Question

【題目】許多含氮物質會造成環境污染，硝酸工業的尾氣(含NO、NO2)會造成大氣污染，通常用選擇性非催化還原法或堿液吸收法[石灰乳吸收，既能凈化尾氣，又能獲得應用廣泛的Ca(NO2)2]。而廢水中過量的氨氮(NH3和NH4+)會導致水體富營養化，則通常用強氧化劑來吸收。

(1)廢氣中氮氧化物的吸收。

①選擇性非催化還原法。發生的主要反應有：

4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1646 kJ·mol-1

2NO(g)+(NH2)2CO(s)+O2(g)2N2(g)+2H2O(g)+CO2(g) ΔH=－780.02 kJ·mol-1

則2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)的ΔH=__________。

②堿液吸收法。該工藝中采用氣液逆流接觸吸收(尾氣從吸收塔底進入，石灰乳從吸收塔頂噴淋)，得到的濾渣可循環使用，該濾渣的主要成分是________(填化學式)。 工藝需控制NO和NO2物質的量之比接近__________，若小于這個比值，則會導致_______________。

(2)廢水中過量的氨氮(NH3和NH4+)處理。某科研小組用NaClO氧化法處理氨氮廢水。

已知：A.HClO的氧化性比NaClO強；

B.NH3比NH4+更易被氧化；

C.國家標準要求經處理過的氨氮廢水pH要控制在6～9。

進水pH對氨氮去除率的影響如下圖所示。

①進水pH為2.75～6.00范圍內，氨氮去除率隨pH升高而上升的原因是___________。

②寫出酸性條件下ClO-氧化NH4+的離子方程式____________________。

③已知a.O2的氧化性比NaClO弱； b.O2氧化氨氮速率比NaClO慢。

在其他條件不變時，僅增加單位時間內通入空氣的量，氨氮去除率_______________(填“顯著變大”“顯著變小”或“幾乎不變”)。

Answer 1

【答案】－42.98 kJ/mol Ca(OH)2 1∶1 Ca(NO2)2中雜質Ca(NO3)2的含量偏高 隨著pH升高，氨氮廢水中NH3含量增大，氨氮更易被氧化 3ClO-+2NH4+=N2↑+3Cl-+3H2O+2H+(或寫為3HClO+2NH4+=N2↑+3Cl-+3H2O+5H+) 幾乎不變

【解析】

(1)①根據蓋斯定律，將已知熱化學方程式疊加，可得2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)的反應熱；

②根據硝酸工業的尾氣(含NO、NO2)與Ca(OH)2反應產生Ca(NO2)2，石灰乳中含大量Ca(OH)2，過量的Ca(OH)2會導致物質不純，結合NO2與Ca(OH)2反應產生的物質成分分析工藝需控制NO和NO2物質的量之比及作用；

(2)①根據廢水中溶液pH大小與其中含有的NH3、NH4+的多少及NH3比NH4+更易被氧化分析；

②酸性條件下ClO-氧化NH4+為N2，ClO-被還原產生Cl-；

③根據已知條件a. O2的氧化性比NaClO弱；

b. O2氧化氨氮速率比NaClO慢進行分析判斷。

(1)①已知反應：(i)4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1646 kJ/mol；

(ii)2NO(g)+(NH2)2CO(s)+O2(g)2N2(g)+2H2O(g)+CO2(g) ΔH=-780.02 kJ/mol，

由于反應過程中的能量變化只與物質的始態和終態有關，與反應過程無關，根據蓋斯定律，將(i)×-(ii)，整理可得2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)的反應熱ΔH= -42.98 kJ/mol；

②NO、NO2與Ca(OH)2會發生歸中反應：NO+NO2+Ca(OH)2=Ca(NO2)2+H2O，由于Ca(NO2)2易溶于水，Ca(OH)2微溶于水，且石灰乳中Ca(OH)2主要以固體形式存在，導致不能與氣體充分接觸，使最后得到的濾渣中含有Ca(OH)2；根據方程式NO+NO2+Ca(OH)2=Ca(NO2)2+H2O可知：要制取Ca(NO2)2，應該控制NO、NO2的物質的量的比是1：1，若小于這個比值，則NO2氣體過量，會發生反應：4NO2+2Ca(OH)2=Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+2H2O，使Ca(NO2)2中雜質Ca(NO3)2的含量偏高；若大于這個比值，NO不能完全被吸收，仍然會導致大氣污染；

(2)①廢水中溶液pH越大，其中含有的NH3含量就越高，由于NH3比NH4+更易被氧化，因此氨氮更易被氧化；

②在酸性條件下ClO-、NH4+發生氧化還原反應產生N2、Cl-，根據電子守恒、電荷守恒、原子守恒，可得該反應的離子方程式為：3ClO-+2NH4+=N2↑+3Cl-+3H2O+2H+(或寫為3HClO+2NH4+=N2↑+3Cl-+3H2O+5H+)；

③由于a.O2的氧化性比NaClO弱；b.O2氧化氨氮速率比NaClO慢，因此在其他條件不變時，僅增加單位時間內通入空氣的量，氨氮去除率幾乎不變。