Question

7．化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用，催化反硝化法和電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染．
（1）催化反硝化法中，H₂能將NO₃^-還原為N₂．25℃時，反應(yīng)進(jìn)行10min，溶液的pH由中性變?yōu)镃_（OH-）為0.01mol•L^-1．
①N₂的結(jié)構(gòu)式為N≡N．
②上述反應(yīng)的離子方程式為2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，其平均反應(yīng)速率υ（NO₃^-）為0.001mol•L^-1min^-1．
（2）電化學(xué)降解NO₃^-的原理如圖所示．
①電源正極為A（填A(yù)或B），陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．
②若電解過程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m_左-△m_右）為14.4g．

Answer 1

分析 （1）①氮?dú)夥肿又械�原子間形成3個共用電子對；
②在催化劑條件下，氫氣和硝酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮?dú)�、水和氫氧根離子；先根據(jù)溶液pH的變化計算氫氧根離子反應(yīng)速率，再根據(jù)氫氧根離子和硝酸根離子之間的關(guān)系式計算硝酸根離子反應(yīng)速率；
（2）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應(yīng)且有水生成；
②轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極（陽極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進(jìn)入陰極室，陽極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時有2molH⁺（2g）進(jìn)入陰極室．

解答 解：（1）①N₂分子中氮原子間通過氮氮三鍵結(jié)合，因此其結(jié)構(gòu)式為N≡N，故答案為：N≡N；
②利用溶液pH變化可知有OH^-生成，再結(jié)合原子守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式為2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，利用離子方程式知v（NO₃^-）=v（OH^-）=$\frac{10{\;}^{-2}-10{\;}^{-7}}{10}$mol/（L•min）=0.001 mol/（L•min），
故答案為：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O；0.001；
（2）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H⁺參與反應(yīng)且有水生成，所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O；
②轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極（陽極反應(yīng)為H₂O失電子氧化為O₂和H⁺）消耗1mol水，產(chǎn)生2molH⁺進(jìn)入陰極室，陽極室質(zhì)量減少18g；陰極室中放出0.2molN₂（5.6g），同時有2molH⁺（2g）進(jìn)入陰極室，因此陰極室質(zhì)量減少3.6g，故膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m左-△m右）=18g-3.6g=14.4g，
故答案為：14.4．

點(diǎn)評 本題考查結(jié)構(gòu)式和離子方程式的書寫、電解原理、反應(yīng)速率計算、平衡移動等知識點(diǎn)，（2）中②要注意該題中陰極室有氫離子進(jìn)入，易漏掉，為易錯點(diǎn)．