Question

消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题。

(1)已知：N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g)　　　　        ΔH＝a kJ·mol^－1

2NO(g)＋O₂(g)=2NO₂(g)　              ΔH＝b kJ·mol^－1

4NH₃(g)＋5O₂(g)=4NO(g)＋6H₂O(l)　    ΔH＝c kJ·mol^－1

则常温常压下，NH₃与NO₂反应生成无污染物质的热化学方程式_____________。

(2)水体中过量氨氮(以NH₃表示)会导致水体富营养化。

①用次氯酸钠除去氨氮的原理如图所示：

写出该图示的总反应化学方程式：__________________。该反应需控制温度，温度过高时氨氮去除率降低的主要原因是______________。

②取一定量的含氨氮废水，改变加入次氯酸钠的用量，反应一段时间后，溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随m(NaClO)∶m(NH₃)的变化情况如图所示：

当m(NaClO)∶m(NH₃)>7.6时，水体中总氮去除率反而下降，可能的原因是___。

(3)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合。某微生物膜能利用电解产生的活性原子将NO₃^-还原为N₂，工作原理如图所示：

①写出该活性原子与NO₃^-反应的离子方程式：________________。

②若阳极生成标准状况下2.24 L气体，理论上可除去NO₃^-的物质的量为____mol。

Answer

8NH3(g)＋6NO2(g)=7N2(g)＋12H2O(l) ΔH＝(2c－7a－3b)kJ·mol－1 2NH3＋3NaClO=N2＋3NaCl＋3H2O 温度过高，HClO发生分解，氨氮去除率随之降低 有部分NH3被氧化成NO2—或NO3— 2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O 0.08

【解析】

(1)已知：已知：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH＝a kJ·mol－1

2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g) ΔH＝b kJ·mol－1

4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(l) ΔH＝c kJ·mol－1

根据盖斯定律得③×2−7×①−3×②得到反应8NH3(g)+6NO2(g)═7N2(g)+12H2O(l) △H=(2c−7a−3b) kJ·mol，

故答案为：8NH3(g)＋6NO2(g)=7N2(g)＋12H2O(l) ΔH＝(2c－7a－3b)kJ·mol－1；

(2)①根据图示,由始态和终态判断反应物中NH3被氧化为N2,则NaClO被还原为NaCl，生成1molN2转移6mol电子,根据转移电子守恒需要3molNaClO,再结合元素守恒,写出化学方程式2NH3＋3NaClO=N2↑＋3NaCl＋3H2O；温度对化学反应速率有影响，温度越高，化学反应率越快。所以温度低时，去除率低的原因是反应速率慢，HClO不稳定，易分解，温度高时，加快了HClO的分解速率，从而使去除率降低，

故答案为：2NH3＋3NaClO=N2↑＋3NaCl＋3H2O ；温度过高，HClO发生分解，氨氮去除率随之降低；

②当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时，总氮的去除率随m(NaClO):m(NH3)的增大不升反降的原因是：NaClO投入过多会将部分NH3氧化为NO2—或NO3—等更高价态的物质，未能从溶液中除去，

故答案为：有部分NH3被氧化成NO2—或NO3—；

(3)①活性原子与NO3—反应是电解过程中生成的氢离子还原硝酸根离子生成氮气,反应的离子方程式：2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O，

故答案为：2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O；

②若阳极生成标准状况下2.24L气体，则此气体为氢氧根离子失电子生成的氧气,其物质的量=,由2NO3—＋10H+=N2↑＋2OH—＋4H2O 可知，2NO3—∼N2↑∼10e−∼2.5O2,电子守恒计算得到理论上可除去NO3—的物质的量为0.08mol，

故答案为：0.08。