Question

氨氮废水是生活中常见污染物之一，可用电解法加以去除。实验室用石墨电极电解一定浓度的(NH₄)₂SO₄与NaCl混合溶液来模拟该过程。

(1)电解处理氨氮废水电解过程中，溶液初始Cl^－浓度和pH对氨氮去除速率与能耗(处理一定量氨氮消耗的电能)的影响关系如图1和图2所示：

①根据图中数据，处理废水合适的条件是_______________。

②实验中发现阳极会持续产生细小气泡，气泡上浮过程中又迅速消失。结合图1，用电极反应式和离子方程式解释Cl^－去除氨氮的原因_______________。

③图1中当Cl^－浓度较低时、图2中当初始pH达到12时，均出现氨氮去除速率低而能耗高的现象，共同原因是_______________。

(2)氨的定量测定使用下图装置检测废水中的氨氮总量是否合格。

①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用：_______________。

②若利用氨气传感器将1 L水样中的氨氮完全转化为N₂时，转移电子的物质的量为6×10^-4 mol，则样品混合液中氨氮(以氨气计)含量为_______________mg·L^-1。

Answer

Cl－浓度为700 mmol/L、pH为6 2Cl－-2e- = Cl2↑、3Cl2+2NH4+ =N2 +6Cl－+8H+ 阳极可能OH－放电，产生大量氧气，消耗电能 c(OH-)增大，使NH4+ + OH- ⇌NH3·H2O ⇌ NH3 + H2O平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出 3.4

【解析】

(1))①根据图1和图2分析Cl－浓度和溶液的pH的合适条件；②阳极失去电子发生氧化反应，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气又被铵根离子还原，据此分析解答；③阳极可能是OH-放电，产生大量氧气，消耗电能来分析；

(2)①氢氧根离子浓度的变化对NH4++OH-⇌NH3•H2O⇌NH3+H2O平衡的影响分析解答；②依据氮元素守恒和电子转移守恒计算水样中氨氮(以氨气计)含量。

(1)①根据图1可知，Cl－浓度为700 mmol/L，废水中氨氮去除速率较高；根据图2可知，pH为6时，废水中氨氮去除速率最高；因此处理废水合适的条件是，故答案为：Cl－浓度为700 mmol/L、pH为6；

②阳极失去电子发生氧化反应，故电极反应方程式为2Cl--2e-=Cl2↑，实验中发现阳极会持续产生细小气泡，生成的氯气能够将铵根离子氧化，达到除去氨氮的目的，3Cl2+2NH4+ =N2 +6Cl－+8H+，气体减少，因此看到气泡上浮过程中又迅速消失，故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑、3Cl2+2NH4+ =N2 +6Cl－+8H+；

③图1中当Cl－浓度较低时、图2中当初始pH达到12时，均出现氨氮去除速率低而能耗高的现象，原因可能是阳极发生的反应为4OH--4e-=O2↑+H2O，则阳极可能OH-放电，产生大量氧气，消耗电能，故答案为：阳极可能OH-放电，产生大量氧气，消耗电能；

(2)①含氨氮水样中加入NaOH溶液，使得溶液中c(OH-)增大，使NH4++OH-⇌NH3•H2O⇌NH3+H2O平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出，故答案为：c(OH-)增大，使NH4++OH-⇌NH3•H2O⇌NH3+H2O平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出；

②将1L水样中的氨氮完全转化为N2时，转移电子的物质的量为6×10-4mol，依据氮元素守恒2NH3～N2～6e-，有=，解得：n(NH3)=2×10-4mol/L，水样中氨氮(以氨气计)含量=2×10-4mol/L×17g/mol=3.4×10-3g/L=3.4mg/L，故答案为：3.4。