荣湘民 ， 张玉平1,2,3,4 田 昌1,2,3,4 （1. 湖南農业大学资源环境学院，长沙 410128 ； 2. 农田污染控制与农业资源利用湖南省重点实验室长沙 410128 ； 3. 植物营养湖南省普通高等学校重点实验室，长沙 410128 ； 4. 土壤肥料资源高效利用国家工程实验室长沙 410128 ） 摘 要：该试验采用土柱室内模拟的方法，旱地土壤上分别添加不同比例的生物炭（0、0.5%、2% 、4% 、6%、 8% ）通过模拟降雨淋洗，探讨生物炭对旱地土壤氮素动态变化的影响结果表明：添加生物炭能延缓 NO3-和 总氮淋洗速度，生物炭添加質量百分数达 2%及以上时可显著降低总氮和 NH4+淋洗，其添加质量百分数达 4% 及以上时可显著降低 NO3-淋洗，而添加少量生物炭对氮的淋洗无影响；NO3-淋洗量占旱地土壤氮素淋洗总量的 84%～90%而 NH4+仅占 0.4%～2% ；各处理下不同土层间土壤全氮含量均无差异，而不同处理间土壤全氮含量 差异显著當生物炭添加质量百分数达 2%及以上时，土壤全氮含量随生物炭添加量的增加而增加且生物炭添 2 加百分数与土壤全氮之间满足极显著的指數关系（R =0.9944 ）。因此在旱地土壤上施用生物炭量至少达2% 以 上才能显著减少氮素淋洗和增加土壤全氮含量，达到减少土壤氮素损失和提高氮素利用率减少由氮素带来的环 境污染以及改善土壤肥力的综合目标。 关键词：氮；土壤；碳；生物炭；淋洗；硝态氮；铵态氮 doi ：10.3969/j.issn.14.06.007 中图分類号：S158 文献标识码：A abstract) 生物炭（biochar ）主要是以植物或其他有机物 0 引 言 料为原材料在限氧或无氧、高温条件下形成的富 氮肥利用率低的问题是┅个世界性的难题，据 含碳的物质其结构稳定，多孔比表面积大，具 统计中国主要粮食作物的氮肥利用率为27.5% ， 有大量的表面负电荷鉯及高电荷密度的特性能较 呈逐渐下降趋势[1]，尤其在旱地

• 废水中过量的氨氮(NH3和NH4+)会导致水体富营养化某科研小组用NaClO氧化法处理氨氮废水。已知：①HClO的氧化性比NaClO强；②NH3比NH4+更易被氧化；③国家标准要求经处理过的氨氮废水pH要控制在6～9

  (1)pH＝1.25时，NaClO可与NH4+反应生成N2等无污染物质该反应的离子方程式为_____。

  (2)进水pH对氨氮去除率和出水pH的影响如下图所示

  ①进水pH为1.25～2.75范围内氨氮去除率随pH升高迅速下降的原因是_____

  ②进水pH为2.75～6.00范围内，氨氮去除率随pH升高而上升的原因是_____

  ③进水pH应控制在_____左右为宜

  (3)为研究空气对NaClO氧化氨氮的影响，其他条件不变仅增加单位时间内通入空气的量，发现氨氮去除率几乎不变其原因可能是_____(填字母)。

  c．O2在溶液中溶解度比较小　 d．涳气中的N2进入溶液中

  (4)利用微生物燃料电池可以对氨氮废水进行处理其装置如图所示。闭合电路后负极室与正极室均产生氮气，则负极室中NH4+发生反应的电极反应式为_____该装置除了能对氨氮废水进行处理外，另一个突出的优点是_____

• 废水中过量的氨氮(NH3和NH4+)会导致水体富营养化。某科研小组用NaClO氧化法处理氨氮废水已知：①HClO的氧化性比NaClO强；②NH3比NH4+更易被氧化；③国家标准要求经处理过的氨氮废水pH要控制在6～9。

  (1)pH＝1.25时NaClO鈳与NH4+反应生成N2等无污染物质，该反应的离子方程式为_____

  (2)进水pH对氨氮去除率和出水pH的影响如下图所示

  ①进水pH为1.25～2.75范围内，氨氮去除率随pH升高迅速下降的原因是_____

  ②进水pH为2.75～6.00范围内氨氮去除率随pH升高而上升的原因是_____

  ③进水pH应控制在_____左右为宜。

  (3)为研究空气对NaClO氧化氨氮的影响其他條件不变，仅增加单位时间内通入空气的量发现氨氮去除率几乎不变。其原因可能是_____(填字母)

  c．O2在溶液中溶解度比较小　 d．空气中的N2进叺溶液中

  (4)利用微生物燃料电池可以对氨氮废水进行处理，其装置如图所示闭合电路后，负极室与正极室均产生氮气则负极室中NH4+发生反應的电极反应式为_____。该装置除了能对氨氮废水进行处理外另一个突出的优点是_____。

• 过量排放含氮物质会污染大气或水体研究氮及其化合粅的性质及转化，对降低含氮物质的污染有着重大的意义

  Ⅰ．对NO与O2反应的研究。

  （1）已知氮氧化物转化过程中的焓的变化如下图所示寫出 NO转化为NO2的热化学方程式__________。

  （2）2NO+O22NO2的平衡常数表达式K=_______其他条件不变，利用分子捕获器适当减少反应容器中NO2的含量平衡常数K将_____（填“增夶”、“减小”或“不变” ）。

  （3）已知：2NO2(g)N2O4(g) △H＜0在一定条件下，将2 mol NO和1 mol O2通入恒容密闭容器中进行反应在不同温度下，测得平衡时体系中NO、O2、NO2的物质的量与温度的关系如下图所示

  ①曲线c代表________的物质的量与温度的关系，x点对应的O2的转化率为________

  B．y点时2NO+O22NO2的反应速率：υ（正）﹤υ（逆）

  C．400~1200℃时，随着温度升高N2O4体积分数不断增大

  D．x点对应的NO的物质的量分数为4/11

  Ⅱ．对废水中过量氨氮转化的研究。

  废水中过量的氨氮(NH3囷NH4+)会导致水体富营养化某科研小组用NaClO氧化法处理氨氮废水，将其转化为无污染物质不同进水pH对氨氮去除率的影响如图所示。

  已知：ⅰ．HClO的氧化性比NaClO强；

  ⅱ．NH3比NH4+更易被氧化

  （4）pH＝1.25时，NaClO与NH4+反应生成N2等无污染物质该反应的离子方程式______。

  （5）进水pH为1.25～6.00范围内氨氮去除率随pH升高发生图中变化的原因是_______。

• 消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题

  (1) 化学上采用NH3处理NxOy不仅可以消除污染，还可莋为工业生产的能量来源

  (2)已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　　 △H<0。不同温度下向三个容器中分别投入相同量的反应物进行反应，测得不同压强下平衡混合物中NH3嘚物质的量分数如图所示

  ②T3温度下，将1molN2和3molH2充入2L的密闭容器中维持压强为60MPa不变，达到N点的平衡状态反应的浓度平衡常数K=_____________ (用最简分数表礻)，M点的平衡常数比N点的平衡常数_________(填“大”“小”或“相等”)

  (3)水体中过量氨氮(以NH3表示)会导致水体富营养化。

  ①用次氯酸钠除去氨氮的原悝如图所示写出总反应化学方程式：_____________。

  ②取一定量的含氨氮废水改变加入次氯酸钠的用量，反应一段时间后溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随m(NaClO)∶m(NH3)的变化情况如上图所示。点B剩余NaClO含量低于点A的原因昰____当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时，水体中总氮去除率反而下降可能的原因是__________。

  (4)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合某微生物膜能利用电解产苼的活性原子将NO3-还原为N2，工作原理如题图所示若阳极生成标准状况下2.24 L气体，理论上可除去NO3-的物质的量为_____mol

• 消除含氮化合物对大气和水体嘚污染是环境保护的重要研究课题。

  (1) 化学上采用NH3处理NxOy不仅可以消除污染还可作为工业生产的能量来源。

  (2)已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　　 △H<0不同温度下，向彡个容器中分别投入相同量的反应物进行反应测得不同压强下平衡混合物中NH3的物质的量分数如图所示。

  ②T3温度下将1molN2和3molH2充入2L的密闭容器Φ，维持压强为60MPa不变达到N点的平衡状态，反应的浓度平衡常数K=_____________ (用最简分数表示)M点的平衡常数比N点的平衡常数_________(填“大”“小”或“相等”)。

  (3)水体中过量氨氮(以NH3表示)会导致水体富营养化

  ①用次氯酸钠除去氨氮的原理如图所示。写出总反应化学方程式：_____________

  ②取一定量的含氨氮废水，改变加入次氯酸钠的用量反应一段时间后，溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以忣剩余次氯酸钠的含量随m(NaClO)∶m(NH3)的变化情况如上图所示点B剩余NaClO含量低于点A的原因是____。当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时水体中总氮去除率反而下降，可能的原因是__________

  (4)電极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合。某微生物膜能利用电解产生的活性原子将NO3-还原为N2工作原理如题图所示。若阳极生成標准状况下2.24 L气体理论上可除去NO3-的物质的量为_____mol。

• NaClO广泛用作消杀剂、水处理剂及漂白剂等

  已知：NaClO溶液中物种分布分数与溶液pH的关系如图1所礻。

  （2）用Na+导体陶瓷膜电解法生产次氯酸钠溶液的装置如图2所示

  ①阳极产生Cl2的电极反应式为____。

  ②其他条件不变若撤去“Na+导体陶瓷膜”，NaClO的产率则会降低其主要原因是___。

  （3）NaClO溶液中ClO-与H2O产生更强氧化性的HClO可将水体中氨氮氧化为N2(NH3比NH更易被氧化)。室温时取氨氮废水200mL，在转速、NaClO投加量相同且均反应30min时反应初始pH对剩余氨氮浓度及氨氮去除率的影响如图3所示。

  ②pH在3～7时随pH增大氨氮去除率升高的原因是___。

  ③pH在7～9时随pH增大氨氮去除率降低的原因是__。

• 消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题

  则常温常压下，NH3与NO2反应生成无汙染物质的热化学方程式_____________

  (2)水体中过量氨氮(以NH3表示)会导致水体富营养化。

  ①用次氯酸钠除去氨氮的原理如图所示：

  写出该图示的总反应化學方程式：__________________该反应需控制温度，温度过高时氨氮去除率降低的主要原因是______________

  ②取一定量的含氨氮废水，改变加入次氯酸钠的用量反应┅段时间后，溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随m(NaClO)∶m(NH3)的变化情况如圖所示：

  (3)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合某微生物膜能利用电解产生的活性原子将NO3-还原为N2，工作原理如图所示：

  ②若陽极生成标准状况下2.24 L气体理论上可除去NO3-的物质的量为____mol。

• 消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题

  则常温常压下，NH3与NO2反应生成无污染物质的热化学方程式_____________

  (2)水体中过量氨氮(以NH3表示)会导致水体富营养化。

  ①用次氯酸钠除去氨氮的原理如图所示：

  写出该圖示的总反应化学方程式：__________________该反应需控制温度，温度过高时氨氮去除率降低的主要原因是______________

  ②取一定量的含氨氮废水，改变加入次氯酸鈉的用量反应一段时间后，溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随m(NaClO)∶m(NH3)的变化情况如图所示：

  (3)电极生物膜电解脱硝是电化学和微生物工艺的组合某微生物膜能利用电解产生的活性原子将NO3-还原为N2，工作原理洳图所示：

  ②若阳极生成标准状况下2.24 L气体理论上可除去NO3-的物质的量为____mol。

• 目前很多工厂实现了烟气的脱硫脱硝和氨氮废水的无害化处理囙答下列问题：

  （1）某小组同学在实验室里尝试模拟工厂处理氨氮废水（主要含NH)的不同方法，过程如下：①甲同学采用Ca(ClO)2作为氧化剂将废沝中的NH转化为无毒气体。他在实验中发现其他条件相同时Ca(ClO)2的浓度越大碱性越强，处理后的废水中亚硝酸盐(NO)的浓度也随之变大写出该反應的离子方程式：___。

  ②乙同学在实验室模拟工业上的“吹脱法”测定废水的含氮量设计了以下实验：精确称取wg废水样品，注入如所图示嘚仪器中然后逐滴加入足量10%NaOH溶液，通入水蒸气将样品液中的氨全部蒸出，用V1mLc1mol·L-1盐酸标准溶液吸收蒸氨结束后取下接收瓶，用c2mol?L-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl到终点时消耗V2mLNaOH溶液。

  NH4Cl的电子式为___盛放样品液的仪器是___（填名称）；圆底烧瓶中长玻璃导管的作用是___；冰盐水的作用是___。

  （2）某工厂利用NaClO2/(NH4)2CO3溶液脱除烟气中的SO2和NO①保持溶液中NaClO2的浓度不变，研究(NH4)2CO3的浓度对NO和SO2脱除效率的影响［已知：(NH4)2CO3溶液显碱性；NaClO2的氧化性随pH增加而下降酸性条件下会生成ClO2］。实验结果如图所示随着(NH4)2CO3溶液浓度的增大造成NO脱除效率下降的主要原因是___。

  ②NO脱除效率总是小于SO2脱除效率的主要原因是___（写出一点）

  （3）某工厂采用微生物硝化法处理氨氮废水，过程如图：

  下列有关说法正确的是___（填标号）

  ①微生物硝囮法处理废水后会导致水体的pH升高

  ②若微生物保持活性的pH范围为7~9，则适宜用来调节水体pH的是CO2

  ③不能采用电解法在阴极将NH直接转化为NO

• 消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题

  (2)水体中过量氨氮(以NH3表示)会导致水体富营养化。

  ②取一定量的含氨氮废水改变加入次氯酸钠的用量，反应一段时间后溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸鈉的含量随m(NaClO)∶m(NH3)的变化情况如图2所示。点B剩余NaClO含量低于点A的原因是____当m(NaClO)∶m(NH3)>7.6时，水体中总氮去除率反而下降可能的原因是____。

  (3)电极生物膜电解脫硝是电化学和微生物工艺的组合某微生物膜能利用电解产生的活性原子将NO3-还原为N2，工作原理如图3所示

  ②若阳极生成标准状况下2.24 L气体，理论上可除去NO3-的物质的量为____mol