Question

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10min，溶液的pH由7變為12（常溫下）．
【已知：pH=-lgc（H⁺），常溫下，水溶液中c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14】
①N₂的結構式為

 

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

 

）NO₃^-+（

 

）H₂

催化劑  .

（

 

）N₂+（

 

）H₂O+（

 

）

 

，
其平均反應速率v（NO₃^-）=

 

mol?L^-1?min^-1．
（2）電化學降解NO₃^-的原理如圖所示．
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2mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差（△m_左-△m_右）為

 

g．

Answer 1

考點：電解原理,氧化還原反應方程式的配平

專題：氧化還原反應專題,電化學專題

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生氧化還原反應生成氮氣、水和氫氧根離子；先根據溶液pH的變化計算氫氧根離子反應速率，再根據氫氧根離子和硝酸根離子之間的關系式計算硝酸根離子反應速率；
③亞硝酸根離子水解是吸熱反應，根據外界條件對其水解反應影響來分析；
（2）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應是NO₃^-得電子發生還原反應生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應且有水生成；
②轉移2mol電子時，陽極（陽極反應為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產生2molH⁺進入陰極室，陽極室質量減少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合，因此其結構式為N≡N，故答案為：N≡N；
②利用溶液pH變化可知有OH^-生成，再結合原子守恒可寫出反應的離子方程式為：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，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^-發生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應是NO₃^-得電子發生還原反應生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應且有水生成，
所以陰極上發生的電極反應式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O；
②轉移2mol電子時，陽極（陽極反應為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產生2molH⁺進入陰極室，陽極室質量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時有2molH⁺（2g）進入陰極室，因此陰極室質量減少3.6g，故膜兩側電解液的質量變化差（△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方程式的配平、原電池和電解池原理，根據轉移電子相等配平方程式，根據得失電子確定陰極反應式，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．