Question

9．電解法處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，具有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益．實(shí)驗(yàn)室模擬電解法吸收NO_x的裝置如右圖所示（圖中電極均為石墨電極）．
（1）若用NO₂氣體進(jìn)行模擬電解法吸收實(shí)驗(yàn)．
①寫出電解時(shí)NO₂發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺．
②若有標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LNO₂被吸收，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜（只允許陽(yáng)離子通過(guò)）的H⁺為0.1mol．
（2）某小組在右室裝有10L 0.2mol•L^-1硝酸，用含NO和NO₂（不考慮NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄）的廢氣進(jìn)行模擬電解法吸收實(shí)驗(yàn)．
①實(shí)驗(yàn)前，配制10L 0.2mol•L^-1硝酸溶液，需量取142.9mL的密度為1.4g•mL^-1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%的濃硝酸．
②電解過(guò)程中，有部分NO轉(zhuǎn)化為HNO₂，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測(cè)得右室溶液中含3molHNO₃、0.1molHNO₂，同時(shí)左室收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下28L H₂．計(jì)算原氣體中NO和NO₂的體積比（假設(shè)尾氣中不含氮氧化物，寫出計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)圖知，電解時(shí)，左室中電極上氫離子放電生成氫氣，則左室為陰極室，右室為陽(yáng)極室，陽(yáng)極上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，所以陽(yáng)極上氮氧化物失電子和水生成硝酸；
②n（NO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，陽(yáng)極反應(yīng)式為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，有0.2mol氫離子生成，因?yàn)橛?.1mol硝酸生成，則有0.1mol氫離子引入陰極室；
（2）①濃硝酸的物質(zhì)的量濃度=$\frac{1000ρω}{M}$=$\frac{1000×1.4×63%}{63}$mol/L=14mol/L，根據(jù)溶液稀釋前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變計(jì)算；
②n（H₂）=$\frac{28L}{22.4L/mol}$=1.25mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=1.25mol×2=2.5mol，
電解前溶液中n（HNO₃）=0.2mol/L×10L=2mol，電解后溶液中含3mol HNO₃、0.1molHNO₂，說(shuō)明電解過(guò)程中有1mol HNO₃、0.1molHNO₂生成，
根據(jù)N原子守恒得n（NO）+n（NO₂）=3 mol-0.2 mol•L^-1×10 L+0.1 mol=1.1 mol，
生成0.1mol亞硝酸轉(zhuǎn)移電子0.1mol且需要0.1mol電子，則生成硝酸轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=2.5mol-0.1mol=2.4mol，
設(shè)參加反應(yīng)生成硝酸的NO物質(zhì)的量為xmol、二氧化氮的物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)N原子守恒及轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算．

解答 解：（1）①根據(jù)圖知，電解時(shí)，左室中電極上氫離子放電生成氫氣，則左室為陰極室，右室為陽(yáng)極室，陽(yáng)極上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，所以陽(yáng)極上氮氧化物失電子和水生成硝酸，電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，
故答案為：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺；
②n（NO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=1.25mol，0.1mol，陽(yáng)極反應(yīng)式為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，有0.2mol氫離子生成，因?yàn)橛?.1mol硝酸生成，則有0.1mol氫離子引入陰極室，故答案為：0.1；
（2）①濃硝酸的物質(zhì)的量濃度=$\frac{1000ρω}{M}$=$\frac{1000×1.4×63%}{63}$mol/L=14mol/L，根據(jù)溶液稀釋前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變計(jì)算，所以濃硝酸體積=$\frac{0.2mol/L×10L}{14mol/L}$=142.9mL，故答案為：142.9；
②n（H₂）=$\frac{28L}{22.4L/mol}$=1.25mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=1.25mol×2=2.5mol，
電解前溶液中n（HNO₃）=0.2mol/L×10L=2mol，電解后溶液中含3mol HNO₃、0.1molHNO₂，說(shuō)明電解過(guò)程中有1mol HNO₃、0.1molHNO₂生成，
根據(jù)N原子守恒得n（NO）+n（NO₂）=3 mol-0.2 mol•L^-1×10 L+0.1 mol=1.1 mol，
生成0.1mol亞硝酸轉(zhuǎn)移電子0.1mol且需要0.1mol電子，則生成硝酸轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=2.5mol-0.1mol=2.4mol，
設(shè)參加反應(yīng)生成硝酸的NO物質(zhì)的量為xmol、二氧化氮的物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)N原子守恒及轉(zhuǎn)移電子守恒得
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1.1-0.1}\\{3x+y=2.4}\end{array}\right.$
解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.7}\\{y=0.3}\end{array}\right.$，
n（NO）：n（NO₂）=（0.7+0.1）mol：0.3mol=8：3，相同條件下氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，所以NO和二氧化氮的體積之比為8：3，
故答案為，8：3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)及反應(yīng)中存在的守恒是解本題關(guān)鍵，注意（2）②中電解后的硝酸還包含原來(lái)的硝酸，為易錯(cuò)點(diǎn)．