Question

【題目】生活污水中的氮和磷主要以銨鹽和磷酸鹽形式存在，可用電解法從溶液中去除。電解裝置如圖：

以鐵作陰極、石墨作陽(yáng)極，可進(jìn)行除氮；翻轉(zhuǎn)電源正負(fù)極，以鐵作陽(yáng)極、石墨作陰極，可進(jìn)行除磷。

I.電解除氮

(1)在堿性溶液中，NH3能直接在電極放電，轉(zhuǎn)化為N2，相應(yīng)的電極反應(yīng)式為：_______。

(2)有Cl-存在時(shí)，除氮原理如圖所示

主要依靠有效氯(HClO、ClO-)將NH4+ 或NH3氧化為N2。在不同pH條件下進(jìn)行電解時(shí)，氮的去除率和水中有效氯濃度如圖：

①當(dāng)pH<8時(shí)，主要發(fā)生HClO氧化NH4+ 的反應(yīng)，其離子方程式為：____________。

②結(jié)合平衡移動(dòng)原理解釋，當(dāng)pH<8時(shí)，氮的去除率隨pH的降低而下降的原因是：_____。

II.電解除磷

(3)除磷的原理是利用Fe2+ 將PO43- 轉(zhuǎn)化為Fe3(PO4)2沉淀。

如圖為某含Cl- 污水在氮磷聯(lián)合脫除過(guò)程中溶液pH的變化。推測(cè)在20-40 min時(shí)脫除的元素是________。

(4)測(cè)定污水磷含量的方法如下：取100mL污水，調(diào)節(jié)至合適pH后用AgNO3溶液使磷全部轉(zhuǎn)化為Ag3PO4沉淀。將沉淀過(guò)濾并洗滌后，用硝酸溶解，再使用NH4SCN溶液滴定產(chǎn)生的Ag+，發(fā)生反應(yīng)Ag++SCN-=AgSCN↓，共消耗c mol/LNH4SCN溶液V mL。則此污水中磷的含量為_________mg/L(以磷元素計(jì))。

Answer 1

【答案】2NH3–6e-+6OH-=N2+6H2O 3HClO +2NH4+=3Cl-+N2↑+3H2O+5H+ 隨溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2 + H2OH+ + Cl- +HClO平衡逆向移動(dòng)，溶液中c(HClO)減小，使NH4+的氧化率下降 磷

【解析】

以鐵作陰極、石墨作陽(yáng)極，可進(jìn)行除氮；翻轉(zhuǎn)電源正負(fù)極，以鐵作陽(yáng)極、石墨作陰極，可進(jìn)行除磷，
Ⅰ．（1）在堿性溶液中，NH3能直接在電極放電，轉(zhuǎn)化為N2，氮元素化合價(jià)-3價(jià)升高為0價(jià)，在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）①當(dāng)pH＜8時(shí)，主要發(fā)生HClO氧化NH4+的反應(yīng)生成氮?dú)�，次氯酸被還原為氯離子，結(jié)合電子守恒和電荷守恒、原子守恒書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)方程式；
②pH＜8時(shí)，氮的去除率隨pH的降低而下降，是因?yàn)槁葰夂退�的反�?yīng)為可逆反應(yīng)，PH減小，酸性增加，氫離子濃度增大，平衡逆向進(jìn)行，次氯酸濃度減小；

Ⅱ．（3）②圖象中開(kāi)始時(shí)脫氮，轉(zhuǎn)化電極后是脫磷；
（4）取100mL污水，調(diào)節(jié)至合適pH后用AgNO3溶液使磷全部轉(zhuǎn)化為Ag3PO4沉淀。將沉淀過(guò)濾并洗滌后，用硝酸溶解，再使用NH4SCN溶液滴定產(chǎn)生的Ag+，發(fā)生反應(yīng)Ag++SCN-═AgSCN↓，共消耗cmol/LNH4SCN溶液VmL．反應(yīng)過(guò)程中元素守恒PO43-～Ag3PO4～3AgSCN～3NH4SCN，據(jù)此計(jì)算。

Ⅰ．（1）在堿性溶液中，NH3能直接在電極放電，轉(zhuǎn)化為N2，氮元素化合價(jià)-3價(jià)升高為0價(jià)，在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O；
（2）①當(dāng)pH＜8時(shí)，主要發(fā)生HClO氧化NH4+的反應(yīng)生成氮?dú)�，次氯酸被還原為氯離子，結(jié)合電子守恒和電荷守恒、原子守恒書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)方程式為：3HClO+2NH4+=3Cl-+N2+3H2O+5H+；
②當(dāng)pH＜8時(shí)，氮的去除率隨pH的降低而下降，結(jié)合平衡移動(dòng)原理解釋的原因是：隨溶液pH降低，c（H+）增大，Cl2+H2OH++Cl-+HClO平衡逆向移動(dòng)，溶液中c(HClO)減小，使NH4+的氧化率下降，
故答案為：隨溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2+H2OH++Cl-+HClO平衡逆向移動(dòng)，溶液中c(HClO)減小，使NH4+的氧化率下降；

（3）如圖為某含Cl-污水在氮磷聯(lián)合脫除過(guò)程中溶液pH的變化，開(kāi)始時(shí)脫氮元素，翻轉(zhuǎn)電極后，在20-40min時(shí)脫除的元素是磷，故答案為：磷；
（4）取100mL污水，調(diào)節(jié)至合適pH后用AgNO3溶液使磷全部轉(zhuǎn)化為Ag3PO4沉淀。將沉淀過(guò)濾并洗滌后，用硝酸溶解，再使用NH4SCN溶液滴定產(chǎn)生的Ag+，發(fā)生反應(yīng)Ag++SCN-═AgSCN↓，共消耗cmol/LNH4SCN溶液VmL．反應(yīng)過(guò)程中元素守恒：P～PO43-～Ag3PO4～3AgSCN～3NH4SCN，消耗的NH4SCN物質(zhì)的量為cmol/L×V×10-3L，則磷原子的物質(zhì)的量為×cmol/L×V×10-3L，100mL此污水中磷的質(zhì)量為×cmol/L×V×10-3L×31g/mol=cVmg，1L污水中磷的含量mg。