问题 填空题

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10 min,溶液的pH由7变为12。

①N2的结构式为________。

②上述反应离子方程式为____________________,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3种促进NO2-水解的方法________。

(2)电化学降解NO3-的原理如图所示。

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(Δm-Δm)为________g。

答案

(1)①N≡N ②2NO3-+5H2N2+2OH+4H2O 0.001 ③加酸,升高温度,加水

(2)①A 2NO3-+6H2O+10e=N2↑+12OH

②14.4

点拨:知识:氧化还原反应方程式、电极反应方程式的书写;电极名称的判断、根据电极反应式计算等。能力:全面考查学生运用所学的氧化还原反应原理、电化学原理分析问题和解决问题的能力,对化学计算的能力也进行了考查。试题难度:较难。

根据溶液的氧化还原反应规律及题意书写离子方程式,根据电极上发生的反应类型判断电极名称,根据电极反应式及质子的移动方向分析溶液的质量变化。

(1)①N2电子式为:N⋮⋮N:,结构式为N≡N。②反应中碱性增强,故应有OH生成,根据得失电子守恒有:5H2+2NO3-——N2+OH,据电荷守恒有:5H2+2NO3-——N2+2OH,最后由元素守恒得5H2+2NO3-N2+2OH+4H2O。③水解的离子方程式为NO2-+H2OHNO2+OH,据“越热越水解、越稀越水解”,可知加热或加水稀释能促进水解;另外,降低生成物浓度,也可促进水解。

(2)①NO3-生成N2发生了还原反应,应在电解池的阴极发生,故A为原电池的正极;阴极发生还原反应,故电极反应式为2NO3-+6H2O+10e=N2↑+12OH。由电极反应式可知,通过2 mol电子,溶液减少的质量为5.6 g(N2),同时有2 mol H通过质子交换膜进入右侧,故右侧溶液减少3.6 g。

②正极发生的反应为4OH-4e=O2↑+2H2O,每通过2 mol电子,生成16 g O2,同时有2 mol H通过质子交换膜进入右侧,使左侧溶液质量减少18 g,故两侧溶液减少的质量差为14.4 g。

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