Question

化學(xué)在環(huán)境保護中起著十分重要的作用．催化反硝化法和電化學(xué)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(yīng)進行10min，溶液的pH由7變?yōu)?2（常溫下）．
【已知：pH=-lgc（H⁺），常溫下，水溶液中c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14】
①N₂的結(jié)構(gòu)式為

 

．
②請補充離子方程式，并進行配平：上述反應(yīng)離子方程式為（配平為1不省略）
（

 

）NO₃^-+（

 

）H₂

催化劑  .

（

 

）N₂+（

 

）H₂O+（

 

）

 

，
其平均反應(yīng)速率v（NO₃^-）=

 

mol?L^-1?min^-1．
（2）電化學(xué)降解NO₃^-的原理如圖所示．
①電源正極為

 

（填“A”或“B”），陰極反應(yīng)式為

 

．
②若電解過程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m_左-△m_右）為

 

g．

Answer 1

考點：電解原理,氧化還原反應(yīng)方程式的配平

專題：氧化還原反應(yīng)專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①氮氣分子中氮原子間存在3個共用電子對；
②在催化劑條件下，氫氣和硝酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮氣、水和氫氧根離子；先根據(jù)溶液pH的變化計算氫氧根離子反應(yīng)速率，再根據(jù)氫氧根離子和硝酸根離子之間的關(guān)系式計算硝酸根離子反應(yīng)速率；
③亞硝酸根離子水解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)外界條件對其水解反應(yīng)影響來分析；
（2）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，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(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應(yīng)且有水生成；
②轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極（陽極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進入陰極室，陽極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時有2molH⁺（2g）進入陰極室．

解答： 解：（1）①N₂分子中氮原子間通過氮氮三鍵結(jié)合，因此其結(jié)構(gòu)式為N≡N，故答案為：N≡N；
②利用溶液pH變化可知有OH^-生成，再結(jié)合原子守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式為：2NO₃^-+5H₂=N₂+2 OH^-+4H₂O，利用離子方程式知v（NO₃^-）=v（OH^-）=

10-2-10-7

10

mol/（L?min）=0.001 mol/（L?min），故答案為：2；5；1；4；2OH^-；0.001；
③亞硝酸鹽水解是吸熱反應(yīng)，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NO₂^-水解使溶液中c（OH^-）變大，可促進NO₂^-水解的措施有加熱、加水或加酸等，故答案為：加水、升高溫度、加酸；
（2）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，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(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應(yīng)且有水生成，
所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；
②轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極（陽極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進入陰極室，陽極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時有2molH⁺（2g）進入陰極室，因此陰極室質(zhì)量減少3.6g，故膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m左-△m右）=18g-3.6g=14.4g，
故答案為：14.4．

點評：本題考查了氧化還原反應(yīng)方程式的配平、原電池和電解池原理，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等配平方程式，根據(jù)得失電子確定陰極反應(yīng)式，注意（2）中②要注意該題中陰極室有氫離子進入，易漏掉，為易錯點．