Question

20．硝酸是一種重要的化工原料，工業(yè)上一般以氨氣為原料來(lái)制備硝酸．請(qǐng)回答：
（1）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣，目前科學(xué)家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮?dú)夂退�，反�?yīng)機(jī)理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（2）氨氣若在純氧中燃燒，則發(fā)生反應(yīng)為4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，科學(xué)家利用此原理，設(shè)計(jì)成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”）；堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
（3）化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用，電化學(xué)降解法可用于治理酸性廢水中的硝酸鹽，使其變?yōu)闊o(wú)污染的物質(zhì)．
①電源正極為A（填A(yù)或B），陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂+6H₂O
②若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m_左-△m_右）為14.4克．

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1②
將方程式$\frac{①+②}{2}$得甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式；
（2）燃料電池中，通入燃料的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，堿性條件下，氨氣失電子生成氮?dú)夂退��?br />（3）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應(yīng)且有水生成；
②右側(cè)電極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)�，電極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，左側(cè)電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，質(zhì)子通過(guò)交換膜由左側(cè)進(jìn)入右側(cè)，左側(cè)溶液減少的質(zhì)量是水的質(zhì)量，右側(cè)減少的質(zhì)量氮?dú)赓|(zhì)量與進(jìn)入氫離子質(zhì)量之差．

解答 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1②
將方程式$\frac{①+②}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=$\frac{-（574+1160）}{2}$kJ/mol=-867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（2）燃料電池中，通入燃料的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，則通入氨氣的一極為負(fù)極，堿性條件下，氨氣失電子生成氮?dú)夂退�，其電極反應(yīng)式為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
故答案為：負(fù)極；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（3）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應(yīng)且有水生成，所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O；
②右側(cè)電極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)�，電極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O，左側(cè)電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，質(zhì)子通過(guò)交換膜由左側(cè)進(jìn)入右側(cè)，左側(cè)溶液減少的質(zhì)量是水的質(zhì)量，右側(cè)減少的質(zhì)量氮?dú)赓|(zhì)量與進(jìn)入氫離子質(zhì)量之差，若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，左側(cè)減少質(zhì)量=$\frac{2mol}{4}$×2×18g/mol=18g，左側(cè)有4mol氫離子進(jìn)入右側(cè)，右側(cè)減少質(zhì)量=$\frac{2mol}{10}$×1×28g/mol-$\frac{2mol}{4}$×4×1g/mol=3.6g，所以膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差（△m_左-△m_右）=18g-3.6g=14.4g，
故答案為：14.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、原電池原理和電解原理，題目難度中等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，（3）中注意把握右側(cè)減少質(zhì)量實(shí)質(zhì)，左側(cè)生成的氫離子進(jìn)入右側(cè)溶液，所以導(dǎo)致右側(cè)溶液減少質(zhì)量不是氮?dú)赓|(zhì)量，為易錯(cuò)點(diǎn)．