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10min，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

 

．
③还原过程中可生成中间产物NO₂^-，已知HNO₂为弱酸，写出3种促进NO₂^-水解的方法

 

．
④在NaNO₂ 溶液中，质子守恒表达式为

 

．
（2）电化学降解NO₃^-的原理如右图所示．电源正极为

 

（填“A”或“B”），
阴极反应式为：

 

．

Answer 1

考点：电解原理,氧化还原反应,硝酸的化学性质

专题：电化学专题,元素及其化合物

分析：（1）①氮气分子中氮原子间存在3个共用电子对；
②在催化剂条件下，氢气和硝酸根离子发生氧化还原反应生成氮气、水和氢氧根离子；先根据溶液pH的变化计算氢氧根离子反应速率，再根据氢氧根离子和硝酸根离子之间的关系式计算硝酸根离子反应速率；
③亚硝酸根离子水解是吸热反应，根据外界条件对其水解反应影响来分析；
④在NaNO₂ 溶液中，
（2）①由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有氢离子参与反应且有水生成．

解答： 解：（1）①N₂分子中氮原子间通过氮氮三键结合，因此其结构式为N≡N，
故答案为：N≡N；
②利用溶液pH变化可知有OH^-生成，再结合原子守恒可写出反应的离子方程式为：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，
根据离子方程式知v（NO₃^-）=v（OH^-）=

10-2-10-7

10

mol/（L?min）=0.001 mol/（L?min），
故答案为：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，0.001；
③亚硝酸盐水解是吸热反应，且水解时生成氢氧根离子，稀释亚硝酸盐溶液能促进其水解，所以要使NO₂^-水解使溶液中c（OH^-）变大，可促进NO₂^-水解的措施有加热、加水或加酸等，
故答案为：加水、升高温度、加酸；
④在NaNO₂溶液中，NO₂^-结合H⁺生成HNO₂，故质子守恒表达式为：c（H⁺）+c（HNO₂）=c（OH^-），
故答案为：c（H⁺）+c（HNO₂）=c（OH^-）；
（2）由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知有H₂O参与反应且有水生成，
所以阴极上发生的电极反应式为：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

点评：本题考查结构式和离子方程式的书写、电解原理等知识点，难度较大．注意该题中阴极室有氢离子进入，为易错点．