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近年来,随着人类社会的快速发展,环境污染日益严重,而环境污染中的很多问题是由于氮...

近年来,随着人类社会的快速发展,环境污染日益严重,而环境污染中的很多问题是由于氮磷富集化引起的,所以如何降低水体中的氮磷含量问题受到广泛关注。目前有两种较为有效的氨氮废水处理方法。

I.化学沉淀法

利用了Mg2+PO43-与氨氮生成MgNH4PO4∙6H2O沉淀以达到去除氨氮的效果。

已知:磷在pH=8-10时主要存在形式为HPO42-

KspMgNH4PO4∙6H2O=2.5×10-13

(1)请写出pH=8时,化学沉淀法去除NH4+的离子方程式为_

(2)氨氮去除率与含磷微粒浓度随pH变化如图1所示,已知:Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26,请解释pH>10时氨氮去除率随pH变化的原因:__

II.光催化法

(3)光催化降解过程中形成的羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)具有光催化能力,催化原理如图2所示。请写出NO3-转化为无毒物质的电极反应式:__

(4)经过上述反应后,仍有NH4+残留,探究其去除条件。

①温度对氨氮去除率影响如图3所示。温度升高,氨氮去除率变化的可能原因是:____(请写出两条)。

②选取TiO2作为催化剂,已知:TiO2在酸性条件下带正电,碱性条件下带负电。请在图4中画出pH=5时,氨氮去除率变化曲线_____

(5)为测定处理后废水中(含少量游离酸)残留NH4+浓度,可选用甲醛-滴定法进行测定。取20mL的处理后水样,以酚酞为指示剂,用0.0100mol/LNaOH滴定至酚酞变红,此时溶液中游离酸被完全消耗,记下消耗NaOH的体积V1mL;然后另取同样体积水样,加入甲醛,再加入2-3滴酚酞指示剂,静置5min,发生反应:6HCHO+4NH4+=(CH2)6N4H+ +6H2O+3H+,继续用NaOH滴定,发生反应:(CH2)6N4H++OH-=(CH2)6N4+H2OH++OH-=H2O。滴定至终点,记录消耗NaOH的体积V2mL,水样中残留NH4+浓度为__mol/L

 

Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO4∙6H2O↓+H+ pH>10时NH4+与OH-反应生成NH3而挥发,Mg2+与PO43-反应生成Mg3(PO4)2沉淀,使氨氮去除率降低 2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O 温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的运动速率加快,羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)活性增大 温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的形成速率增大,温度升高反应速率加快 【解析】 (1)pH=8时,磷主要以HPO42-的形式存在,则应为Mg2+、HPO42-、NH4+发生反应,生成MgNH4PO4∙6H2O沉淀。 (2) pH>10时,磷主要以PO43-的形式存在,从Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26看,易生成Mg3(PO4)2沉淀,氨氮去除率降低,则表明NH4+与碱发生了反应。 (3)从图中可以看出,NO3-在H+存在的环境中得电子,生成N2等。 (4)①温度升高,氨氮去除率变化的可能原因是从温度对羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的影响进行分析。 ②依信息:TiO2在酸性条件下带正电,碱性条件下带负电。则在pH=5时,TiO2带正电,吸引NH4+的能力差,氨氮去除率比pH=11时要小。 (5)依题意,溶液中剩余的H++OH-=H2O,4NH4+——(CH2)6N4H+ +3H+——4OH- 代入数据即可求出水样中残留NH4+浓度。 (1)pH=8时,磷主要以HPO42-的形式存在,则应为Mg2+、HPO42-、NH4+发生反应,生成MgNH4PO4∙6H2O沉淀,则反应的离子方程式为Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO4∙6H2O↓+H+。答案为:Mg2++HPO42-+NH4++6H2O=MgNH4PO4∙6H2O↓+H+; (2) pH>10时,磷主要以PO43-的形式存在,由Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26可知,此时PO43-易生成Mg3(PO4)2沉淀,从而使氨氮去除率降低,此时应发生NH4+与OH-的反应。从而得出pH>10时氨氮去除率随pH变化的原因是pH>10时NH4+与OH-反应生成NH3而挥发,Mg2+与PO43-反应生成Mg3(PO4)2沉淀,使氨氮去除率降低。答案为:pH>10时NH4+与OH-反应生成NH3而挥发,Mg2+与PO43-反应生成Mg3(PO4)2沉淀,使氨氮去除率降低; (3)从图中可以看出,NO3-在H+存在的环境中得电子,生成N2等,电极反应式为2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O。答案为:2NO3-+12H++6e-=N2↑+6H2O; (4)①温度升高,氨氮去除率变化的可能原因是温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的运动速率加快,羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)活性增大;温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的形成速率增大,温度升高反应速率加快。答案为:温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的运动速率加快,羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)活性增大;温度升高羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)的形成速率增大,温度升高反应速率加快; ②依信息:TiO2在酸性条件下带正电,碱性条件下带负电。则在pH=5时,TiO2带正电,吸引NH4+的能力差,氨氮去除率比pH=11时要小。则pH=5时,氨氮去除率变化曲线为: 答案为:; (5)依题意,溶液中剩余的H++OH-=H2O,4NH4+——(CH2)6N4H+ +3H+——4OH- 则n(NH4+)=0.01mol/L×V2×10-3L-0.01mol/L×V1×10-3L=0.01(V2-V1)×10-3mol, 水样中残留NH4+浓度为=mol/L。答案为:;
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考点分析:
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诺贝尔化学奖获得者GeorgeA.Olah提出了甲醇经济的概念,他建议使用甲醇来代替目前广泛使用的化石燃料用作能源储存材料和燃料。

工业上用天然气为原料,分为两阶段制备甲醇:

(i)制备合成气:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)       ΔH=+206.0kJ·mol-1

(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)        ΔH=-90.67kJ·mol-1

1)制备合成气:工业生产中为解决合成气中H2过量而CO不足的问题,原料气中需添加CO2,发生的反应(iii)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)       ΔH=+41.17kJ·mol-1,为了使合成气配比最佳,理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为_____

2)为节约化石能源、减少碳排放,用CO2代替CO作为制备甲醇的碳源正成为当前研究的焦点。

①请写出二氧化碳加氢合成甲醇的热化学方程式_____

②研究表明在二氧化碳合成甲醇的原料气中加入一氧化碳可以降低CO2H2反应的活化能。在200-360℃,9MPa时合成气初始组成H2COCO2物质的量之比721的条件下研究甲醇的合成反应。如图所示,CO2的平衡转化率随温度升高先减小后增大,分析可能的原因是____

3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反应的热化学方程式为:CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)          ΔH=+29.1kJ·mol-1

科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如下:

根据图,分析工业上制取甲酸甲酯时,选择的合适条件为_____

4)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3K2CO3为电解质、以CH3OH为燃料,该电池工作原理见图。该反应负极电极反应式为_____

 

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污水处理是保护环境的需要,是每家企业应尽的义务。

已知Cr(OH)3在碱性较强的溶液中将生成[Cr(OH)4]-,铬的化合物有毒,由于+6价铬的强氧化性,其毒性是+3价铬毒性的100倍。因此,必须对含铬的废水进行处理,可采用以下两种方法。

1)还原法:在酸性介质中用FeSO4等将+6价铬还原成+3价铬。

具体流程如下:

有关离子完全沉淀的pH如下表:

有关离子

Fe2+

Fe3+

Cr3+

完全沉淀为对应氢氧化物的pH

9.0

3.2

5.6

 

 

①写出Cr2O72-FeSO4溶液在酸性条件下反应的离子方程式_____

②还原+6价铬还可选用以下的试剂_____(填序号)。

A.明矾          B.铁屑         C.生石灰       D.亚硫酸氢钠

③在含铬废水中加入FeSO4,再调节pH,使Fe3+Cr3+产生氢氧化物沉淀。

在操作②中调节pH应分2次进行,第1次应先调节溶液的pH范围约在____(填序号)最佳,第2次应调节溶液的pH范围约在____(填序号)最佳。

A34          B68         C1011        D1214

用于调节溶液pH的最佳试剂为:____(填序号);

ANa2O2            BBa(OH)2            CCa(OH)2            DNaOH

2)电解法:将含+6价铬的废水放入电解槽内,用铁作阳极,加入适量的氯化钠进行电解。阳极区生成的Fe2+Cr2O72-发生反应,生成的Fe3+Cr3+在阴极区与OH-结合生成Fe(OH)3Cr(OH)3沉淀除去。

④写出阴极的电极反应式_____

⑤电解法中加入氯化钠的作用是_____

 

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为测定人体血液中Ca2的含量,设计了如下方案:

有关反应的化学方程式为:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O若血液样品为15mL,滴定生成的草酸消耗了0.001mol·L1KMnO4溶液15.0mL,则这种血液样品中的含钙量为

A.0.001mol·L1 B.0.0025mol·L1  C.0.0003mol·L1 D.0.0035mol·L1

 

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Y是合成药物查尔酮类抑制剂的中间体,可由X在一定条件下反应制得

下列叙述不正确的是(      

A.该反应为取代反应

B.Y能使酸性高锰酸钾溶液褪色可证明其分子中含有碳碳双键

C.XY均能与新制的Cu(OH)2在加热条件下反应生成砖红色沉淀

D.等物质的量的XY分别与H2反应,最多消耗H2的物质的量之比为45

 

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锂空气充电电池有望成为电动汽车的实用储能设备。工作原理示意图如下,下列叙述正确的是

A.该电池工作时Li+向负极移动

B.Li2SO4溶液可作该电池电解质溶液

C.电池充电时间越长,电池中Li2O 含量越多

D.电池工作时,正极可发生: 2Li+ +O2+ 2e-=Li2O2

 

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