Question

化學在環境保護中起著十分重要的作用，催化反硝化法和電化學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，反應進行10min，溶液的pH由7變為12。
①N₂的結構式為                    。
②上述反應的離子方程式為                                             ，其平均反應速率υ(NO₃^－)為                  mol·L^－1min^-1。
③還原過程中可生成中間產物NO₂^－，寫出3種促進NO₂^－水解的方法                       。
（2）電化學降解NO₃^－的原理如圖所示。

①電源正極為          （填A或B），陰極反應式為                。
②若電解過程中轉移了2mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差(Δm_左－Δm_右)為        g。

Answer 1

（14分）
（1）①N≡N
②2NO₃?+5H₂N₂+2OH?+4H₂O ,0.001
③加酸，升高溫度，加水
（2）①A ，2NO₃?+6H₂O+10e?=N₂↑+12OH?
②14.4

解析（1）①N₂分子含氮氮三鍵，繼而可寫出結構式。
②根據題目所給條件，可知反應物為NO₃?和H₂，產物為N₂和2OH?，根據原子守恒可推出還生成水，配平可得出離子方程式；溶液的pH由7變為12，可知生成的C(OH?)=0.01mol?L?¹，則V(NO₃?)= 0.01mol?L?¹÷10min="0.001" mol?L?¹?min^-1。
③因為水解反應都是吸熱反應，NO₂-水解生成OH?，根據平衡移動原理，可知加酸，升高溫度，加水，可促進NO₂^-的水解。
（2）①NO₂^-在陰極得電子生成N₂，所以B極為電源的負極，則A極為電源的正極，根據原子守恒和電荷守恒，反應物還有H₂O，生成物還有OH?。配平地離子方程式。
②除了電極反應會造成電解液的質量變化，質子通過質子交換膜導電也會產生電解液的質量變化，轉移2mol電子，會有2molH⁺從左側移動到右側，使左側電解液質量減少2g，右側電解液質量增加2g
左側電極反應為H₂O電離的OH?放電：4OH?-4e?=2H₂O+O₂↑
4mol    32g
2mol     16g
所以轉移2mol電子，左側電解液共減少：16g+2g=18g
右側電極反應為：2NO₃? + 6H₂O + 10e? = N₂↑+12OH?
10mol  28g
2mol   5.6g
H⁺移向右側，所以轉移2mol電子，右側電解液共減少：5.6g-2g=3.6g
因此兩側電解液的質量變化為：18g-3.6g=14.4g。
【考點定位】本題考查結構式和方程式的書寫、反應速率的計算、水解平衡的移動、電極的判斷和化學計算。