Question

20．銨鹽是一種重要的水體污染物．某課題組利用電解法，在含Cl^-的水樣中，探究將NH₄⁺轉(zhuǎn)化為N₂而脫氮的影響因素和反應(yīng)機(jī)理．
（1）電解法脫氮的原理可能如下：
①直接電氧化
在堿性條件下，發(fā)生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反應(yīng)的電極為陽(yáng)極（填“陰”、“陽(yáng)”）極；
②•OH（羥自由基）電氧化
在電流作用下，利用產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性中間產(chǎn)物•OH脫氮；•OH中O元素的化合價(jià)-1；
③間接電氧化
利用電解產(chǎn)生的Cl₂，與H₂O作用生成HClO進(jìn)行脫氮．請(qǐng)寫(xiě)出HClO在酸性條件下氧化NH₄⁺的離子方程式3HClO+2NH₄⁺=N₂↑+3Cl^-+5H⁺+3H₂O．
（2）探究適宜的實(shí)驗(yàn)條件
如圖為不同電流強(qiáng)度下脫氮的效果，綜合考慮能耗因素，電流強(qiáng)度應(yīng)選擇10A．
（3）該課題組進(jìn)一步探究脫氮過(guò)程中的強(qiáng)氧化性的活性中間產(chǎn)物，提出了如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)三：
假設(shè)一：只有•OH；
假設(shè)二：只有HClO；
假設(shè)三：既有•OH又有HClO．
（4）請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究脫氮過(guò)程中是否有•OH產(chǎn)生，完成下表內(nèi)容．

實(shí)驗(yàn)方案	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
配制一定pH、NH4+和Cl-濃度的溶液，用最佳電流強(qiáng)度，電解樣品90min后，采用電子自旋共振法檢測(cè)樣品中•OH

（5）研究得知，脫氮過(guò)程主要以原理③為主，弱酸性溶液中比強(qiáng)酸溶液中更利于使NH₄⁺轉(zhuǎn)化為N₂而脫氮，請(qǐng)從化學(xué)平衡移動(dòng)的角度解釋其原因酸性較強(qiáng)時(shí)，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，生成的HClO減少，不利脫氮．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)原電池工作原理分析，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)；
②根據(jù)氫元素的化合價(jià)為+1判斷氧元素的化合價(jià)；
③在堿性條件下，發(fā)生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反應(yīng)的電極為陽(yáng)極，電解池的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)．在電流作用下，利用產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性中間產(chǎn)物•OH脫氮；•OH中O元素的化合價(jià)為-1．HClO在酸性條件下氧化NH₄⁺的離子方程式為3HClO+2NH₄⁺=N₂↑+3Cl^-+5H⁺+3H₂O；
（2）綜合考慮能耗因素，電流強(qiáng)度應(yīng)選擇10A時(shí)，脫氮的效果最好．
（3）根據(jù)假設(shè)一和假設(shè)二判斷假設(shè)三；
（4）檢測(cè)到•OH，則假設(shè)成立，否則假設(shè)不成立；
（5）根據(jù)氫離子對(duì)可逆反應(yīng)Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的影響分析．

解答 解：（1）①在堿性條件下，發(fā)生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反應(yīng)的電極為陽(yáng)極，電解池的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，
故答案為：陽(yáng)極；
②在電流作用下，利用產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性中間產(chǎn)物•OH脫氮，•OH中H元素為+1，則O元素的化合價(jià)為-1，
故答案為：-1；
③HClO在酸性條件下將銨根離子氧化成氮?dú)�，�?jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
（2）根據(jù)圖示曲線變化，并結(jié)合能耗因素分析最佳電流；
（3）根據(jù)假設(shè)一和假設(shè)二可知假設(shè)三為：既有•OH又有HClO，
故答案為：既有•OH又有HClO；

預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

若檢測(cè)到一定濃度的•OH，則假設(shè)成立，反之，假設(shè)不成立．

（4）配制一定pH、NH₄⁺和Cl^-濃度的溶液，用最佳電流強(qiáng)度，電解樣品90min后，采用電子自旋共振法檢測(cè)樣品中•OH，若檢測(cè)到一定濃度的•OH，則假設(shè)成立，反之，則假設(shè)不成立，
故答案為：

實(shí)驗(yàn)方案	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
	若檢測(cè)到一定濃度的•OH，則假設(shè)成立，反之，假設(shè)不成立

；
（5）酸性較強(qiáng)時(shí)，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，生成的HClO減少，不利脫氮，故弱酸性溶液中比強(qiáng)酸溶液中更利于使NH₄⁺轉(zhuǎn)化為N₂而脫氮，
故答案為：酸性較強(qiáng)時(shí)，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，生成的HClO減少，不利脫氮．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究反應(yīng)原理，題目難度中等，試題涉及電解原理及其應(yīng)用、影響化學(xué)平衡的因素、離子方程式書(shū)寫(xiě)等等知識(shí)，試題知識(shí)點(diǎn)較多、充分考查學(xué)生的分析、理解能力及歸納總結(jié)能力．