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l0 min，溶液的pH由7變為l 2。
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v(NO₃^-)為       mol·L^-1·min^-1。
③還原過程中可生成中間產物NO₂^-，寫出2種促進NO₂^-水解的方法                                                            。
（2）電化學降解NO₃^-的原理如下圖所示。

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2 mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差(△m_左-△m_右)為    g。

Answer 1

（1）①N≡N         2NO₃^-+5H₂N₂+2OH^-+4H₂O    0.001mol/(L·min)
③加酸，升高溫度，加水  
（2）A， 2NO₃^-+6H₂O+10e^-＝N₂+12OH^- ②14.4

試題分析：（1） ②廢水不應顯酸性（HNO₃易揮發），而是中性或堿性，所以O₂^－在水中以H₂O或OH^－形式存在，有題意也可看出生成OH^－（溶液pH由7變為12），依據氧化還原反應規律可配平：

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 ，加熱，加酸均可均可使平衡正向移動，促進NO₂^－轉化。
（2）①2O₃^－+10e^－→+6O₂，所以B極為電源負極，A極為電源正極。
O₂^－+H₂O=2OH^－，可以寫出陰極反應式：2NO₃^－+6H₂O+10e^－= N₂↑+12OH^－
② 左（+）陽極：4H₂O(OH^－)－4e^－=4H⁺+O₂↑+2H₂O
右（- ）陰極：2NO₃^－+6H₂O+10e^－= N₂↑+12OH^－
10 e－O₂（左）- 1N₂（右）-10H+
10mol mol     1mol     10mol
2mol  0.5mol    0.2mol      2mol
由于陰陽極之間被質子交換膜隔開，左側電解產生的H⁺會穿過質子交換膜進入右側，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