Question

7．化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．
（1）催化反硝化法中，H₂能将NO₃^-还原为N₂．25℃时，反应进行10min，溶液的pH由中性变为C_（OH-）为0.01mol•L^-1．
①N₂的结构式为N≡N．
②上述反应的离子方程式为2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，其平均反应速率υ（NO₃^-）为0.001mol•L^-1min^-1．
（2）电化学降解NO₃^-的原理如图所示．
①电源正极为A（填A或B），阴极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．
②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差（△m_左-△m_右）为14.4g．

Answer 1

分析 （1）①氮气分子中氮原子间形成3个共用电子对；
②在催化剂条件下，氢气和硝酸根离子发生氧化还原反应生成氮气、水和氢氧根离子；先根据溶液pH的变化计算氢氧根离子反应速率，再根据氢氧根离子和硝酸根离子之间的关系式计算硝酸根离子反应速率；
（2）①由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有氢离子参与反应且有水生成；
②转移2mol电子时，阳极（阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺）消耗1mol水，产生2molH⁺进入阴极室，阳极室质量减少18g；阴极室中放出0.2molN₂（5.6g），同时有2molH⁺（2g）进入阴极室．

解答 解：（1）①N₂分子中氮原子间通过氮氮三键结合，因此其结构式为N≡N，故答案为：N≡N；
②利用溶液pH变化可知有OH^-生成，再结合原子守恒可写出反应的离子方程式为2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，利用离子方程式知v（NO₃^-）=v（OH^-）=$\frac{10{\;}^{-2}-10{\;}^{-7}}{10}$mol/（L•min）=0.001 mol/（L•min），
故答案为：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O；0.001；
（2）①由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有H⁺参与反应且有水生成，所以阴极上发生的电极反应式为：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O；
②转移2mol电子时，阳极（阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺）消耗1mol水，产生2molH⁺进入阴极室，阳极室质量减少18g；阴极室中放出0.2molN₂（5.6g），同时有2molH⁺（2g）进入阴极室，因此阴极室质量减少3.6g，故膜两侧电解液的质量变化差（△m左-△m右）=18g-3.6g=14.4g，
故答案为：14.4．

点评 本题考查结构式和离子方程式的书写、电解原理、反应速率计算、平衡移动等知识点，（2）中②要注意该题中阴极室有氢离子进入，易漏掉，为易错点．