Question

【題目】化學在環境保護中起著十分重要的作用。催化反硝化法和電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染。

(1)催化反硝化法中，H2能將NO還原為N2。25 ℃時，反應進行10 min，溶液的pH由7變為12。

①N2的電子式為________。

②上述反應離子方程式為____________，其平均反應速率v(NO)＝_____mol·L－1·min－1。

③還原過程中可生成中間產物NO，寫出三種促進NO水解的方法：______________。

(2)電化學降解NO的原理如圖所示。

①電源正極為________(填“A”或“B”)，陰極反應式為_______________。

②若電解過程中轉移了2 mol電子，則質子交換膜兩側電解液的質量變化差(Δm左－Δm右)為________g。

Answer 1

【答案】2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O0.001加酸，升高溫度，加水A　2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－14.4

【解析】

①氮氣為共價分子，氮原子間存在3個共用電子對。

②在催化劑條件下,氫氣和硝酸根離子發生氧化還原反應生成氮氣、水和氫氧根離子；先根據溶液pH的變化計算氫氧根離子反應速率，再根據氫氧根離子和硝酸根離子之間的關系式計算硝酸根離子反應速率。

③亞硝酸根離子水解是吸熱反應,根據外界條件對其水解反應影響來分析。

(2) ①由圖示知在Ag-Pt電極上NO3-發生還原反應,因此Ag-Pt電極為陰極,則B為負極,A為電源正極；在陰極反應是NO3-得電子發生還原反應生成N2，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應且有水生成。

②兩極的質量差實際上陽極消耗水的質量和陰極析出N2、質子交換膜進入H+的質量之差，由兩極的反應方程式可得：H2O-2e-、N2-10H+-10e-，左側減重18g，右側減重5.6-2=3.6g，然后計算Δm左－Δm右。

(1)①N2為共價分子，氮氮間形成三鍵，其電子式為NN；正確答案：。

②反應中堿性增強，故應有OH－生成，再結合原子守恒可寫出反應的離子方程式為: 5H2＋2NON2＋2OH－＋4H2O；根據速率的計算公式v=△c/△t可知：v(NO)＝v(OH-)=(10-2-10-7)/10=0.001 mol·L－1·min－1；正確答案：NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O；0.001。

③亞硝酸鹽水解是吸熱反應,且水解時生成氫氧根離子,稀釋亞硝酸鹽溶液能促進其水解,所以要使NO水解使溶液中c(OH-)變大,可促進NO水解的措施有加熱、加水或加酸等；正確答案:加水、升高溫度、加酸。

(2)①NO生成N2發生了還原反應，應在電解池的陰極發生，故A為原電池的正極；陰極發生還原反應，故電極反應式為2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－；正確答案：A；2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－。

②由電極反應式可知，轉移2mol電子，溶液減少的質量[m(N2)]為5.6 g，同時有2molH＋通過質子交換膜進入右側，故右側溶液減少3.6g。陽極發生的反應為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，每轉移2mol電子，生成16gO2，同時有2mol H＋通過質子交換膜進入右側，使左側溶液質量減少18g，故兩側溶液減少的質量差為14.4 g；正確答案：14.4。