题型2 化学反应原理 1.(2022·江苏省南京市、盐城市一模)水溶性硝态氮(以N、N等形式存在)是水体污染物之一,须处理达到国家规定的标准后才能排放。 (1)在反硝化细菌作用下,用葡萄糖处理酸性废水中的N ,产生两种对大气无污染的气体。该反应的离子方程式为 。 (2)纳米铁铜双金属有巨大的比表面积和很高的反应活性,可用于水体脱硝。 ①纳米铁铜双金属与普通铁铜双金属脱硝效果(以处理某硝酸盐为例)如题图1所示。在0到20 min内,纳米铁铜双金属脱硝效果显著,其原因可能是 。 ②研究表明水体中溶解氧的存在降低了纳米铁铜双金属脱硝的效果,验证的实验方案是 。 (3)有人提出了利用厌氧氨氧化菌细胞中的三种酶处理废水中NH3和N的生化反应模型,其反应机理如图2所示。在NR酶和HH酶作用下的反应过程可分别描述为 、 。 2.(2022·江苏省苏北四市上学期期末调研)甲烷是一种重要的化工原料,常用于制H2和CO。 (1)甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH=75 kJ·mol-1,Ni和活性炭均可作该反应催化剂。CH4在催化剂孔道表面反应,若孔道堵塞会导致催化剂失活。 ①Ni催化剂可用NiC2O4·2H2O晶体在氩气环境中受热分解制备,该反应方程式为 。 ②向反应系统中通入水蒸气可有效减少催化剂失活,其原因是 。 ③在相同气体流量条件下,不同催化剂和进料比[]对甲烷转化率的影响如图所示。 使用活性炭催化剂,且其他条件相同时,随着进料比的增大,甲烷的转化率逐渐增大的原因是 。 ④使用Ni催化剂,且其他条件相同时,随时间增加,温度对Ni催化剂催化效果的影响如图所示。使用催化剂的最佳温度为 ,650 ℃条件下,1 000 s后,氢气的体积分数快速下降的原因为 。 (2)甲烷、二氧化碳重整制CO经历过程Ⅰ、Ⅱ。过程Ⅰ如图所示,可描述为 ;过程Ⅱ保持温度不变,再通入惰性气体,CaCO3分解产生CO2,Fe将CO2还原得到CO和Fe3O4。 3.(2022·江苏省盐城市上学期期中考试)砷(As)是一些工厂和矿山废水中的污染元素,其剧毒、难降解且易生物聚集的特点极大地威胁了水环境安全和人体健康。天然水体中砷元素主要以As(Ⅲ)和As(Ⅴ)存在,且As(Ⅲ)的毒性更大。常见除砷的方法有沉淀法、氧化絮凝法和离子交换法等。 (1)沉淀法除砷:砷酸盐的溶解度小,工业上需要将废水中和至pH>12,再用氧化剂将As(Ⅲ)转化成As(Ⅴ),然后用石灰乳沉淀除砷,得到Ca5(AsO4)3OH沉淀。“沉砷”的最佳温度控制在80~85 ℃的原因是 。 (2)高铁酸盐氧化絮凝法除砷。 已知:a.As(Ⅲ)和As(Ⅴ)水溶液中含砷的各物种分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图所示。 b.高铁酸钾易溶于水,具有强氧化性;溶液酸性越强,其氧化性越强;在pH<1的酸性条件下质子化,主要以HFe形式存在。 c.高铁酸钾在一定pH范围的水溶液中易生成Fe(OH)3胶体,溶液的pH对胶体粒子表面所带电荷有影响。pH=7.1时,胶体粒子表面不带电荷;pH>7.1时,胶体粒子表面带负电荷,pH越高,表面所带负电荷越多;pH<7.1时,胶体粒子表面带正电荷,pH越低,表面所带正电荷越多。 ①pH<1时,HFe将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)的离子方程式为 。 ②在一定pH范围内,K2FeO4的还原产物可形成Fe(OH)3胶体,吸附As(Ⅴ)的离子达到除砷目的;不同pH对K2FeO4氧化絮凝除砷影响如图所示。除砷过程中控制废水pH为4~7,pH过低或过高,砷的去除率都下降,其原因是 。 (3)离子交换法除砷:强碱性离子交换树脂上的OH-与废水中的H2As、 ... ...
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