Question

6．（1）催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．
①催化硝化法中，用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强．则该反应离子方程式为
2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O．
②电化学降解NO₃^-的原理如图1所示，电源正极为a（填“a”或“b”）；阴极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．．
（2）钼酸钠晶体（Na₂MoO₄•2H₂O）是无公害型冷却水系统的金属缓蚀剂，由钼精矿（主要成分是MoS₂，含少量PbS等）制备钼酸钠晶体的部分流程如图2所示：

1Na₂MoO₄•2H₂O中钼元素的化合价为+6；
②焙烧时为了使钼精矿充分反应，可采取的措施是将矿石粉碎（或增加空气的进入量或采用逆流原理等）（答出一条即可）；
③焙烧过程中钼精矿发生的主要反应的化学方程式为MoS₂+O₂$\stackrel{△}{→}$MoO₃+SO₂（未配平），该反应中氧化产物是MoO₃、SO₂；7（填化学式）；当生成1molSO₂时，该反应转移的电子的物质的量为7mol；
④碱浸时，MoO₃与Na₂CO₃溶液反应的离子方程式为MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑；
⑤过滤后的碱浸液结晶前需加入Ba（OH）₂固体以除去SO₄^2-，当BaMoO₄开始沉淀时，
SO₄^2-的去除率为97.5%，已知碱浸液中c（MoO₄^2-）=0.40mol•L^-1，c（SO₄^2-）=0.040mol•L^-1，K_sp（BaSO₄）=1.0×10^-10、则K_sp（BaMoO₄）=4.0×10^-8[加入Ba（OH）₂固体引起的溶液体积变化可忽略]．

Answer 1

分析 （1）①用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强，说明该反应中生成氢氧根离子；
②根据图象知，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b为负极、a为正极，根据电池反应式知，阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水；
（2）灼烧钼精矿，MoS₂燃烧，反应方程式为2MoS₂+7O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MoO₃+4SO₂，碱性条件下，MoO₃和Na₂CO₃溶液反应，反应方程式为MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑，然后向溶液中加入沉淀剂除去重金属离子，溶液中的溶质为Na₂MoO₄，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，然后重结晶得到Na₂MoO₄.2H₂O，
①根据在化合物中正负化合价代数和为零，结合钼酸钠（Na₂MoO₄•2H₂O）的化学式进行解答本题；
②焙烧时为了使钼精矿充分反应可以把钼精矿粉碎增大接触面积、或增大空气进入量，反应物接触时间越长，反应越充分；
③焙烧过程中钼精矿发生的主要反应的化学方程式为：2MoS₂+7O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MoO₃+4SO₂，元素化合价升高的失去电子发生氧化反应得到氧化产物，依据化学方程式定量关系计算电子转移物质的量；
④碱性条件下，MoO₃和Na₂CO₃溶液反应生成二氧化碳和钼酸钠；
⑤根据钼酸钡和硫酸钡的溶度积计算表示出溶液中硫酸根离子的浓度，再依据计算出SO₄^2-的去除率计算得到溶度积．

解答 解：（1）①用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强，说明该反应中生成氢氧根离子，同时还生成水，所以反应方程式为2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O，
故答案为：2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O；
②根据图象知，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b为负极、a为正极，根据电池反应式知，阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水，电极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：a；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．
（2）①计算结晶水合物钼钼酸钠中元素的化合价只计算Na₂MoO₄中钼元素的化合价即可，钠元素显+1，氧元素显-2，设钼元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可知钼酸钠（Na₂MoO₄•2H₂O）中钼元素的化合价：（+1）×2+x+（-2）×4=0，则x=+6，
故答案为：+6； 
②反应物接触时间越长，反应越充分，焙烧的过程中采用“逆流焙烧”的措施、粉碎矿石或增加空气通入量等，增大钼精矿与空气接触，使其充分反应，提高原料的利用率，
故答案为：将矿石粉碎（或增加空气的进入量或采用逆流原理等）；
③焙烧过程中钼精矿发生的主要反应的化学方程式为：2MoS₂+7O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MoO₃+4SO₂，元素化合价升高的失去电子发生氧化反应得到氧化产物，反应中Mo元素化合价+2价变化为+6价，硫元素化合价-1价变化为+4价，该反应中氧化产物是MoO₃、SO₂，反应中生成4mol二氧化硫电子转移28mol，则生成1mol二氧化硫电子转移为7mol，
故答案为：MoO₃、SO₂；7；
④碱性条件下，MoO₃和Na₂CO₃溶液反应生成二氧化碳和钼酸钠，离子方程式为MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑，
故答案为：MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑；
⑤当BaMoO₄开始沉淀时溶液中钡离子浓度c（Ba²⁺）=$\frac{Ksp（BaMnO{\;}_{4}）}{c（MnO{\;}_{4}{\;}^{-}）}$=$\frac{Ksp（BaMoO{\;}_{4}）}{0.4mol/L}$，
溶液中硫酸根离子浓度c（SO₄^2-）=$\frac{Ksp（BaSO{\;}_{4}）}{c（Ba{\;}^{2+}）}$，
SO₄^2-的去除率为97.5%，1-$\frac{Ksp（BaSO{\;}_{4}）}{c（Ba{\;}^{2+}）}$=1-$\frac{1.0×10{\;}^{-10}}{\frac{Ksp（BaMoO{\;}_{4}）}{0.4mol/L}}$=97.5%，所以Ksp（BaMoO₄）=4.0×10^-8，
故答案为：4.0×10^-8．

点评 本题考查了物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用，主要是电解原理、分离提纯的方法、物质性质的分析应用，溶度积常数的计算等知识，掌握基础是解题关键，题目难度中等．