Question

3．某文獻(xiàn)報(bào)道可將ASBBR（一種生物膜反應(yīng)器）用在有PO₄^3-存在的環(huán)境中除磷，有一類微生物可在其中將PO₄^3-還原為PH₃，這項(xiàng)研究為解決含磷污染物的凈化問題提供了新思路．某課題組在無氧環(huán)境中，用某腌制廠中含NO₃^-的廢水對上述磷酸鹽還原系統(tǒng)的除磷效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析．
（1）預(yù)測分析階段
該課題組對除磷效率可能受到的影響因素提出了一些假設(shè)，請完成以下可能的假設(shè)．
假設(shè)一：溶液中NO₃^-的濃度大��；（NO₃^-的濃度通過儀器可精確測定，單位：mg•L^-1 ）
假設(shè)二：實(shí)驗(yàn)的不同溫度
假設(shè)三：溶液PH不同
（2）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段
①配制含NO₃^-濃度不同的溶液并可通過通入氮?dú)饣蚣訜嶂蠓蟹椒ǔ�去溶液中溶有的O₂．
②將每份溶液的pH調(diào)到7.3（通過pH計(jì)進(jìn)行精確控制）．
（3）該小組在恒溫30℃的實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)行12小時(shí)實(shí)驗(yàn)后得到除磷效率的關(guān)系圖如圖．根據(jù)圖，若某廢水中 的 c（PO₄^3-）為amol•L^-1，進(jìn)水NO₃^-濃度為105mg•L^-1時(shí)的PO₄^3-除去率約為40%，則此段時(shí)間內(nèi)用PO₄^3-濃度變化表示的除磷速率是$\frac{a}{30}$mol/（L•h）． 對于進(jìn)水中隨NO₃^-濃度的增大導(dǎo)致除磷效率的降低原因進(jìn)行分析后得知：是生成的PH₃被NO₃^-又氧化生成PO₄^3-的緣故，請完成該反應(yīng)的離子方程式：
5PH₃+8NO₃^-+3H⁺=5 H₂PO₄^-+4N₂+4H₂O．
（4）拓展探究階段
水體中的磷元素主要來源于糞便、合成洗滌劑等．污水中大部分的磷元素可被轉(zhuǎn)化為Ca₃（PO₄）₂沉淀而除去，未除去的部分納入水體．已知CaHPO₄的溶解性類似于 Ca₃（PO₄）₂也是一種難溶物．
請列舉水體中磷污染的一種事實(shí)或現(xiàn)象：水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致赤潮或水華
Na₂HPO₄溶液中加人CaCl₂溶液會產(chǎn)生白色沉淀，此沉淀可能是CaHPO₄也可能是Ca₃（PO₄）₂，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證是哪一種沉淀，寫出簡單的實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和所得結(jié)論：（試劑選擇僅限于：Na₂HPO₄溶液、CaCl₂溶液、石蕊試液、酚酞試液、AgNO₃溶液）向Na₂HP₄溶液中加入過量的氯化鈣溶液，待沉淀完全后，向上層清液中滴加紫色石蕊溶液，若溶液變紅色表明沉淀為Ca₃（PO₄）₂，若不變色表明沉淀為CaHPO₄．

Answer 1

分析 （1）用某腌制廠中含NO₃^-的廢水對上述磷酸鹽還原系統(tǒng)的除磷效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，該課題組對除磷效率可能受到的影響因素提出了一些假設(shè)，可能是溫度、濃度、溶液酸堿性等；
（2）①在無氧環(huán)境中，用某腌制廠中含NO₃^-的廢水對上述磷酸鹽還原系統(tǒng)的除磷效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，溶液中除去氧氣的方法可以用加熱煮沸等方法除去；
（3）12小時(shí)后PO₄^3-除去率約為40%，除磷速率=$\frac{△c}{△t}$，離子方程式中PH₃中磷元素化合價(jià)-3價(jià)變化為+5價(jià)，氮元素化合價(jià)+5價(jià)變化為0價(jià)，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為40e^-，結(jié)合電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平書寫離子方程式；
（4）赤潮和水華是因?yàn)镹、P元素過剩，導(dǎo)致藻類瘋長，引起水中缺氧，生物大量死亡．Ca₃（PO₄）₂、CaHPO₄均為難溶于水的白色固體，向Na₂HPO₄溶液中滴加CaCl₂溶液至恰好反應(yīng)，若反應(yīng)后溶液為酸性，則生成Ca₃（PO₄）₂，檢驗(yàn)反應(yīng)后溶液的酸性即可證明．

解答 解：（1）某課題組在無氧環(huán)境中，用某腌制廠中含NO₃^-的廢水對上述磷酸鹽還原系統(tǒng)的除磷效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對除磷效率可能受到的影響因素是溶液中NO₃^-的濃度大小、實(shí)驗(yàn)的不同溫度、溶液PH不同等，故答案為：實(shí)驗(yàn)的不同溫度、溶液PH不同；
（2）在無氧環(huán)境中，用某腌制廠中含NO₃^-的廢水對上述磷酸鹽還原系統(tǒng)的除磷效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，溶液中除去氧氣的方法可以用加熱煮沸等方法除去或通入氮?dú)夥椒ǔ�去溶液中溶有的O₂，通入氮?dú)饣蚣訜嶂蠓校?br />故答案為：通入氮?dú)饣蚣訜嶂蠓校?br />（3）該小組在恒溫30℃的實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)行12小時(shí)實(shí)驗(yàn)后得到除磷效率的關(guān)系圖如圖．根據(jù)圖，若某廢水中 的 c（PO₄^3-）為amol•L^-1，進(jìn)水NO₃^-濃度為105mg•L^-1時(shí)的PO₄^3-除去率約為40%，則此段時(shí)間內(nèi)用PO₄^3-濃度變化表示的除磷速率=$\frac{amol/L×40%}{12h}$=$\frac{a}{30}$mol/（L•h），離子方程式中PH₃中磷元素化合價(jià)-3價(jià)變化為+5價(jià)，氮元素化合價(jià)+5價(jià)變化為0價(jià)，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為40e^-，根據(jù)電荷守恒反應(yīng)前缺項(xiàng)為氫離子，結(jié)合電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平書寫離子方程式為：5PH₃+8NO₃^-+3H⁺=5H₂PO₄-+4N₂+4H₂O，
故答案為：$\frac{a}{30}$mol/（L•h）；5，8，3H⁺，5，4，4H₂O；
（4）水體中磷污染，能使水中藻類植物大量繁殖，會引起水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水棲生物大量死亡，赤潮是在特定的環(huán)境條件下，海水中某些浮游植物、原生動物或細(xì)菌爆發(fā)性增殖或高度聚集而引起水體變色的一種有害生態(tài)現(xiàn)象，藻類生長需要大量的N、P元素，如果水體中N、P元素嚴(yán)重超標(biāo)，會引起藻類瘋長，從而導(dǎo)致水中氧氣含量降低，水生生物大量死亡，海水中常稱為赤潮，淡水中稱為水華，Na₂HPO₄溶液中加人CaCl₂溶液會產(chǎn)生白色沉淀，此沉淀可能是CaHPO₄也可能是Ca₃（PO₄）₂，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證是哪一種沉淀的原理為：若生成物的混合物顯強(qiáng)酸性，則生成的沉淀為Ca₃（PO₄）₂，2Na₂HPO₄+3CaCl₂=Ca₃（PO₄）₂↓+4NaCl+2HCl，若生成物的混合物不顯酸性，則生成的沉淀為CaHPO₄，發(fā)生Na₂HPO₄+CaCl₂=CaHPO₄↓+2NaCl，具體步驟、現(xiàn)象和所得結(jié)論為：向Na₂HP₄溶液中加入過量的氯化鈣溶液，待沉淀完全后，向上層清液中滴加紫色石蕊溶液，若溶液變紅色表明沉淀為Ca₃（PO₄）₂，若不變色表明沉淀為CaHPO₄，
故答案為：水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致赤潮或水華；向Na₂HP₄溶液中加入過量的氯化鈣溶液，待沉淀完全后，向上層清液中滴加紫色石蕊溶液，若溶液變紅色表明沉淀為Ca₃（PO₄）₂，若不變色表明沉淀為CaHPO₄；

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的鑒別實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重元素化合物性質(zhì)的考查，把握信息及發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，注意物質(zhì)檢驗(yàn)的方法設(shè)計(jì)，題目難度中等．