Question

【題目】氨氮廢水是生活中常見污染物之一，可用電解法加以去除。實驗室用石墨電極電解一定濃度的(NH4)2SO4與NaCl混合溶液來模擬該過程。

(1)電解處理氨氮廢水電解過程中，溶液初始Cl－濃度和pH對氨氮去除速率與能耗(處理一定量氨氮消耗的電能)的影響關(guān)系如圖1和圖2所示：

①根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，處理廢水合適的條件是_______________。

②實驗中發(fā)現(xiàn)陽極會持續(xù)產(chǎn)生細(xì)小氣泡，氣泡上浮過程中又迅速消失。結(jié)合圖1，用電極反應(yīng)式和離子方程式解釋Cl－去除氨氮的原因_______________。

③圖1中當(dāng)Cl－濃度較低時、圖2中當(dāng)初始pH達(dá)到12時，均出現(xiàn)氨氮去除速率低而能耗高的現(xiàn)象，共同原因是_______________。

(2)氨的定量測定使用下圖裝置檢測廢水中的氨氮總量是否合格。

①利用平衡原理分析含氨氮水樣中加入NaOH溶液的作用：_______________。

②若利用氨氣傳感器將1 L水樣中的氨氮完全轉(zhuǎn)化為N2時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為6×10-4 mol，則樣品混合液中氨氮(以氨氣計)含量為_______________mg·L-1。

Answer 1

【答案】Cl－濃度為700 mmol/L、pH為6 2Cl－-2e- = Cl2↑、3Cl2+2NH4+ =N2 +6Cl－+8H+ 陽極可能OH－放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能 c(OH-)增大，使NH4+ + OH- NH3·H2O NH3 + H2O平衡正向移動，利于生成氨氣，被空氣吹出 3.4

【解析】

(1))①根據(jù)圖1和圖2分析Cl－濃度和溶液的pH的合適條件；②陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣又被銨根離子還原，據(jù)此分析解答；③陽極可能是OH-放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能來分析；

(2)①氫氧根離子濃度的變化對NH4++OH-NH3H2ONH3+H2O平衡的影響分析解答；②依據(jù)氮元素守恒和電子轉(zhuǎn)移守恒計算水樣中氨氮(以氨氣計)含量。

(1)①根據(jù)圖1可知，Cl－濃度為700 mmol/L，廢水中氨氮去除速率較高；根據(jù)圖2可知，pH為6時，廢水中氨氮去除速率最高；因此處理廢水合適的條件是，故答案為：Cl－濃度為700 mmol/L、pH為6；

②陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為2Cl--2e-=Cl2↑，實驗中發(fā)現(xiàn)陽極會持續(xù)產(chǎn)生細(xì)小氣泡，生成的氯氣能夠?qū)�銨根離子氧化，達(dá)到除去氨氮的目的，3Cl2+2NH4+ =N2 +6Cl－+8H+，氣體減少，因此看到氣泡上浮過程中又迅速消失，故答案為：2Cl--2e-=Cl2↑、3Cl2+2NH4+ =N2 +6Cl－+8H+；

③圖1中當(dāng)Cl－濃度較低時、圖2中當(dāng)初始pH達(dá)到12時，均出現(xiàn)氨氮去除速率低而能耗高的現(xiàn)象，原因可能是陽極發(fā)生的反應(yīng)為4OH--4e-=O2↑+H2O，則陽極可能OH-放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能，故答案為：陽極可能OH-放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能；

(2)①含氨氮水樣中加入NaOH溶液，使得溶液中c(OH-)增大，使NH4++OH-NH3H2ONH3+H2O平衡正向移動，利于生成氨氣，被空氣吹出，故答案為：c(OH-)增大，使NH4++OH-NH3H2ONH3+H2O平衡正向移動，利于生成氨氣，被空氣吹出；

②將1L水樣中的氨氮完全轉(zhuǎn)化為N2時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為6×10-4mol，依據(jù)氮元素守恒2NH3～N2～6e-，有=，解得：n(NH3)=2×10-4mol/L，水樣中氨氮(以氨氣計)含量=2×10-4mol/L×17g/mol=3.4×10-3g/L=3.4mg/L，故答案為：3.4。