Question

15．近幾年來關于氮污染的治理倍受關注．
（1）三效催化劑是最為常見的汽車尾氣催化劑，能同時實現汽車尾氣中的CO、C_xH_y、NO_x三種成分的凈化，其催化劑表面物質轉化的關系如圖1所示，化合物X可借助傅里葉紅外光譜圖（如圖2所示）確定．

①在圖1所示的轉化中，被還原的元素是N、O，X的化學式為Ba（NO₃）₂．
②SCR技術可使NO_x與NH₃的直接反應，實現無害轉化．當NO與NO₂的物質的量之比為4：1時，寫出發生反應的化學方程式：8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O．
（2）加入過量次氯酸鈉可使廢水中NH₄⁺ 完全轉化為N₂，而本身被還原為NaCl．
①寫出上述反應的離子方程式：2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O．
②若處理廢水產生了0.448L N₂（標準狀況），則需消耗濃度為0.5mol•L^-1的次氯酸鈉的體積為120mL．
（3）某工業廢水中含有毒性較大的CN^-，可用電解法將其轉變為N₂，裝置如圖3所示．氣體甲是H₂（寫化學式），電解池中生成N₂的電極反應式為2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①根據化合價降低為氧化劑被還原判斷；根據傅里葉紅外光譜圖（如圖2所示）確定化合物X含硝酸根；
②根據NO_x與NH₃的直接反應，實現無害轉化，則生成氮氣和水，據此書寫方程式；
（2）①根據次氯酸鈉氧化廢水中NH₄⁺ 完全轉化為N₂，而本身被還原為NaCl結合得失電子守恒配平方程式；
②根據反應的離子方程式進行計算；
（3）由裝置如圖3所示，左邊為陽極為CN^-失電子生成氮氣的反應，右邊為陰極為氫離子得電子生成氫氣的反應，據此分析；

解答 解：（1）①在圖1所示的轉化中N、O化合價降低為氧化劑被還原；由傅里葉紅外光譜圖（如圖2所示）確定化合物X含硝酸根，再結合圖一由鋇離子參與，所以X為Ba（NO₃）₂；故答案為：N、O；Ba（NO₃）₂；
②因為NO_x與NH₃的直接反應，實現無害轉化，則生成氮氣和水，所以當NO與NO₂的物質的量之比為4：1時，發生反應的化學方程式為8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O，
故答案為：8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O；
（2）①因為次氯酸鈉氧化廢水中NH₄⁺ 完全轉化為N₂，而本身被還原為NaCl，根據得失電子守恒，離子方程式為2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O，
故答案為：2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O；
②由2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O得，處理廢水產生了0.448L即$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol N₂（標準狀況），則需消耗濃度為0.5mol•L^-1的次氯酸鈉的體積為$\frac{0.02×3}{0.5}$×1000ml=120ml，故答案為：120；
（3）由裝置如圖3所示，左邊為陽極為CN^-失電子生成氮氣的反應，又溶液成堿性，所以反應式為：2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；右邊為陰極為氫離子得電子生成氫氣的反應，所以甲為氫氣，
故答案為：H₂；2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

點評 本題重點考查了氧化還原反應以及電解池的原理，從深層次的理解氧化還原反應的本質是解決本題的關鍵，難度不大，注意化合價降低為氧化劑被還原，化合價升高為還原劑被氧化；