Question

3．含氮廢水需經(jīng)處理后排放，有的含氮廢水中含有NO₃^-，有的含氮廢水中含有NH₄⁺，不同的含氮廢水處理方法不同．
（1）某實驗小組利用Fe粉和KNO₃溶液反應，模擬含氮廢水脫氮過程，探究脫氮原理．
實驗前：先用0.1mol/L H₂SO₄洗滌Fe粉，其目的是去除鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì)．然后用蒸餾水洗滌至中性，將KNO₃溶液的pH調(diào)至2.5，為防止空氣中的O₂對脫氮的影響，應向KNO₃溶液中通入N₂（寫化學式）．

（2）有氧氣時，在硝化細菌作用下，NH₄⁺可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化，請將離子方程式補充完整：
4NH₄⁺+5O₂═N₂O+6H⁺+2NO₂^-+5H₂O．
（3）圖2是間接氧化工業(yè)廢水中氨氮（NH₄⁺）的示意圖．
①陽極區(qū)溶液中發(fā)生反應的離子方程式為：3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-；
②當生成H₂和N₂的物質(zhì)的量之比為3：1時，測得處理后廢水的pH減小，請簡述原因：電路中通過相同電量時，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，則陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多．

Answer 1

分析 （1）鐵表面有鐵銹加入硫酸可除去，除去溶液中的氧氣，可向溶液中通入氮氣；
（2）依據(jù)元素化合價變化，計算電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平書寫離子方程式；
（3）①裝置圖分析可知和電源正極相連的為陽極，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，氯氣具有強氧化性酸性溶液中能氧化銨根離子為氮氣除去；
②結(jié)合電解池中的電極反應和生成H₂和N₂的物質(zhì)的量之比為3：1，依據(jù)電極反應中電子守恒計算溶液中氫離子濃度減小和氫離子濃度增加，判斷溶液PH變化．

解答 解：（1）H₂SO₄可以除去Fe粉表面的氧化物；為防止空氣中的O₂對脫氮的影響，可向KNO₃溶液中通入N₂，排出O₂．
故答案為：去除鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì)； N₂；
（2）銨根中氮元素化合價-3價變化為+1價，和+3價，被氧化得到電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為（8+12）e^-=20e^-，生成2molNO₂^-，氧元素化合價0價變化為-2價，被還原電子轉(zhuǎn)移總數(shù)4e^-，原子守恒缺項為水，電子守恒和原子守恒得到：4NH₄⁺+5O₂=N₂O+6H⁺+2NO₂^-+5H₂O
故答案為：6；2；5H₂O；
（3）①裝置圖分析可知和電源正極相連的為陽極，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂ ↑，氯氣具有強氧化性酸性溶液中能氧化銨根離子為氮氣除去，反應的離子方程式為：3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-，
故答案為：3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-；
②電解池中陽極電極反應是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-，陰極電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，電子守恒得到6H⁺～3H₂～6e^-～N₂～3Cl₂～6e^-～8H⁺，陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多，則 PH減小，
故答案為：電路中通過相同電量時，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，則陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多．

點評 本題考查元素化合物的性質(zhì)、除雜以及氧化還原反應離子方程式配平、電解原理分析等問題，綜合性較強，注意原理的理解應用，題目難度中等．