Question

【題目】電解法處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，具有較高的環境效益和經濟效益。實驗室模擬電解法吸收NOx的裝置如右圖所示(圖中電極均為石墨電極)。

（1）若用NO2氣體進行模擬電解法吸收實驗。

①寫出電解時NO2發生反應的電極反應式： 。

②若有標準狀況下2.24 LNO2被吸收，通過陽離子交換膜(只允許陽離子通過)的H+為 mol。

（2）某小組在右室裝有10 L 0.2 mol/L硝酸，用含NO和NO2(不考慮NO2轉化為N2O4)的廢氣進行模擬電解法吸收實驗。

①實驗前，配制10 L 0.2mol/L硝酸溶液，需量取 mL的密度為1.4 g/mL、質量分數為63%的濃硝酸。

②電解過程中，有部分NO轉化為HNO2。實驗結束時，測得右室溶液中含3 molHNO3、0.1 molHNO2，同時左室收集到標準狀況下28 L H2。計算原氣體中NO和NO2的體積比(假設尾氣中不含氮氧化物，寫出計算過程)。

Answer 1

【答案】（1）①NO2－e-＋H2O = NO＋2H+ ②0.1；（2）①142.9；

②根據原子守恒： n(NO)+ n(NO2)=3 mol- 0.2 mol/L×10 L+0.1 mol =1.1 mol

根據電子守恒：0.1 mol×1+ [ n(NO)- 0.1 mol]×3+ n(NO2)×1= ×2

解得：n(NO)= 0.8 mol n(NO2)= 0.3 mol

V(NO):V(NO2)= n(NO): n(NO2)= 0.8 mol: 0.3 mol=8:3

【解析】

試題分析：（1）①分析通過裝置知該電解裝置左室為電解池的陰極，電極反應式為2H2O + 2e-== H2↑ + 2OH-，右室為電解池的陽極，NO2氣體發生氧化反應生成硝酸，電極反應式為NO2－e-＋H2O = NO＋2H+。

②根據陰、陽兩極的電極反應式知若有標準狀況下2.24 LNO2被吸收，轉移電子0.1mol，陰極區生成的氫氧根為0.1mol，為維持電荷守恒通過陽離子交換膜的H+為0.1mol。

（2）①根據公式c=計算密度為1.4 g·mL-1、質量分數為63%的濃硝酸的物質的量濃度為1000×1.4 g·mL-1×63%/63 g·mol-1=14 mol/L。根據稀釋定律c1V1=c2V2計算所需濃硝酸的體積為10 L ×0.2 mol·L-1/14 mol·L-1=0.1429L=142.9mL；

②根據題意知電解池的陰極電極反應式為2H2O + 2e-== H2↑ + 2OH-，電解池的陽極電極反應式為NO2－e-＋H2O = NO＋2H+、NO－e-＋H2O = HNO2＋H+ 、NO－3e-＋2H2O = NO＋4H+。根據原子守恒和電荷守恒作答。根據原子守恒：n(NO)+ n(NO2)=3 mol- 0.2 mol/L×10 L+0.1 mol =1.1 mol，根據電子守恒：0.1 mol×1+ [ n(NO)- 0.1 mol]×3+ n(NO2)×1= ×2，解得：n(NO)= 0.8 mol n(NO2)= 0.3 mol，V(NO):V(NO2)= n(NO): n(NO2)= 0.8 mol: 0.3 mol=8:3