許多含氮物質會造成環境污染,**工業的尾氣(含NO、NO2)會造成大氣污染,通常用選擇*非催化還原法或鹼液吸收...
問題詳情:
許多含氮物質會造成環境污染,**工業的尾氣(含NO、NO2)會造成大氣污染,通常用選擇*非催化還原法或鹼液吸收法[石灰乳吸收,既能淨化尾氣,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*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鹼液吸收法。該工藝中採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__________,若小於這個比值,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*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範圍內,氨氮去除率隨pH升高而上升的原因是___________。
②寫出**條件下ClO-氧化NH4+的離子方程式____________________。
③已知a.O2的氧化*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”)。
【回答】
-42.98 kJ/mol Ca(OH)2 1∶1 Ca(NO2)2中雜質Ca(NO3)2的含量偏高 隨着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
【分析】
(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**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**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*比NaClO弱;
b. O2氧化氨氮速率比NaClO慢進行分析判斷。
【詳解】
(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,
由於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,由於Ca(NO2)2易溶於水,Ca(OH)2微溶於水,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,使最後得到的濾渣中含有Ca(OH)2;根據方程式NO+NO2+Ca(OH)2=Ca(NO2)2+H2O可知:要製取Ca(NO2)2,應該控制NO、NO2的物質的量的比是1:1,若小於這個比值,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;若大於這個比值,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,由於NH3比NH4+更易被氧化,因此氨氮更易被氧化;
②在**條件下ClO-、NH4+發生氧化還原反應產生N2、Cl-,根據電子守恆、電荷守恆、原子守恆,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由於a.O2的氧化*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。
【點睛】
本題考查了反應熱的計算及含氮物質造成環境污染的處理方法,掌握蓋斯定律的含義及物質的*質,充分利用題幹信息分析解答。大氣中氮氧化合物會造成*雨、光化學煙霧,污水中氮化合物增多,會使污水富營養化,而產生赤潮、水華現象,治理措施要結合氮的存在形式採用不同措施。若是氮氧化合物,一般採用鹼液吸收方法,通常使用價廉、易得的石灰乳;廢水中過量的氨氮一般採用氧化劑氧化方法處理,要儘量使物質變化的過程中能量得以充分利用,使廢物資源化,做到物盡其用。
知識點:氧化還原反應方程式的配平
題型:綜合題