题目

题型：不详难度：来源：

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。

答案

（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