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、石墨作陽極，可進(jìn)行除氮；翻轉(zhuǎn)電源正負(fù)極，以鐵作陽極、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1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2：

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：_____。

③當(dāng)pH>8時(shí)，ClO-發(fā)生歧化導(dǎo)致有效氯濃度下降，而氮的去除率卻并未明顯下降，可能的原因是（答出一點(diǎn)即可）：______。

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。

①用化學(xué)用語表示產(chǎn)生Fe2+的主要過程：_______________。

②如圖為某含Cl- 污水在氮磷聯(lián)合脫除過程中溶液pH的變化。推測在20-40 min時(shí)脫除的元素是________。

（4）測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，溶液中c(HClO)減小，使NH4+的氧化率下降 pH升高有利于NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>NH3，NH3可直接在電極上放電而氧化（或pH升高有利于NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>NH3，且有利于NH3逸出） Fe–2e-=Fe2+ 磷

【解析】

（1）堿性溶液中，NH3轉(zhuǎn)化為N2，化合價(jià)降低得電子；

（2）當(dāng)pH<8時(shí)，HClO將NH4+ 氧化為N2；隨溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2 + H2OH+ + Cl- +HClO平衡逆向移動；當(dāng)pH>8時(shí)，有利于NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>NH3，NH3可直接在電極上放電而氧化，或有利于NH3逸出；

（3）除磷時(shí)，Fe作陽極失電子；電解除氮，pH會減小。電解除磷，pH會增大；

（4）由關(guān)系式P~ Ag3PO4~ 3AgSCN~3NH4SCN解答。

（1）在堿性溶液中，NH3轉(zhuǎn)化為N2，化合價(jià)降低得電子，相應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH3–6e-+6OH-=N2+6H2O；

（2）①當(dāng)pH<8時(shí)，HClO將NH4+ 氧化為N2的離子方程式為3HClO +2NH4+=3Cl-+N2↑+3H2O+5H+；

②當(dāng)pH<8時(shí)，隨溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2 + H2OH+ + Cl- +HClO平衡逆向移動，溶液中c(HClO)減小，使NH4+的氧化率下降，則氮的去除率隨pH的降低而下降；

③當(dāng)pH>8時(shí)，ClO-發(fā)生歧化導(dǎo)致有效氯濃度下降，NH4+的氧化率下降，而氮的去除率卻并未明顯下降，可能的原因是pH升高有利于NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>NH3，NH3可直接在電極上放電而氧化（或pH升高有利于NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>NH3，且有利于NH3逸出）；

（3）①除磷時(shí)，Fe作陽極失電子，產(chǎn)生Fe2+的主要過程為Fe–2e-=Fe2+；

②由圖溶液pH的變化，在堿性溶液中，電解除氮時(shí)2NH3N2+3H2，消耗NH3，pH會減小。電解除磷，陽極電解鐵，陰極電解氫離子，pH會增大，20-40 min時(shí)pH增大，則脫除的元素是磷；

（4）由關(guān)系式P～Ag3PO4～3AgSCN～3NH4SCN可知：n（P）=n（NH4SCN）=cV mol，則此污水中磷的含量為：cV mol0.1L=cV mg/L。