Question

【題目】近年來(lái)，隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，而環(huán)境污染中的很多問(wèn)題是由于氮磷富集化引起的，所以如何降低水體中的氮磷含量問(wèn)題受到廣泛關(guān)注。目前有兩種較為有效的氨氮廢水處理方法。

I.化學(xué)沉淀法

利用了Mg2+與PO43-與氨氮生成MgNH4PO46H2O沉淀以達(dá)到去除氨氮的效果。

已知：磷在pH=8-10時(shí)主要存在形式為HPO42-

Ksp（MgNH4PO46H2O）=2.5×10-13

(1)請(qǐng)寫(xiě)出pH=8時(shí)，化學(xué)沉淀法去除NH4+的離子方程式為_。

(2)氨氮去除率與含磷微粒濃度隨pH變化如圖1所示，已知：Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26，請(qǐng)解釋pH>10時(shí)氨氮去除率隨pH變化的原因：__。

II.光催化法

(3)光催化降解過(guò)程中形成的羥基自由基（·OH）和超氧離子（·O2-）具有光催化能力，催化原理如圖2所示。請(qǐng)寫(xiě)出NO3-轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)的電極反應(yīng)式：__。

(4)經(jīng)過(guò)上述反應(yīng)后，仍有NH4+殘留，探究其去除條件。

①溫度對(duì)氨氮去除率影響如圖3所示。溫度升高，氨氮去除率變化的可能原因是：__；__（請(qǐng)寫(xiě)出兩條）。

②選取TiO2作為催化劑，已知：TiO2在酸性條件下帶正電，堿性條件下帶負(fù)電。請(qǐng)?jiān)趫D4中畫(huà)出pH=5時(shí)，氨氮去除率變化曲線_____。

(5)為測(cè)定處理后廢水中（含少量游離酸）殘留NH4+濃度，可選用甲醛-滴定法進(jìn)行測(cè)定。取20mL的處理后水樣，以酚酞為指示劑，用0.0100mol/LNaOH滴定至酚酞變紅，此時(shí)溶液中游離酸被完全消耗，記下消耗NaOH的體積V1mL；然后另取同樣體積水樣，加入甲醛，再加入2-3滴酚酞指示劑，靜置5min，發(fā)生反應(yīng)：6HCHO+4NH4+=(CH2)6N4H++6H2O+3H+，繼續(xù)用NaOH滴定，發(fā)生反應(yīng)：(CH2)6N4H++OH-=(CH2)6N4+H2O；H++OH-=H2O。滴定至終點(diǎn)，記錄消耗NaOH的體積V2mL，水樣中殘留NH4+濃度為__mol/L。

Answer 1

【答案】Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO46H2O↓+H+ pH>10時(shí)NH4+與OH-反應(yīng)生成NH3而揮發(fā)，Mg2+與PO43-反應(yīng)生成Mg3(PO4)2沉淀，使氨氮去除率降低 2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O 溫度升高羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)的運(yùn)動(dòng)速率加快,羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)活性增大 溫度升高羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)的形成速率增大，溫度升高反應(yīng)速率加快

【解析】

(1)pH=8時(shí)，磷主要以HPO42-的形式存在，則應(yīng)為Mg2+、HPO42-、NH4+發(fā)生反應(yīng)，生成MgNH4PO46H2O沉淀。

(2) pH>10時(shí)，磷主要以PO43-的形式存在，從Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26看，易生成Mg3(PO4)2沉淀，氨氮去除率降低，則表明NH4+與堿發(fā)生了反應(yīng)。

(3)從圖中可以看出，NO3-在H+存在的環(huán)境中得電子，生成N2等。

(4)①溫度升高，氨氮去除率變化的可能原因是從溫度對(duì)羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)的影響進(jìn)行分析。

②依信息：TiO2在酸性條件下帶正電，堿性條件下帶負(fù)電。則在pH=5時(shí)，TiO2帶正電，吸引NH4+的能力差，氨氮去除率比pH=11時(shí)要小。

(5)依題意，溶液中剩余的H++OH-=H2O，4NH4+——(CH2)6N4H++3H+——4OH-

代入數(shù)據(jù)即可求出水樣中殘留NH4+濃度。

(1)pH=8時(shí)，磷主要以HPO42-的形式存在，則應(yīng)為Mg2+、HPO42-、NH4+發(fā)生反應(yīng)，生成MgNH4PO46H2O沉淀，則反應(yīng)的離子方程式為Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO46H2O↓+H+。答案為：Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO46H2O↓+H+；

(2) pH>10時(shí)，磷主要以PO43-的形式存在，由Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26可知，此時(shí)PO43-易生成Mg3(PO4)2沉淀，從而使氨氮去除率降低，此時(shí)應(yīng)發(fā)生NH4+與OH-的反應(yīng)。從而得出pH>10時(shí)氨氮去除率隨pH變化的原因是pH>10時(shí)NH4+與OH-反應(yīng)生成NH3而揮發(fā)，Mg2+與PO43-反應(yīng)生成Mg3(PO4)2沉淀，使氨氮去除率降低。答案為：pH>10時(shí)NH4+與OH-反應(yīng)生成NH3而揮發(fā)，Mg2+與PO43-反應(yīng)生成Mg3(PO4)2沉淀，使氨氮去除率降低；

(3)從圖中可以看出，NO3-在H+存在的環(huán)境中得電子，生成N2等，電極反應(yīng)式為2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O。答案為：2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O；

(4)①溫度升高，氨氮去除率變化的可能原因是溫度升高羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)的運(yùn)動(dòng)速率加快,羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)活性增大；溫度升高羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)的形成速率增大，溫度升高反應(yīng)速率加快。答案為：溫度升高羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)的運(yùn)動(dòng)速率加快,羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)活性增大；溫度升高羥基自由基(·OH)和超氧離子(·O2-)的形成速率增大，溫度升高反應(yīng)速率加快；

②依信息：TiO2在酸性條件下帶正電，堿性條件下帶負(fù)電。則在pH=5時(shí)，TiO2帶正電，吸引NH4+的能力差，氨氮去除率比pH=11時(shí)要小。則pH=5時(shí)，氨氮去除率變化曲線為：

答案為：；

(5)依題意，溶液中剩余的H++OH-=H2O，4NH4+——(CH2)6N4H++3H+——4OH-

則n(NH4+)=0.01mol/L×V2×10-3L-0.01mol/L×V1×10-3L=0.01(V2-V1)×10-3mol，

水樣中殘留NH4+濃度為=mol/L。答案為：；