10. 氨气是制备各类含氮化合物的基础原料,在生产和使用过程中会产生氨氮废水,需处理达标后才能排放。
Ⅰ.氨的合成
(1)工业上利用${N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[催化剂]{高温、高压}2NH_{3}}$合成氨气。
①可通过分离液态空气获得原料${N_{2}}$,该过程属
②催化剂可用${Fe_{3}O_{4}}$。高温下,部分${Fe_{3}O_{4}}$被${H_{2}}$还原为${FeO}$,转化过程中固体所含铁元素的质量分数
Ⅱ.氨的应用
(2)液氨可用作制冷剂。氨气转化为液氨过程中,发生改变的是
(3)利用${NH_{3}}$去除汽车尾气中的${NO}$,生成水和一种气体单质,该过程中化合价发生变化的元素是
Ⅲ.氨氮测定
(4)测定氨氮含量:取$200{mL}$氨氮废水,将氮元素完全转化为${NH_{3}}$,完全吸收所得${NH_{3}}$需要消耗$9.8{g}\ 10\%$的稀硫酸[反应原理为${2NH_{3} + H_{2}SO_{4}\xlongequal{}(NH_{4})_{2}SO_{4}}$]。
计算该废水中的氮元素含量。(含量以${g· L^{-1}}$表示,写出计算过程)
Ⅳ.氨氮废水处理
某工厂的氨氮废水处理流程如图$1$所示。

已知:水体中的氮元素通常以氨氮(${NH^{+}_{4}}$或${NH_{3}}$)、硝氮(${NO^{-}_{2}}$或${NO^{-}_{3}}$)形式存在。
(5)“吹脱”时,加入物质$\mathrm{X}$,将${NH^{+}_{4}}$转化为${NH_{3}}$,并通入热空气将${NH_{3}}$吹出。物质$\mathrm{X}$可选用
A.稀盐酸
B.${NaOH}$溶液
C.${NaCl}$溶液
D.生石灰
(6)“氧化”时,次氯酸钠投入质量$m{(NaClO)}$对废水中的氨氮去除率($\frac{\mathrm{反应转化的氨氮总质量}}{\mathrm{原废水中的氨氮总质量}}×100\%$)和总氮残留率($\frac{\mathrm{处理后废水中剩余的氮元素总质量}}{\mathrm{原废水中氮元素的总质量}}×100\%$)的影响如图$2$所示。


①${NaClO}$将${NH_{3}}$反应转化为${N_{2}}$的化学方程式为
②当$m{(NaClO)} > m_{1}$时,废水中总氮残留率上升的原因是
Ⅰ.氨的合成
(1)工业上利用${N_{2} + 3H_{2}\xlongequal[催化剂]{高温、高压}2NH_{3}}$合成氨气。
①可通过分离液态空气获得原料${N_{2}}$,该过程属
物理变化
(填“物理变化”或“化学变化”)。②催化剂可用${Fe_{3}O_{4}}$。高温下,部分${Fe_{3}O_{4}}$被${H_{2}}$还原为${FeO}$,转化过程中固体所含铁元素的质量分数
升高
(填“升高”或“降低”)。Ⅱ.氨的应用
(2)液氨可用作制冷剂。氨气转化为液氨过程中,发生改变的是
氨气分子间的间隙
(从微观角度解释)。(3)利用${NH_{3}}$去除汽车尾气中的${NO}$,生成水和一种气体单质,该过程中化合价发生变化的元素是
N
(填元素符号)。Ⅲ.氨氮测定
(4)测定氨氮含量:取$200{mL}$氨氮废水,将氮元素完全转化为${NH_{3}}$,完全吸收所得${NH_{3}}$需要消耗$9.8{g}\ 10\%$的稀硫酸[反应原理为${2NH_{3} + H_{2}SO_{4}\xlongequal{}(NH_{4})_{2}SO_{4}}$]。
计算该废水中的氮元素含量。(含量以${g· L^{-1}}$表示,写出计算过程)
Ⅳ.氨氮废水处理
某工厂的氨氮废水处理流程如图$1$所示。
已知:水体中的氮元素通常以氨氮(${NH^{+}_{4}}$或${NH_{3}}$)、硝氮(${NO^{-}_{2}}$或${NO^{-}_{3}}$)形式存在。
(5)“吹脱”时,加入物质$\mathrm{X}$,将${NH^{+}_{4}}$转化为${NH_{3}}$,并通入热空气将${NH_{3}}$吹出。物质$\mathrm{X}$可选用
BD
(填序号)。A.稀盐酸
B.${NaOH}$溶液
C.${NaCl}$溶液
D.生石灰
(6)“氧化”时,次氯酸钠投入质量$m{(NaClO)}$对废水中的氨氮去除率($\frac{\mathrm{反应转化的氨氮总质量}}{\mathrm{原废水中的氨氮总质量}}×100\%$)和总氮残留率($\frac{\mathrm{处理后废水中剩余的氮元素总质量}}{\mathrm{原废水中氮元素的总质量}}×100\%$)的影响如图$2$所示。
①${NaClO}$将${NH_{3}}$反应转化为${N_{2}}$的化学方程式为
$3NaClO+2NH_{3}=N_{2}+3NaCl+3H_{2}O$
。②当$m{(NaClO)} > m_{1}$时,废水中总氮残留率上升的原因是
部分氨气被转化为$NO_{2}^{-}$或$NO_{3}^{-}$留在废水中
。答案
10. (1)①物理变化 ②升高 (2)氨气分子间的间隙 (3)N (4)$1.4g· L^{-1}$ (5)BD (6)①$3NaClO+2NH_{3}=N_{2}+3NaCl+3H_{2}O$ ②部分氨气被转化为$NO_{2}^{-}$或$NO_{3}^{-}$留在废水中 点拨:(1)①可通过分离液态空气获得原料$N_{2}$,该过程中没有生成新物质,是物理变化。②高温下,部分$Fe_{3}O_{4}$被$H_{2}$还原为FeO,转化过程中固体中铁元素的质量不变,固体的质量减小,固体所含铁元素的质量分数升高。(2)液氨可用作制冷剂,氨气转化为液氨过程中,发生改变的是氨气分子间的间隙,即间隙变小。(3)利用$NH_{3}$去除汽车尾气中的NO,生成水和一种气体单质,即氮气。该过程中化合价发生变化的元素是氮元素,即氮元素的化合价由氨气中的-3及一氧化氮中的+2变成氮气中的0。(4)设氨气的质量是x。 $2NH_{3}+H_{2}SO_{4}=(NH_{4})_{2}SO_{4}$ 34 98 $x$ $9.8g× 10\%$ $\frac{34}{98}=\frac{x}{9.8g× 10\%}$ $x=0.34g$ 氨气中氮元素的质量$m(N)=0.34g× \frac{14}{14+3× 1}× 100\%=0.28g$, 废水中的氮元素含量为$\frac{0.28g}{200× 10^{-3}L}=1.4g· L^{-1}$。(5)“吹脱”时,加入物质X,将$NH_{4}^{+}$转化为$NH_{3}$,并通入热空气将$NH_{3}$吹出,物质X可选用氢氧化钠溶液(氢氧根离子能和铵根离子结合生成氨分子和水)、生石灰(生石灰和水反应生成氢氧化钙,产生的氢氧根离子与铵根离子结合生成氨分子和水)。(6)①次氯酸钠和氨气反应生成氮气、氯化钠和水,$NaClO$将$NH_{3}$反应转化为$N_{2}$的化学方程式为$3NaClO+2NH_{3}=N_{2}+3NaCl+3H_{2}O$。②当$m(NaClO)>m_{1}$时,废水中总氮残留率上升的原因是部分氨气被转化为$NO_{2}^{-}$或$NO_{3}^{-}$留在废水中。
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