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l0 min，溶液的pH由7变为l 2。

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v(NO3-)为 mol·L-1·min-1。

③还原过程中可生成中间产物NO2-，写出2种促进NO2-水解的方法 。

（2）电化学降解NO3-的原理如下图所示。

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2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(△m左-△m右)为 g。

 

Answer 1

（1）①N≡N 2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O 0.001mol/(L·min)

③加酸，升高温度，加水

（2）A， 2NO3-+6H2O+10e-＝N2+12OH- ②14.4

【解析】

试题分析：（1） ②废水不应显酸性（HNO3易挥发），而是中性或碱性，所以O2－在水中以H2O或OH－形式存在，有题意也可看出生成OH－（溶液pH由7变为12），依据氧化还原反应规律可配平：

pH=12c(H＋)=1×10－12mol·L－1

c(OH－)= 1×10－2mol·L－1

υ(NO3－)=υ(OH－)= 1×10－10mol·L－1 /10min= 0.001mol·L－1·min-1

③由方程式知NO2－+H2OHNO2+OH－ △H＞0 ，加热，加酸均可均可使平衡正向移动，促进NO2－转化。

（2）①2O3－+10e－→+6O2，所以B极为电源负极，A极为电源正极。

O2－+H2O=2OH－，可以写出阴极反应式：2NO3－+6H2O+10e－ = N2↑+12OH－

② 左（+）阳极：4H2O(OH－)－4e－=4H++O2↑+2H2O

右（- ）阴极：2NO3－+6H2O+10e－ = N2↑+12OH－

10 e－O2（左）- 1N2（右）-10H+

10mol mol 1mol 10mol

2mol 0.5mol 0.2mol 2mol

由于阴阳极之间被质子交换膜隔开，左侧电解产生的H+会穿过质子交换膜进入右侧，所以：

△m左=m(O2)+m(H+)=0.5mol×32g·mol－1+2mol×1g·mol－1=18g

△m右= m(N2)-m(H+)=0.2mol×28g·mol－1-2mol×1g·mol－1=3.6g

△m左－△m右=18g-3.6g = 14.4g

考点：电解原理及相关计算。