g)═7N2(g)+12H2O(l) △H=(2c7a3b) kJ·mol，

故答案為：8NH3(g)＋6NO2(g)=7N2(g)＋12H2O(l) ΔH＝(2c－7a－3b)kJ·mol－1；

(2)①根據(jù)圖示,由始態(tài)和終態(tài)判斷反應(yīng)物中NH3被氧化為N2,則NaClO被還原為NaCl，生成1molN2轉(zhuǎn)移6mol電子,根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒需要3molNaClO,再結(jié)合元素守恒,寫出化學(xué)方程式2NH3＋3NaClO=N2↑＋3NaCl＋3H2O；溫度對化學(xué)反應(yīng)速率有影響，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)率越快。所以溫度低時，去除率低的原因是反應(yīng)速率慢，HClO不穩(wěn)定，易分解，溫度高時，加快了HClO的分解速率，從而使去除率降低，

故答案為：2NH3＋3NaClO=N2↑＋3NaCl＋3H2O ；溫度過高，HClO發(fā)生分解，氨氮去除率隨之降低；

②當m(NaClO)∶m(NH3)>7.6時，總氮的去除率隨m(NaClO):m(NH3)的增大不升反降的原因是：NaClO投入過多會將部分NH3氧化為NO2—或NO3—等更高價態(tài)的物質(zhì)，未能從溶液中除去，

故答案為：有部分NH3被氧化成NO2—或NO3—；

(3)①活性原子與NO3—反應(yīng)是電解過程中生成的氫離子還原硝酸根離子生成氮氣,反應(yīng)的離子方程式：2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O，

故答案為：2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O；

②若陽極生成標準狀況下2.24L氣體，則此氣體為氫氧根離子失電子生成的氧氣,其物質(zhì)的量=,由2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O 可知，2NO3—N2↑10e2.5O2,電子守恒計算得到理論上可除去NO3—的物質(zhì)的量為0.08mol，

故答案為：0.08。