Question

1．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）机动车尾气和煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染．已知：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol．
（2）催化反硝化法中，H₂能将NO${\;}_{3}^{-}$还原为N₂，溶液的pH由7变为12．
①N₂的结构式为N≡N．
②上述反应离子方程式为2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O．
（3）电化学降解NO${\;}_{3}^{-}$的原理如下图1所示，则电源正极为A（填“A”或“B”）．

（4）通过NO_x传感器可监测NO_x的含量，其工作原理示意图如图2
①Pt电极上发生的是还原反应（填“氧化”或“还原”）．
②写出NiO电极的电极反应式：NO+O^2--2e^-=NO₂．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式；
（2）①氮气分子中氮原子间存在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；
（3）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，据此判断电源的正负极；
（4）①原电池中正极得电子的物质发生还原反应；
②NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮．

解答 解：（1）已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol③
根据盖斯定律，①-②+④×2可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
（2）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，故答案为：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O；
（3）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；故答案为：A；
（4）装置无外接电源，故为原电池，铂电极上氧气得电子生成氧离子而被还原，发生还原反应，故答案为：还原；
②NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，所以电极反应式为：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案为：NO+O^2--2e^-=NO₂．

点评 本题考查盖斯定律的应用、结构式和离子方程式的书写、原电池的工作原理以及电极反应式的书写等知识点，难度较大．