Question

氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。

（1）海洋中的氮循环起始于氮的固定，其中属于固氮作用的一步是_______（填图中数字序号）。

（2）下列关于海洋氮循环的说法正确的是__________（填字母序号）。

a.海洋中存在游离态的氮

b.海洋中的氮循环起始于氮的氧化

c.海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与

d.向海洋排放含NO₃^-的废水会影响海洋中NH₄⁺的含量

（3）有氧时，在硝化细菌作用下，NH₄⁺可实现过程④的转化，将过程④的离子方程式补充完整：

________NH₄⁺+ 5O₂=2NO₂^-+ ________H⁺+__________+__________

（4）有人研究了温度对海洋硝化细菌去除氨氮效果的影响，下表为对10 L人工海水样本的监测数据：

温度/℃	样本氨氮含量/mg	处理24 h	处理48 h
氨氮含量/mg	氨氮含量/mg
20	1008	838	788
25	1008	757	468
30	1008	798	600
40	1008	977	910

硝化细菌去除氨氮的最佳反应温度是_____________，在最佳反应温度时，48 h内去除氨氮反应的平均速率是____________mg·L^-1·h^-1。

（5）为了避免含氮废水对海洋氮循环系统的影响，需经处理后排放。右图是间接氧化工业废水中氨氮（NH₄⁺）的示意图。

① 结合电极反应式简述间接氧化法去除氨氮的原理：_______________。

② 若生成H₂和N₂的物质的量之比为3:1，则处理后废水的pH将___________（填“增大”、“不变”或“减小”），请简述理由：_______________。

Answer

② ad 4 6 N2O 5H2O 25℃ 1.125 阳极反应为2Cl--2e-= Cl2↑；产生的Cl2氧化废水中的NH4+释放出N2 减小 电路中通过相同电量时，若生成n (H2):n (N2)=3:1，则阳极产生的H+比阴极消耗的H+多

【解析】

（1）氮的固定指将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，其中属于固氮作用的一步是②，故答案为②；

（2）a.虽然氮气在水中的溶解度很小，根据图示海洋中存在少量游离态的氮，a正确；

b.铵根离子中N的化合价为-3价，海洋中的氮循环起始于氮的还原，b错误；

c.反硝化作用中N元素的化合价降低，被还原，氧气是常见的氧化剂，具有氧化性，c错误；

d.向海洋排放含NO3-的废水，经过反硝化作用，会提高海水中的氮气的含量，再经过氮的固定转化为NH4+，从而提高NH4+的含量，d正确；

故答案选ad；

（3）根据图示过程④中NH4+被氧化成NO2-和N2O，反应中5molO2反应得到20mol电子，生成2molNO2-失去12mol电子，则生成N2O失去20mol-12mol=8mol电子，故生成的N2O物质的量为1mol，结合原子守恒、电荷守恒，配平得：4NH4++ 5O2=2NO2-+ 6H++ N2O + 5H2O，故答案为4NH4++ 5O2= 2NO2-+ 6H++ N2O + 5H2O；

（4）根据数据，硝化细菌去除氨氮的最佳反应温度是25℃，在最佳反应温度时，48 h内去除氨氮反应的平均速率==1.125mg·L-1·h-1，故答案为1.125；

（5）① 在对含氮废水进行电解时，阳极氯离子放电，生成氯气，氯气具有强氧化性，将废水中的NH4+氧化生成氮气放出，起到降低废水中的氨氮含量的作用，故答案为阳极反应为2Cl--2e-= Cl2↑；产生的Cl2氧化废水中的NH4+释放出N2；

② 阳极反应式为2Cl--2e-= Cl2↑，3Cl2+2NH4+=6Cl-+N2+8H+，阴极反应式为2H++2e-=H2↑，电路中通过相同电量时，若生成n (H2)：n (N2)=3：1，则阳极产生的H+比阴极消耗的H+多，处理后废水的pH将减小，故答案为减小；电路中通过相同电量时，若生成n (H2)：n (N2)=3:1，则阳极产生的H+比阴极消耗的H+多。