Question

9．氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一，用次氯酸钠水解生成的次氯酸将水中的氨氮（用NH₃表示）转化为氮气除去，其相关反应的主要热化学方程式如下：
反应①：NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₁=akJ•mol^-1
反应②：NH₂Cl（aq）+HClO（aq）═NHCl₂（aq）+H₂O（I）△H₂=bkJ•mol^-1
反应③：2NHCl₂（aq）+H₂O（I）═N₂（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H₃=ckJ•mol^-1
（1）2NH₃（aq）+HClO（aq）═N₂（g）+3H₂O（I）+3HCl（aq）的△H=（2a+2b+c）kJ/mol．
（2）已知在水溶液中NH₂Cl较稳定，NHCl₂不稳定易转化为氮气．在其他条件一般的情况下，改变$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$（即NaClO溶液的投入液），溶液中次氯酸钠去除氨氮效果与余氯（溶液中+1价氯元素的含量）影响如图1所示．a点之前溶液中发生的主要反应为A．
A．反应①B．反应①②C．反应①②③
反应中氨氮去除效果最佳的$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$值约为1.5．

（3）溶液pH对次氯酸钠去除氨氮有较大的影响（如图2所示）．在pH较低时溶液中有无色无味的气体生成，氨氮去除效率较低，其原因是盐酸与次氯酸钠反应生成次氯酸，次氯酸分解生成氧气，与氨氮反应的次氯酸减小．

（4）用电化学法也可以去除废水中氨氮．在蒸馏水中加入硫酸铵用惰性电极直接电解发现氨氮去除效率极低，但在溶液中再加入一定量的氯化钠后，去除效率可以大大提高．反应装置如图3所示，b为电极正极，电解时阴极的电极反应式为2H₂O+2NH₄⁺+2e^-=2NH₃•H₂O+H₂↑或2H⁺+2e^-=H₂↑．
（5）氯化磷酸三钠（Na₂PO₄•0.25NaClO•12H₂O）可用于减小水的硬度，相关原理可用下列离子方程式表示：
3CaSO₄（s）+2PO₄^3-（aq）?Ca₃（PO₄）₂（s）+3SO₄^2-（aq），该反应的平衡常数K=3.77×10¹³．
[已知K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-29，K_sp（CaSO₄）=9.1×10^-6]．

Answer 1

分析 （1）反应①：NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₁=akJ•mol^-1
反应②：NH₂Cl（aq）+HClO（aq）═NHCl₂（aq）+H₂O（I）△H₂=bkJ•mol^-1
反应③：2NHCl₂（aq）+H₂O（I）═N₂（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H₃=ckJ•mol^-1
依据化学方程式和盖斯定律计算，①×2+②×2+③得到所热化学方程式；
（2）用次氯酸钠水解生成的次氯酸将水中的氨氮（用NH₃表示）转化为氮气除去，改变$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$（即NaClO溶液的投入液），溶液中次氯酸钠去除氨氮效果与余氯图象变化中，次氯酸少氨气多，a点前发生的反应是NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）；反应中氨氮去除效果最佳的从图象分析可知为去除率较高同时余氯量最少；
（3）在pH较低时溶液中，生成的次氯酸分解有无色无味的气体生成为氧气，次氯酸较少氨氮去除效率较低；
（4）在蒸馏水中加入硫酸铵用惰性电极直接电解发现氨氮去除效率极低，但在溶液中再加入一定量的氯化钠后，去除效率可以大大提高，是因为阳极上氯离子失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，破坏了水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大，结合铵根离子生成一水合氨，氯气上升过程中吸收，所以装置图可知b为正极，a为负极；
（5）3CaSO₄（s）+2PO₄^3-（aq）?Ca₃（PO₄）₂（s）+3SO₄^2-（aq），该反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$×$\frac{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ks{p}^{3}（CaS{O}_{4}）}{Ksp（C{a}_{3}（P{O}_{4}）_{2}）}$计算．

解答 解：（1）反应①：NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₁=akJ•mol^-1
反应②：NH₂Cl（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）△H₂=bkJ•mol^-1
反应③：2NHCl₂（aq）+H₂O（I）═N₂（g）+HClO（aq）+3HCl（aq）△H₃=ckJ•mol^-1
依据化学方程式和盖斯定律计算，①×2+②×2+③得到所热化学方程式2NH₃（aq）+HClO（aq）═N₂（g）+3H₂O（I）+3HCl（aq）△H=（2a+2b+c）KJ/mol，
故答案为：（2a+2b+c）KJ/mol；
（2）用次氯酸钠水解生成的次氯酸将水中的氨氮（用NH₃表示）转化为氮气除去，改变$\frac{n（NaClO）}{n（N{H}_{3}）}$（即NaClO溶液的投入液），溶液中次氯酸钠去除氨氮效果与余氯图象变化中，次氯酸少氨气多，a点前发生的反应是NH₃（aq）+HClO（aq）═NH₂Cl（aq）+H₂O（I）；反应中氨氮去除效果最佳的从图象分析可知为去除率较高同时余氯量最少，图象中符合的比值为1.5，
故答案为：A；1.5；
（3）在pH较低时溶液中，盐酸与次氯酸钠反应生成的次氯酸分解有无色无味的气体生成为氧气，次氯酸较少氨氮去除效率较低，
故答案为：盐酸与次氯酸钠反应生成的次氯酸，次氯酸分解产生氧气，与氨氮反应的次氯酸量减少了；
（4）在蒸馏水中加入硫酸铵用惰性电极直接电解发现氨氮去除效率极低，但在溶液中再加入一定量的氯化钠后，去除效率可以大大提高，是因为阳极上氯离子失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，破坏了水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大，结合铵根离子生成一水合氨，电极反应为：2H₂O+2NH₄⁺+2e^-=2NH₃•H₂O+H₂↑或2H⁺+2e^-=H₂↑，氯气上升过程中吸收，所以装置图可知b为正极，a为负极，
故答案为：正；2H₂O+2NH₄⁺+2e^-=2NH₃•H₂O+H₂↑或2H⁺+2e^-=H₂↑；
（5）3CaSO₄（s）+2PO₄^3-（aq）?Ca₃（PO₄）₂（s）+3SO₄^2-（aq），该反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$=$\frac{{c}^{3}（S{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（P{{O}_{4}}^{3-}）}$×$\frac{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}{{c}^{3}（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ks{p}^{3}（CaS{O}_{4}）}{Ksp（C{a}_{3}（P{O}_{4}）_{2}）}$=$\frac{（9.1×1{0}^{-6}）^{3}}{2.0×1{0}^{-29}}$=3.77×10¹³，
故答案为：3.77×10¹³．

点评 本题考查了热化学方程式书写、图象曲线变化特征、电解池原理和电极反应书写、沉淀溶解平衡常数的计算等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．