Question

17．氮元素在海洋中的循環(huán)，是整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎和關(guān)鍵．海洋中無機氮的循環(huán)過程可用如圖表示．
（1）海洋中的氮循環(huán)起始于氮的固定，其中屬于固氮作用的一步是②（填圖中數(shù)字序號）．
（2）下列關(guān)于海洋氮循環(huán)的說法正確的是ad（填字母序號）．
a．海洋中存在游離態(tài)的氮
b．海洋中的氮循環(huán)起始于氮的氧化
c．海洋中的反硝化作用一定有氧氣的參與
d．向海洋排放含NO₃^-的廢水會影響海洋中NH₄⁺的含量
（3）有氧時，在硝化細菌作用下，NH₄⁺可實現(xiàn)過程④的轉(zhuǎn)化，將過程④的離子方程式補充完整：
NH₄⁺+5O₂═2NO₂^-+6H⁺+N₂O+5H₂O
（4）有人研究了溫度對海洋硝化細菌去除氨氮效果的影響，下表為對10L人工海水樣本的監(jiān)測數(shù)據(jù)：

溫度/℃	樣本氨氮含量/mg	處理24h	處理48h
		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

硝化細菌去除氨氮的最佳反應溫度是25℃，在最佳反應溫度時，48h內(nèi)去除氨氮反應的平均速率是1.125mg•L^-1•h^-1．
（5）為了避免含氮廢水對海洋氮循環(huán)系統(tǒng)的影響，需經(jīng)處理后排放．圖是間接氧化工業(yè)廢水中氨氮（NH₄⁺）的示意圖．

①結(jié)合電極反應式簡述間接氧化法去除氨氮的原理：陽極反應2Cl^--2e^-=Cl₂，產(chǎn)生的Cl₂氧化廢水中的NH₄⁺釋放出N₂．
②若生成H₂和N₂的物質(zhì)的量之比為3：1，則處理后廢水的pH將減小（填“增大”、“不變”或“減小”），請簡述理由：電路中通過相同電量時，若生成n（H₂）：n（N₂）=3：1，則陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多．

Answer 1

分析 （1）氮的固定作用是指游離態(tài)氮元素發(fā)生反應生成化合態(tài)氮元素的過程為固氮作用，即單質(zhì)變化為化合物；
（2）a．海洋中不存在游離態(tài)的氮，氮元素是以化合態(tài)存在；
b．轉(zhuǎn)化關(guān)系圖可知海洋中的氮循環(huán)起始于氮的氧化；
c．反硝化作用是指將硝酸鹽轉(zhuǎn)變成氮氣的過程．硝化作用是指氨在微生物作用下氧化為硝酸的過程．硝化細菌將氨氧化為硝酸的過程．反硝化作用：反硝化細菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮（N₂）或一氧化二氮（N₂O）的過程；
d．轉(zhuǎn)化關(guān)系圖中硝酸根離子增多，反硝化作用增強；
（3）有氧時，在硝化細菌作用下，NH₄⁺可實現(xiàn)過程④的轉(zhuǎn)化，生成N₂O、NO₂^-、H⁺和水，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式得到；
（4）硝化細菌去除氨氮的最佳反應溫度是處理24h和處理48h后氨氮含量最少的處理效果好，速率是單位時間內(nèi)氨氮質(zhì)量的變化計算；
（5）①裝置圖分析可知和電源正極相連的為陽極，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，氯氣具有強氧化性酸性溶液中能氧化銨根離子為氮氣除去；
②結(jié)合電解池中的電極反應和生成H₂和N₂的物質(zhì)的量之比為3：1，依據(jù)電極反應中電子守恒計算溶液中氫離子濃度減小和氫離子濃度增加，判斷溶液PH變化；

解答 解：（1）氮的固定作用是指游離態(tài)氮元素發(fā)生反應生成化合態(tài)氮元素的過程為固氮作用，即單質(zhì)變化為化合物，分析轉(zhuǎn)化關(guān)系圖可知只有反應②是氮氣保護為銨根離子是固氮作用，
故答案為：②；
（2）a．海洋中不存在游離態(tài)的氮，氮元素是以化合態(tài)存在，主要是硝酸根離子，故a錯誤；
b．轉(zhuǎn)化關(guān)系圖可知海洋中的氮循環(huán)起始于氮的氧化，大氣氧化生成氧化物，反應得到銨根離子最后通過硝化作用得到硝酸根離子，故b正確；
c．反硝化作用是指將硝酸鹽轉(zhuǎn)變成氮氣的過程．硝化作用是指氨在微生物作用下氧化為硝酸的過程．硝化細菌將氨氧化為硝酸的過程．反硝化作用：反硝化細菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮（N₂）或一氧化二氮（N₂O）的過程，不一定有氧參加，故c錯誤；
d．轉(zhuǎn)化關(guān)系圖中硝酸根離子增多，反硝化作用增強，向海洋排放含NO₃^-的廢水會影響海洋中NH₄⁺的含量，故d正確；
故答案為：ad；
（3）有氧時，在硝化細菌作用下，NH₄⁺可實現(xiàn)過程④的轉(zhuǎn)化，生成N₂O、NO₂^-、H⁺和水，氮元素化合價-3價變化為+1價和+3價，氧元素化合價0價變化為-2價，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)20e^-，所以銨根離子前為4，氧氣前為5，NO₂^-前為2，N₂O前為1，結(jié)合電荷守恒得到氫離子前為6，水分子式前為5，配平得到離子方程式為：4NH₄⁺+5O₂═2NO₂^-+6H⁺+N₂O+5H₂O，
故答案為：6，N₂O，5H₂O；
（4）硝化細菌去除氨氮的最佳反應溫度是處理24h和處理48h后氨氮含量最少的溫度是25°C，處理效果好，在最佳反應溫度時，48h內(nèi)去除氨氮反應的平均速率=$\frac{\frac{1008mg-468mg}{10L}}{48h}$=1.125mg/（L•h）
故答案為：25℃，1.125；
（5）①裝置圖分析可知和電源正極相連的為陽極，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂ ↑，氯氣具有強氧化性酸性溶液中能氧化銨根離子為氮氣除去，
故答案為：陽極反應2Cl^--2e^-=Cl₂，產(chǎn)生的Cl₂氧化廢水中的NH₄⁺釋放出N₂；
②電解池中陽極電極反應是：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，3Cl₂+2NH₄⁺=N₂+8H⁺+6Cl^-，陰極電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，電子守恒得到6H⁺～3H₂～6e^-～N₂～3Cl₂～6e^-～8H⁺，陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多，ry PH減小，
故答案為：減小，理由：電路中通過相同電量時，若生成n （H₂）：n （N₂）=3：1，則陽極產(chǎn)生的H⁺比陰極消耗的H⁺多；

點評 本題考查了含氮元素的物質(zhì)的綜合應用，原電池和電解池原理的分析，注意數(shù)據(jù)處理方法和轉(zhuǎn)化圖中的信息應用，題目難度較大．