Question

1．化學在環(huán)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）機動車尾氣和煤燃燒產生的煙氣含氮的氧化物，用CH₄催化還原NO_X可以消除氮氧化物的污染．已知：
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-56.9kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出CH₄催化還原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的熱化學方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol．
（2）催化反硝化法中，H₂能將NO${\;}_{3}^{-}$還原為N₂，溶液的pH由7變?yōu)?2．
①N₂的結構式為N≡N．
②上述反應離子方程式為2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O．
（3）電化學降解NO${\;}_{3}^{-}$的原理如下圖1所示，則電源正極為A（填“A”或“B”）．

（4）通過NO_x傳感器可監(jiān)測NO_x的含量，其工作原理示意圖如圖2
①Pt電極上發(fā)生的是還原反應（填“氧化”或“還原”）．
②寫出NiO電極的電極反應式：NO+O^2--2e^-=NO₂．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式；
（2）①氮氣分子中氮原子間存在3個共用電子對；
②在催化劑條件下，氫氣和硝酸根離子發(fā)生氧化還原反應生成氮氣、水和氫氧根離子；
（3）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，據此判斷電源的正負極；
（4）①原電池中正極得電子的物質發(fā)生還原反應；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮．

解答 解：（1）已知：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-867kJ/mol①
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H₂=-56.9kJ/mol②
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol③
根據蓋斯定律，①-②+④×2可得CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），故△H=-867kJ/mol-（-56.9kJ/mol）+2（-44.0）kJ/mol=-898.1kJ/mol 即CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+N₂O₄（g）═N₂（g）+2H₂O（g）+CO₂（g）△H=-898.1kJ/mol；
（2）①N₂分子中氮原子間通過氮氮三鍵結合，因此其結構式為N≡N，
故答案為：N≡N；
②利用溶液pH變化可知有OH^-生成，再結合原子守恒可寫出反應的離子方程式為：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，故答案為：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O；
（3）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；故答案為：A；
（4）裝置無外接電源，故為原電池，鉑電極上氧氣得電子生成氧離子而被還原，發(fā)生還原反應，故答案為：還原；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮，所以電極反應式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂．

點評 本題考查蓋斯定律的應用、結構式和離子方程式的書寫、原電池的工作原理以及電極反應式的書寫等知識點，難度較大．