Question

14．水體污染的治理是化學(xué)工作者研究的重要課題．
（1）水體常見污染物之一的氨氮主要指游離氨或銨鹽，可以通入一定量的氯氣，利用產(chǎn)生的HClO除去．
已知 NH₄⁺+HClO═NH₂Cl+H⁺+H₂O△H=a kJ?mol^-1
2NH₂Cl+HClO═N₂+H₂O+3H⁺+3Cl^-△H=b kJ?mol^-1
NH₄⁺+4HClO═NO₃^-+6H⁺+4Cl^-+H₂O△H=c kJ?mol^-1
則  2NH₄⁺+3HClO═N₂+3H₂O+5H⁺+3Cl^-△H=2a+bkJ?mol^-1
（2）電解法也可除去水中的氨氮，實驗室用石墨電極電解一定濃度的（NH₄）₂SO₄與NaCl的酸性混合溶液來模擬．
①電解時，陽極的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑．電解過程中溶液初始Cl^-濃度和pH對氨氮去除速率與能耗（處理一定量氨氮消耗的電能）的影響關(guān)系如圖1和圖2所示．
②圖1中當(dāng)Cl^-濃度較低時、圖2中當(dāng)初始pH達到12時，氨氮去除速率低而能耗高的原因可能是陽極可能OH^-放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能；而當(dāng)Cl^-濃度較高時，測得溶液中的NO₃^-濃度也較高，可能的原因是Cl^-濃度較高時，產(chǎn)生的Cl₂（或HClO）較多，會將NH${\;}_{4}^{+}$氧化為NO${\;}_{3}^{-}$．
③圖2中，pH為6時處理效果最佳，當(dāng)pH過低時，處理效果不佳的原因可能是pH太低時，產(chǎn)生的Cl₂會從溶液中逸出．
（3）通過調(diào)節(jié)溶液pH，在弱堿性條件下，用漂白粉溶液也可將廢水中的CN^-轉(zhuǎn)化為碳酸鹽和N₂而除去．寫出該反應(yīng)的離子方程式：2CN^-+5ClO^-+2OH^-+2Ca²⁺=2CaCO₃↓+N₂↑+5Cl^-+H₂O．
（4）廢水中的重金屬離子通常用沉淀法除去．已知K_sp（NiS）=1.1×10^-21，K_sp（CuS）=1.3×10^-36，國家規(guī)定的排放標準：鎳低于1.1×10^-5 mol•L^-1，銅低于7.8×10^-5mol•L^-1．則需要控制溶液中S^2-的濃度不低于10^-16mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①NH₄⁺+HClO═NH₂Cl+H⁺+H₂O△H=a kJ?mol^-1
②2NH₂Cl+HClO═N₂+H₂O+3H⁺+3Cl^-△H=b kJ?mol^-1，2×①+②得，2NH₄⁺+3HClO═N₂+3H₂O+5H⁺+3Cl^-△H=（2a+b）kJ?mol^-1；
（2）①陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②據(jù)4OH^--4e^-=O₂↑+H₂O，則陽極可能OH^-放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能來分析；Cl^-濃度較高時，產(chǎn)生的Cl₂（或HClO）較多，會將NH${\;}_{4}^{+}$氧化為NO${\;}_{3}^{-}$；
③據(jù)pH太低時，產(chǎn)生的Cl₂會從溶液中逸出來分析；
（3）漂白粉的有效成分是Ca（ClO）₂，并據(jù)題意書寫離子方程式；
（4）依據(jù)溶度積常數(shù)計算不同沉淀下的硫離子濃度．

解答 解：（1））①NH₄⁺+HClO═NH₂Cl+H⁺+H₂O△H=a kJ?mol^-1
②2NH₂Cl+HClO═N₂+H₂O+3H⁺+3Cl^-△H=b kJ?mol^-1，2×①+②得，2NH₄⁺+3HClO═N₂+3H₂O+5H⁺+3Cl^-△H=（2a+b）kJ?mol^-1；
故答案為：2a+b；
（2）①陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
②氨氮去除速率低而能耗高的原因可能是陽極發(fā)生的反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+H₂O，則陽極可能OH^-放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能；當(dāng)Cl^-濃度較高時，測得溶液中的NO₃^-濃度也較高，可能的原因是：Cl^-濃度較高時，產(chǎn)生的Cl₂（或HClO）較多，會將NH${\;}_{4}^{+}$氧化為NO${\;}_{3}^{-}$，
故答案為：陽極可能OH^-放電，產(chǎn)生大量氧氣，消耗電能；Cl^-濃度較高時，產(chǎn)生的Cl₂（或HClO）較多，會將NH${\;}_{4}^{+}$氧化為NO${\;}_{3}^{-}$；
③當(dāng)pH過低時，處理效果不佳的原因可能是，pH太低時，產(chǎn)生的Cl₂會從溶液中逸出，
故答案為：pH太低時，產(chǎn)生的Cl₂會從溶液中逸出；
（3）漂白粉的有效成分是Ca（ClO）₂，因為漂白粉溶液也可將廢水中的CN^-轉(zhuǎn)化為碳酸鹽和N₂而除去，故離子方程式為2CN^-+5ClO^-+2OH^-+2Ca²⁺=2CaCO₃↓+N₂↑+5Cl^-+H₂O，
故答案為：2CN^-+5ClO^-+2OH^-+2Ca²⁺=2CaCO₃↓+N₂↑+5Cl^-+H₂O；
（4）K_sp（NiS）=c（Ni⁺）c（S^2-）=1.1×10^-21，則c（S^2-）=$\frac{Ksp（NiS）}{c（N{i}^{+}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-21}}{1.1×1{0}^{-5}}$=10^-16mol•L^-1，K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）c（S^2-）
=1.3×10^-36，c（S^2-）=$\frac{Ksp（CuS）}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{1.3×1{0}^{-36}}{7.8×1{0}^{-5}}$=1.7×10^-32mol•L^-1，1.7×10^-32mol•L^-1＜10^-16mol•L^-1，故則需要控制溶液中S^2-的濃度不低于10^-16mol•L^-1，
故答案為：10^-16．

點評 本題考查反應(yīng)熱的計算，電極反應(yīng)方程式及離子方程式的書寫，以及溶度積常數(shù)的計算等，本題難度中等．