Question

【题目】氨氮(NH3、NH4+等)是一种重要污染物，可利用合适的氧化剂氧化去除。

（1）氯气与水反应产生的HClO可去除废水中含有的NH3。

已知：NH3(aq)＋HClO(aq)=NH2Cl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝a kJ·mol－1

2NH2Cl(aq)＋HClO(aq)=N2(g)＋H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)　ΔH＝b kJ·mol－1

则反应2NH3(aq)＋3HClO(aq)=N2(g)＋3H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)的ΔH＝________kJ·mol－1。

（2）在酸性废水中加入NaCl进行电解，阳极产生的HClO可氧化氨氮。电解过程中，废水中初始Cl－浓度对氨氮去除速率及能耗(处理一定量氨氮消耗的电能)的影响如图所示。

①写出电解时阳极的电极反应式：________________。

②当Cl－浓度减小时，氨氮去除速率下降，能耗却增加的原因是____________________________。

③保持加入NaCl的量不变，当废水的pH低于4时，氨氮去除速率也会降低的原因是____________________________。

（3）高铁酸钾(K2FeO4)是一种高效氧化剂，可用于氨氮处理。K2FeO4在干燥空气中和强碱性溶液中能稳定存在。氧化剂的氧化性受溶液中的H＋浓度影响较大。

①碱性条件下K2FeO4可将水中的NH3转化为N2除去，该反应的离子方程式为________________________________。

②用K2FeO4氧化含氨氮废水，其他条件相同时，废水pH对氧化氨氮去除率及氧化时间的影响如图所示。当pH小于9时，随着pH的增大，氨氮去除率增大、氧化时间明显增长的原因是_________________。

Answer 1

【答案】2a＋b Cl－－2e－＋H2O=HClO＋H＋ Cl－电解产生的HClO浓度低，氧化氨氮速率低，阳极OH－放电，消耗电能 当H＋过大，HClO氧化Cl－产生Cl2从溶液中逸出，使HClO浓度减小 2NH3＋2FeO42-＋2H2O=2Fe(OH)3↓＋N2↑＋4OH－ 随着pH的增大K2FeO4的稳定性增强，利用率提高，氨氮去除率高；但H＋浓度减小，氧化性减弱，氧化时间增长

【解析】

(1)根据盖斯定律计算解答；

(2)①电解时阳极发生氧化反应，失电子，元素化合价升高，；结合题意据此分析电极反应式；

②结合阳极电极反应分析原因；

③阳极产生的HClO，具有氧化性，酸性条件下氧化性增强，不但可氧化氨氮，也可以氧化氯离子；

(3)高铁酸钾(K2FeO4)是一种高效氧化剂，可用于氨氮处理。K2FeO4在干燥空气中和强碱性溶液中能稳定存在。氧化剂的氧化性受溶液中的H＋浓度影响较大。

①碱性条件下K2FeO4可将水中的NH3转化为N2除去，根据氧化还原反应电荷守恒和物料守恒书写反应的离子方程式；

②用K2FeO4氧化含氨氮废水，说明K2FeO4具有强氧化性，根据酸性强弱对氧化性的影响分析。

(1)已知：①NH3(aq)＋HClO(aq)=NH2Cl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝a kJ·mol－1

②2NH2Cl(aq)＋HClO(aq)=N2(g)＋H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)　ΔH＝b kJ·mol－1

根据盖斯定律：①×2+②可得反应2NH3(aq)＋3HClO(aq)=N2(g)＋3H2O(l)＋3H＋(aq)＋3Cl－(aq)的ΔH＝2a＋b kJ·mol－1；

(2)①电解时阳极发生氧化反应，失电子，元素化合价升高，在酸性废水中加入NaCl进行电解，阳极产生的HClO，氯元素的化合价升高失电子，阳极电极反应式为：Cl－－2e－＋H2O=HClO＋H＋；

②阳极电极反应式为：Cl－－2e－＋H2O=HClO＋H＋，当Cl－浓度减小时，Cl－电解产生的HClO浓度低，氧化氨氮速率低，阳极OH－放电，消耗电能；

③阳极产生的HClO，具有氧化性，酸性条件下氧化性增强，当废水的pH低于4时，H＋浓度过大，HClO氧化性增强，可氧化Cl－产生Cl2从溶液中逸出，使HClO浓度减小，氨氮去除速率也会降低；

(3)①碱性条件下K2FeO4可将水中的NH3转化为N2除去，铁元素化合价由+6价降低为+3价，碱性条件下应生成Fe(OH)3沉淀，氮元素化合价由-3价升高为0价，根据氧化还原反应电荷守恒和物料守恒，反应的离子方程式为2NH3＋2FeO42-＋2H2O=2Fe(OH)3↓＋N2↑＋4OH－；

②用K2FeO4氧化含氨氮废水，说明K2FeO4具有强氧化性，氧化性受溶液中的H＋浓度影响较大，随着pH的增大K2FeO4的稳定性增强，利用率提高，氨氮去除率高；但H＋浓度减小，氧化性减弱，氧化时间增长。