Question

【题目】近年来，随着人类社会的快速发展，环境污染日益严重，而环境污染中的很多问题是由于氮磷富集化引起的，所以如何降低水体中的氮磷含量问题受到广泛关注。目前有两种较为有效的氨氮废水处理方法。

I.化学沉淀法

利用了Mg2+与PO43-与氨氮生成MgNH4PO46H2O沉淀以达到去除氨氮的效果。

已知：磷在pH=8-10时主要存在形式为HPO42-

Ksp（MgNH4PO46H2O）=2.5×10-13

(1)请写出pH=8时，化学沉淀法去除NH4+的离子方程式为_。

(2)氨氮去除率与含磷微粒浓度随pH变化如图1所示，已知：Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26，请解释pH>10时氨氮去除率随pH变化的原因：__。

II.光催化法

(3)光催化降解过程中形成的羟基自由基（·OH）和超氧离子（·O2-）具有光催化能力，催化原理如图2所示。请写出NO3-转化为无毒物质的电极反应式：__。

(4)经过上述反应后，仍有NH4+残留，探究其去除条件。

①温度对氨氮去除率影响如图3所示。温度升高，氨氮去除率变化的可能原因是：__；__（请写出两条）。

②选取TiO2作为催化剂，已知：TiO2在酸性条件下带正电，碱性条件下带负电。请在图4中画出pH=5时，氨氮去除率变化曲线_____。

(5)为测定处理后废水中（含少量游离酸）残留NH4+浓度，可选用甲醛-滴定法进行测定。取20mL的处理后水样，以酚酞为指示剂，用0.0100mol/LNaOH滴定至酚酞变红，此时溶液中游离酸被完全消耗，记下消耗NaOH的体积V1mL；然后另取同样体积水样，加入甲醛，再加入2-3滴酚酞指示剂，静置5min，发生反应：6HCHO+4NH4+=(CH2)6N4H++6H2O+3H+，继续用NaOH滴定，发生反应：(CH2)6N4H++OH-=(CH2)6N4+H2O；H++OH-=H2O。滴定至终点，记录消耗NaOH的体积V2mL，水样中残留NH4+浓度为__mol/L。

Answer 1

【答案】Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO46H2O↓+H+ pH>10时NH4+与OH-反应生成NH3而挥发，Mg2+与PO43-反应生成Mg3(PO4)2沉淀，使氨氮去除率降低 2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O 温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的运动速率加快,羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)活性增大 温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的形成速率增大，温度升高反应速率加快

【解析】

(1)pH=8时，磷主要以HPO42-的形式存在，则应为Mg2+、HPO42-、NH4+发生反应，生成MgNH4PO46H2O沉淀。

(2) pH>10时，磷主要以PO43-的形式存在，从Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26看，易生成Mg3(PO4)2沉淀，氨氮去除率降低，则表明NH4+与碱发生了反应。

(3)从图中可以看出，NO3-在H+存在的环境中得电子，生成N2等。

(4)①温度升高，氨氮去除率变化的可能原因是从温度对羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的影响进行分析。

②依信息：TiO2在酸性条件下带正电，碱性条件下带负电。则在pH=5时，TiO2带正电，吸引NH4+的能力差，氨氮去除率比pH=11时要小。

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

代入数据即可求出水样中残留NH4+浓度。

(1)pH=8时，磷主要以HPO42-的形式存在，则应为Mg2+、HPO42-、NH4+发生反应，生成MgNH4PO46H2O沉淀，则反应的离子方程式为Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO46H2O↓+H+。答案为：Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO46H2O↓+H+；

(2) pH>10时，磷主要以PO43-的形式存在，由Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26可知，此时PO43-易生成Mg3(PO4)2沉淀，从而使氨氮去除率降低，此时应发生NH4+与OH-的反应。从而得出pH>10时氨氮去除率随pH变化的原因是pH>10时NH4+与OH-反应生成NH3而挥发，Mg2+与PO43-反应生成Mg3(PO4)2沉淀，使氨氮去除率降低。答案为：pH>10时NH4+与OH-反应生成NH3而挥发，Mg2+与PO43-反应生成Mg3(PO4)2沉淀，使氨氮去除率降低；

(3)从图中可以看出，NO3-在H+存在的环境中得电子，生成N2等，电极反应式为2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O。答案为：2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O；

(4)①温度升高，氨氮去除率变化的可能原因是温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的运动速率加快,羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)活性增大；温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的形成速率增大，温度升高反应速率加快。答案为：温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的运动速率加快,羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)活性增大；温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的形成速率增大，温度升高反应速率加快；

②依信息：TiO2在酸性条件下带正电，碱性条件下带负电。则在pH=5时，TiO2带正电，吸引NH4+的能力差，氨氮去除率比pH=11时要小。则pH=5时，氨氮去除率变化曲线为：

答案为：；

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

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

水样中残留NH4+浓度为=mol/L。答案为：；