Question

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7变为12。
①N₂的结构式为                    。
②上述反应的离子方程式为                                             ，其平均反应速率υ(NO₃^－)为                  mol·L^－1min^-1。
③还原过程中可生成中间产物NO₂^－，写出3种促进NO₂^－水解的方法                       。
（2）电化学降解NO₃^－的原理如图所示。

①电源正极为          （填A或B），阴极反应式为                。
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(Δm_左－Δm_右)为        g。

Answer 1

（14分）
（1）①N≡N
②2NO₃?+5H₂N₂+2OH?+4H₂O ,0.001
③加酸，升高温度，加水
（2）①A ，2NO₃?+6H₂O+10e?=N₂↑+12OH?
②14.4

解析（1）①N₂分子含氮氮三键，继而可写出结构式。
②根据题目所给条件，可知反应物为NO₃?和H₂，产物为N₂和2OH?，根据原子守恒可推出还生成水，配平可得出离子方程式；溶液的pH由7变为12，可知生成的C(OH?)=0.01mol?L?¹，则V(NO₃?)= 0.01mol?L?¹÷10min="0.001" mol?L?¹?min^-1。
③因为水解反应都是吸热反应，NO₂-水解生成OH?，根据平衡移动原理，可知加酸，升高温度，加水，可促进NO₂^-的水解。
（2）①NO₂^-在阴极得电子生成N₂，所以B极为电源的负极，则A极为电源的正极，根据原子守恒和电荷守恒，反应物还有H₂O，生成物还有OH?。配平地离子方程式。
②除了电极反应会造成电解液的质量变化，质子通过质子交换膜导电也会产生电解液的质量变化，转移2mol电子，会有2molH⁺从左侧移动到右侧，使左侧电解液质量减少2g，右侧电解液质量增加2g
左侧电极反应为H₂O电离的OH?放电：4OH?-4e?=2H₂O+O₂↑
4mol    32g
2mol     16g
所以转移2mol电子，左侧电解液共减少：16g+2g=18g
右侧电极反应为：2NO₃? + 6H₂O + 10e? = N₂↑+12OH?
10mol  28g
2mol   5.6g
H⁺移向右侧，所以转移2mol电子，右侧电解液共减少：5.6g-2g=3.6g
因此两侧电解液的质量变化为：18g-3.6g=14.4g。
【考点定位】本题考查结构式和方程式的书写、反应速率的计算、水解平衡的移动、电极的判断和化学计算。