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⁺轉化為N₂而脫氮的影響因素和反應機理．
（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，發生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反應的電極為陽極（填“陰”、“陽”）極；
②•OH（羥自由基）電氧化
在電流作用下，利用產生的強氧化性中間產物•OH脫氮；•OH中O元素的化合價-1；
③間接電氧化
利用電解產生的Cl₂，與H₂O作用生成HClO進行脫氮．請寫出HClO在酸性條件下氧化NH₄⁺的離子方程式3HClO+2NH₄⁺=N₂↑+3Cl^-+5H⁺+3H₂O．
（2）探究適宜的實驗條件
如圖為不同電流強度下脫氮的效果，綜合考慮能耗因素，電流強度應選擇10A．
（3）該課題組進一步探究脫氮過程中的強氧化性的活性中間產物，提出了如下假設，請你完成假設三：
假設一：只有•OH；
假設二：只有HClO；
假設三：既有•OH又有HClO．
（4）請你設計實驗探究脫氮過程中是否有•OH產生，完成下表內容．

實驗方案	預期實驗結果和結論
配制一定pH、NH4+和Cl-濃度的溶液，用最佳電流強度，電解樣品90min后，采用電子自旋共振法檢測樣品中•OH

（5）研究得知，脫氮過程主要以原理③為主，弱酸性溶液中比強酸溶液中更利于使NH₄⁺轉化為N₂而脫氮，請從化學平衡移動的角度解釋其原因酸性較強時，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的化學平衡逆向移動，生成的HClO減少，不利脫氮．

Answer 1

分析 （1）①根據原電池工作原理分析，陽極發生氧化反應、陰極發生還原反應；
②根據氫元素的化合價為+1判斷氧元素的化合價；
③在堿性條件下，發生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反應的電極為陽極，電解池的陽極發生氧化反應．在電流作用下，利用產生的強氧化性中間產物•OH脫氮；•OH中O元素的化合價為-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，電流強度應選擇10A時，脫氮的效果最好．
（3）根據假設一和假設二判斷假設三；
（4）檢測到•OH，則假設成立，否則假設不成立；
（5）根據氫離子對可逆反應Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的影響分析．

解答 解：（1）①在堿性條件下，發生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反應的電極為陽極，電解池的陽極發生氧化反應，
故答案為：陽極；
②在電流作用下，利用產生的強氧化性中間產物•OH脫氮，•OH中H元素為+1，則O元素的化合價為-1，
故答案為：-1；
③HClO在酸性條件下將銨根離子氧化成氮氣，據此寫出反應的離子方程式；
（2）根據圖示曲線變化，并結合能耗因素分析最佳電流；
（3）根據假設一和假設二可知假設三為：既有•OH又有HClO，
故答案為：既有•OH又有HClO；

預期實驗結果和結論

若檢測到一定濃度的•OH，則假設成立，反之，假設不成立．

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

實驗方案	預期實驗結果和結論
	若檢測到一定濃度的•OH，則假設成立，反之，假設不成立

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

點評 本題考查了探究反應原理，題目難度中等，試題涉及電解原理及其應用、影響化學平衡的因素、離子方程式書寫等等知識，試題知識點較多、充分考查學生的分析、理解能力及歸納總結能力．