Question

15．近几年来关于氮污染的治理倍受关注．
（1）三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，能同时实现汽车尾气中的CO、C_xH_y、NO_x三种成分的净化，其催化剂表面物质转化的关系如图1所示，化合物X可借助傅里叶红外光谱图（如图2所示）确定．

①在图1所示的转化中，被还原的元素是N、O，X的化学式为Ba（NO₃）₂．
②SCR技术可使NO_x与NH₃的直接反应，实现无害转化．当NO与NO₂的物质的量之比为4：1时，写出发生反应的化学方程式：8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O．
（2）加入过量次氯酸钠可使废水中NH₄⁺ 完全转化为N₂，而本身被还原为NaCl．
①写出上述反应的离子方程式：2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O．
②若处理废水产生了0.448L N₂（标准状况），则需消耗浓度为0.5mol•L^-1的次氯酸钠的体积为120mL．
（3）某工业废水中含有毒性较大的CN^-，可用电解法将其转变为N₂，装置如图3所示．气体甲是H₂（写化学式），电解池中生成N₂的电极反应式为2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①根据化合价降低为氧化剂被还原判断；根据傅里叶红外光谱图（如图2所示）确定化合物X含硝酸根；
②根据NO_x与NH₃的直接反应，实现无害转化，则生成氮气和水，据此书写方程式；
（2）①根据次氯酸钠氧化废水中NH₄⁺ 完全转化为N₂，而本身被还原为NaCl结合得失电子守恒配平方程式；
②根据反应的离子方程式进行计算；
（3）由装置如图3所示，左边为阳极为CN^-失电子生成氮气的反应，右边为阴极为氢离子得电子生成氢气的反应，据此分析；

解答 解：（1）①在图1所示的转化中N、O化合价降低为氧化剂被还原；由傅里叶红外光谱图（如图2所示）确定化合物X含硝酸根，再结合图一由钡离子参与，所以X为Ba（NO₃）₂；故答案为：N、O；Ba（NO₃）₂；
②因为NO_x与NH₃的直接反应，实现无害转化，则生成氮气和水，所以当NO与NO₂的物质的量之比为4：1时，发生反应的化学方程式为8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O，
故答案为：8NH₃+8NO+2NO₂=9N₂+12H₂O；
（2）①因为次氯酸钠氧化废水中NH₄⁺ 完全转化为N₂，而本身被还原为NaCl，根据得失电子守恒，离子方程式为2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O，
故答案为：2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O；
②由2NH₄⁺+3ClO^-=N₂↑+3Cl^-+2H⁺+3H₂O得，处理废水产生了0.448L即$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol N₂（标准状况），则需消耗浓度为0.5mol•L^-1的次氯酸钠的体积为$\frac{0.02×3}{0.5}$×1000ml=120ml，故答案为：120；
（3）由装置如图3所示，左边为阳极为CN^-失电子生成氮气的反应，又溶液成碱性，所以反应式为：2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；右边为阴极为氢离子得电子生成氢气的反应，所以甲为氢气，
故答案为：H₂；2CN^-+12OH^--10e^-=2CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

点评 本题重点考查了氧化还原反应以及电解池的原理，从深层次的理解氧化还原反应的本质是解决本题的关键，难度不大，注意化合价降低为氧化剂被还原，化合价升高为还原剂被氧化；