综合题13.0分
化学

18. 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:

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。下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:__________________。

正确答案及相关解析

正确答案

(1)②

解析

(1)由图中信息可以看出海洋中的氮循环中属于固氮作用的一步是将N2转化为NH4+的过程,所以是图中的序号②;

(2)同样由图中信息可以看出海洋中存在游离态的氮,所以a正确;且由于向海洋排放含NO3-的废水会反硝化生成N2,而N2可以转化为NH4+,进而影响海洋中NH4+的含量,d正确;海洋中的氮循环起始于N2转化为NH4+的过程,这个过程是氮的还原过程,b错误,海洋中的反硝化作用一定是发生了氧化反应,但是不一定有氧气的参与,c错误;

(3)5个O2反应要转移20个电子,而2NH4+ 转化为2NO2- 转移12个电子,所以还有8个电子则一定有2个 N2O生成,再根据电荷守恒和原子守恒配平并补充H+,即离子方程式为:4NH4+ + 5O2 === 2NO2- + 6H+ + N2O + 5H2O ;

(4)由图中信息可以看出25℃时硝化细菌去除氨氮时氨氮含量最低,所以硝化细菌去除氨氮的最佳反应温度是25℃;在25℃时,48 h内去除氨氮反应的质量为=1008-468=540mg,所以反应速率=[540mg÷(10L)]÷48h=1.125mg·L-1·h-1

(5)①

考查方向

以氮元素在海洋中的循环为载体,考查有关图表信息、氮的固定、离子型氧化还原反应方程式的配平、实验条件的控制、反应速率的计算、电化学原理的应用和计算等。

解题思路

(1)由图中信息可以看出海洋中的氮循环中属于固氮作用的一步是将N2转化为NH4+的过程;

(2)同样由图中信息可以看出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)4NH4+ + 5O2 === 2NO2- + 6H+ + N2O + 5H2O

(4)25℃     1.125

(5)① 阳极反应Cl- -2e- = Cl2    产生的Cl2氧化废水中的NH4+释放出N2

② 减小,理由: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

易错点

不能准确观察和整合题给信息;配平方程式时不能有效使用电荷守恒进行配平;不能根据电子守恒分析电极反应中H+的变化,进而分析pH 的变化。

知识点

氮气的化学性质