Question

生活污水中的氮和磷主要以铵盐和磷酸盐形式存在，可用电解法从溶液中去除。电解装置如图：以铁作阴极、石墨作阳极，可进行除氮；翻转电源正负极，以铁作阳极、石墨作阴极，可进行除磷。

I．电解除氮

（1）在碱性溶液中，NH₃能直接在电极放电，转化为N₂，相应的电极反应式为：_______。

（2）有Cl^-存在时，除氮原理如图1所示，主要依靠有效氯（HClO、ClO^-）将NH₄⁺ 或NH₃氧化为N₂。在不同pH条件下进行电解时，氮的去除率和水中有效氯浓度如图2：

①当pH<8时，主要发生HClO氧化NH₄⁺ 的反应，其离子方程式为：____________。

②结合平衡移动原理解释，当pH<8时，氮的去除率随pH的降低而下降的原因是：_____。

③当pH>8时，ClO^-发生歧化导致有效氯浓度下降，而氮的去除率却并未明显下降，可能的原因是（答出一点即可）：______。

II．电解除磷

（3）除磷的原理是利用Fe²⁺ 将PO₄^3- 转化为Fe₃(PO₄)₂沉淀。

①用化学用语表示产生Fe²⁺的主要过程：_______________。

②如图为某含Cl^- 污水在氮磷联合脱除过程中溶液pH的变化。推测在20-40 min时脱除的元素是________。

（4）测定污水磷含量的方法如下：取100mL污水，调节至合适pH后用AgNO₃溶液使磷全部转化为Ag₃PO₄沉淀。将沉淀过滤并洗涤后，用硝酸溶解，再使用NH₄SCN溶液滴定产生的Ag⁺，发生反应Ag⁺+SCN^-=AgSCN↓，共消耗c mol/LNH₄SCN溶液V mL。则此污水中磷的含量为___mg/L（以磷元素计）。

Answer

2NH3–6e-+6OH-=N2+6H2O 3HClO +2NH4+=3Cl-+N2+3H2O+5H+ 随溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2 + H2OH+ + Cl- +HClO平衡逆向移动，溶液中c(HClO)减小，使NH4+的氧化率下降 pH升高有利于NH4+转变为NH3，NH3可直接在电极上放电而氧化（或pH升高有利于NH4+转变为NH3，且有利于NH3逸出） Fe–2e-=Fe2+ 磷

【解析】

（1）碱性溶液中，NH3转化为N2，化合价降低得电子；

（2）当pH<8时，HClO将NH4+ 氧化为N2；随溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2 + H2OH+ + Cl- +HClO平衡逆向移动；当pH>8时，有利于NH4+转变为NH3，NH3可直接在电极上放电而氧化，或有利于NH3逸出；

（3）除磷时，Fe作阳极失电子；电解除氮，pH会减小。电解除磷，pH会增大；

（4）由关系式P~ Ag3PO4~ 3AgSCN~3NH4SCN解答。

（1）在碱性溶液中，NH3转化为N2，化合价降低得电子，相应的电极反应式为2NH3–6e-+6OH-=N2+6H2O；

（2）①当pH<8时，HClO将NH4+ 氧化为N2的离子方程式为3HClO +2NH4+=3Cl-+N2↑+3H2O+5H+；

②当pH<8时，随溶液pH降低，c(H+)增大，Cl2 + H2OH+ + Cl- +HClO平衡逆向移动，溶液中c(HClO)减小，使NH4+的氧化率下降，则氮的去除率随pH的降低而下降；

③当pH>8时，ClO-发生歧化导致有效氯浓度下降，NH4+的氧化率下降，而氮的去除率却并未明显下降，可能的原因是pH升高有利于NH4+转变为NH3，NH3可直接在电极上放电而氧化（或pH升高有利于NH4+转变为NH3，且有利于NH3逸出）；

（3）①除磷时，Fe作阳极失电子，产生Fe2+的主要过程为Fe–2e-=Fe2+；

②由图溶液pH的变化，在碱性溶液中，电解除氮时2NH3N2+3H2，消耗NH3，pH会减小。电解除磷，阳极电解铁，阴极电解氢离子，pH会增大，20-40 min时pH增大，则脱除的元素是磷；

（4）由关系式P～Ag3PO4～3AgSCN～3NH4SCN可知：n（P）=n（NH4SCN）=cV mol，则此污水中磷的含量为：cV mol0.1L=cV mg/L。