Question

【題目】氮元素是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因，在水中常以氨氮或NO3形式存在。

（1）在pH為4～6時，用H2在Pd-Cu催化下將NO3-還原為N2可消除水中NO3。該反應(yīng)的離子方程式為____。若用H2和CO2的混合氣體代替H2，NO3-去除效果更好，其原因是____。

（2）NaClO氧化可除去氨氮，反應(yīng)機(jī)理如圖1所示（其中H2O和NaCl略去），實驗測得相同條件下，相同反應(yīng)時間，pH與氨氮的去除率關(guān)系如圖2所示，溫度與氨氮去除率關(guān)系如圖3所示。

圖1 圖2 圖3

①NaClO氧化NH3的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。

②如圖2所示，在pH＞9時，pH越大去除率越小，其原因是____。

③如圖3所示，溫度低于15℃時，溫度越低去除率越低其原因是____。當(dāng)溫度高于25℃時，溫度越高去除率也越低，其原因是____。

（3）用電化學(xué)法可去除廢水中的氨氮。在含NH4+的廢水中加入氯化鈉，用惰性電極電解。反應(yīng)裝置如圖4所示，則電解時，a極的電極反應(yīng)式為____。

Answer 1

【答案】 2NO3– + 5H2 + 2H+ ＝N2↑+ 6H2O CO2溶于溶液中，可維持pH在4～6之間 2NH3 + 3NaClO＝N2↑+ 3H2O + 3NaCl ClO的濃度減小，氧化反應(yīng)速率減慢 溫度低時反應(yīng)速率慢 溫度高時，加快了HClO的分解（或NaClO分解），利用率降低 2H2O + 2NH4+ + 2e–＝2NH3·H2O + H2↑或2H+ + 2e–＝H2↑

【解析】分析：（1）氫氣能將硝酸根還原為氮?dú)�，溶液呈酸性，說明有H+參與反應(yīng)，氫氣被氧化生成水；（2）根據(jù)圖示找出反應(yīng)物和生成物；（3）根據(jù)圖中電解原理解答。

詳解：（1）氫氣能將硝酸根還原為氮?dú)�，溶液呈酸性，說明有H+參與反應(yīng)，氫氣被氧化生成水，書寫時注意反應(yīng)的條件，故答案為：2NO3– + 5H2 + 2H+ ＝N2↑+ 6H2O（催化劑條件）；因為需控制pH為4～6，若用H2和CO2的混合氣體代替H2，CO2溶于溶液中，可維持pH在4～6之間，使NO3-去除效果更好，因此，本題答案為：2NO3– + 5H2 + 2H+ ＝N2↑+ 6H2O ；CO2溶于溶液中，可維持pH在4～6之間。

（2）①由圖知，NaClO氧化NH3生成N2、H2O和NaCl,根據(jù)得失電子守恒、原子守恒寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH3 + 3NaClO＝N2↑+ 3H2O + 3NaCl。

②在pH＞9時，ClO-的濃度減小，氧化反應(yīng)速率減慢，去除率降低。

③由圖知溫度低于15℃時，反應(yīng)速率慢，去除率降低。當(dāng)溫度高于25℃時，加快了HClO的分解（或NaClO分解），利用率降低。

因此，本題正確答案為：NH3 + 3NaClO＝N2↑+ 3H2O + 3NaCl ；ClO-的濃度減小，氧化反應(yīng)速率減慢 ；溫度低時反應(yīng)速率慢 ； 溫度高時，加快了HClO的分解（或NaClO分解），利用率降低。

（3）據(jù)圖可知，該池為電解池，a為陰極，b為陽極，a極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H2O + 2NH4+ + 2e–＝2NH3·H2O + H2↑或2H+ + 2e–＝H2↑。因此，本題答案為：2H2O + 2NH4+ + 2e–＝2NH3·H2O + H2↑或2H+ + 2e–＝H2↑。