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NO3-還原為N2。25℃時，反應進行l0 min，溶液的pH由7變為l 2。

①N2的結構式為

②上述反應的離子方程式為 ，其平均反應速率v(NO3-)為 mol·L-1·min-1。

③還原過程中可生成中間產物NO2-，寫出2種促進NO2-水解的方法 。

（2）電化學降解NO3-的原理如下圖所示。

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，則膜兩側電解液的質量變化差(△m左-△m右)為 g。

Answer 1

【答案】（1）①N≡N 2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O 0.001mol/(L·min)

③加酸，升高溫度，加水

（2）A， 2NO3-+6H2O+10e-＝N2+12OH- ②14.4

【解析】

試題分析：（1） ②廢水不應顯酸性（HNO3易揮發），而是中性或堿性，所以O2－在水中以H2O或OH－形式存在，有題意也可看出生成OH－（溶液pH由7變為12），依據氧化還原反應規律可配平：

pH=12c(H＋)=1×10－12mol·L－1

c(OH－)= 1×10－2mol·L－1

υ(NO3－)=υ(OH－)= 1×10－10mol·L－1 /10min= 0.001mol·L－1·min-1

③由方程式知NO2－+H2OHNO2+OH－ △H＞0 ，加熱，加酸均可均可使平衡正向移動，促進NO2－轉化。

（2）①2O3－+10e－→+6O2，所以B極為電源負極，A極為電源正極。

O2－+H2O=2OH－，可以寫出陰極反應式：2NO3－+6H2O+10e－ = N2↑+12OH－

② 左（+）陽極：4H2O(OH－)－4e－=4H++O2↑+2H2O

右（- ）陰極：2NO3－+6H2O+10e－ = N2↑+12OH－

10 e－O2（左）- 1N2（右）-10H+

10mol mol 1mol 10mol

2mol 0.5mol 0.2mol 2mol

由于陰陽極之間被質子交換膜隔開，左側電解產生的H+會穿過質子交換膜進入右側，所以：

△m左=m(O2)+m(H+)=0.5mol×32g·mol－1+2mol×1g·mol－1=18g

△m右= m(N2)-m(H+)=0.2mol×28g·mol－1-2mol×1g·mol－1=3.6g

△m左－△m右=18g-3.6g = 14.4g