Question

【题目】氨氮是水体中氮的主要形态之一，氨氮含量过高对水中生物会构成安全威胁。

(1)一定条件下，水中的氨氮可以转化为氮气而除去。

已知：2NH4+(aq)+3O2(g)=2NO2-(aq)+2H2O(l)+4H+(aq)　ΔH=a kJ·mol-1

2NO2-(aq)+O2(g)=2NO3-(aq)　ΔH=b kJ·mol-1

5NH4+(aq)+3NO3-(aq)=4N2(g)+9H2O(l)+2H+(aq)　ΔH=c kJ·mol-1

则4NH4+(aq)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)+4H+(aq)　ΔH=________kJ·mol-1。

(2)实验室用电解法模拟处理氨氮废水。电解时，不同氯离子浓度对溶液中剩余氨氮浓度的影响如图所示。增大氯离子浓度可使氨氮去除率____(填“增大”、“减小”或“不变”)，其原因是阳极生成强氧化性气体，则阳极电极反应为_______。

(3)化学沉淀法是一种处理高浓度氨氮废水的有效方法。通过加入MgCl2和Na2HPO4将NH4+转化为MgNH4PO4·6H2O沉淀除去。25 ℃时，在氨氮初始质量浓度400 mg·L-1、n(Mg)∶n(P)∶n(N)=1∶1∶1的条件下，溶液pH对氨氮去除率及剩余氨氮浓度和总磷浓度的影响如图所示。

①反应生成MgNH4PO4·6H2O沉淀的离子方程式为______________。

②该实验条件下，控制溶液的适宜pH范围为________；当pH>9时，溶液中总磷浓度随pH增大而增大的主要原因是_________(用离子方程式表示)。

Answer 1

【答案】 增大 2Cl--2e-=Cl2↑ HPO42-+Mg2++NH4++6H2O=MgNH4PO4·6H2O↓+H+ 8.5<pH<9.5 MgNH4PO4+2OH-=Mg(OH)2+NH4++PO43-[或MgNH4PO4+3OH-=Mg(OH)2+NH3·H2O+PO43-]

【解析】

(1)根据盖斯定律计算反应的焓变；

(2)根据图象分析，Cl-浓度增大，氨氮去除率增大，电解池中Cl-转化为Cl2，Cl2能氧化NH4+达到去除的目的；

(3)①MgCl2、Na2HPO4和NH4+反应生成MgNH4PO46H2O沉淀，据此写出反应的方程式；

②根据图象分析，当控制pH在8.5～9.5范围内，氨氮去除率较高，pH范围在9～11时，溶液中总磷浓度随pH增大而增大，考虑溶液碱性增强，MgNH4PO4在碱性条件下转化为Mg(OH)2和PO43-，导致溶液中总磷浓度增大。

(1)已知：①2NH4+(aq)+3O2(g)=2NO2-(aq)+2H2O(l)+4H+(aq)　ΔH1=a kJ·mol-1

②2NO2-(aq)+O2(g)=2NO3-(aq)　ΔH2=b kJ·mol-1

③5NH4+(aq)+3NO3-(aq)=4N2(g)+9H2O(l)+2H+(aq)　ΔH3=c kJ·mol-1

将，整理可得反应方程式为：4NH4+(aq)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)+4H+(aq)　ΔH= kJ/mol；

(2)根据图象分析，Cl-浓度增大，氨氮去除率增大，电解池中Cl-转化为Cl2，Cl2能够将NH4+氧化为氮气(或NO3-)而除去，阳极的电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑；

(3)①MgCl2、Na2HPO4和NH4+反应生成MgNH4PO46H2O沉淀，所以发生的反应为：HPO42-+Mg2++NH4++6H2O=MgNH4PO4·6H2O↓+H+；

②根据图象分析，当控制pH在8.5～9.5范围内，氨氮去除率较高，当pH范围在9～11时，溶液中总磷浓度随pH增大而增大，考虑溶液碱性增强，MgNH4PO4在碱性条件下转化为Mg(OH)2和PO43-，导致溶液中总磷浓度增大，发生的反应为：MgNH4PO4+2OH-=Mg(OH)2+NH4++PO43-[或MgNH4PO4+3OH-=Mg(OH)2+NH3·H2O+PO43-]。