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-△m)為14.4克.

分析 (1)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
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-1
CH4(g)+4NO(g)?2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
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-△m)=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).

練習(xí)冊(cè)系列答案
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C.要確定混合物中是否含有Al,可取A加入適量稀鹽酸
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:多選題

11.有關(guān)如圖所示原電池的說(shuō)法正確的是( 。
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8.如圖表示1g O2與1g X氣體在恒壓條件下的密閉容器中體積(V)與溫度(T)的關(guān)系,則X氣體可能是( 。
A.C2H4 (氣)B.SO2C.CH4D.NO

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

15.某化學(xué)興趣小組以木炭和濃硝酸為起始原料,探究一氧化氮與過氧化鈉反應(yīng)制備亞硝酸鈉.設(shè)計(jì)裝置如下(忽略裝置中空氣的影響),請(qǐng)回答下列問題:

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②在酸性溶液中,NO2-可將MnO4-還原為Mn2+且無(wú)氣體生成.
③NO不與堿反應(yīng),可被酸性KMnO4溶液氧化為硝酸.
(1)組裝好儀器后,必須進(jìn)行的一項(xiàng)操作是檢查裝置的氣密性.
(2)推測(cè)B中可以觀察到的主要現(xiàn)象是銅片逐漸溶解,溶液逐漸變藍(lán),產(chǎn)生無(wú)色氣泡;C裝置的作用是除去NO中混有的CO2
(3)裝置D中除生成NaNO2外,還有另一種固態(tài)物質(zhì)Y,Y的化學(xué)式是NaOH.可以通過適當(dāng)改進(jìn),不產(chǎn)生Y物質(zhì),請(qǐng)你提出改進(jìn)方法:用裝有堿石灰的干燥管代替C裝置.
(4)在酸性溶液中,NO可將MnO還原為Mn2+.寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式5NO2-+2MnO4-+6H+=5NO3-+2Mn2++3H2O.
(5)E裝置中試劑X可以是B.
A.稀硫酸  B.酸性高錳酸鉀溶液  C.稀硝酸  D.水.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

5.實(shí)驗(yàn)是化學(xué)研究的一種重要手段,現(xiàn)有下圖所示A~G七種儀器,請(qǐng)根據(jù)要求填空.

(1)寫出儀器名稱:E冷凝管,F(xiàn)分液漏斗.
(2)下列實(shí)驗(yàn)操作中用到儀器D的是C(選填下列選項(xiàng)的編號(hào)字母 ).
A.分離水和CC14的混合物      B.分離水和酒精的混合物      C.分離水和泥砂的混合物.

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12.白磷劇毒,白磷中毒可用硫酸銅溶液解毒,白磷和硫酸銅發(fā)生如下反應(yīng);
(1)2P+5CuSO4+8H2O═5Cu+2H3PO4+5H2SO4
(2)11P+15CuSO4+24H2O═5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4
下列說(shuō)法中正確的是( 。
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B.在反應(yīng)(2)中,當(dāng)生成3mol硫酸時(shí),被還原的P為1mol
C.在上述兩個(gè)反應(yīng)中,P均作還原劑
D.在上述兩個(gè)反應(yīng)中,還原產(chǎn)物都是H3PO4

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

9.下列表示物質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語(yǔ)或模型正確的是( 。
A.NaH中氫離子結(jié)構(gòu)示意圖:B.CH4分子的球棍模型:
C.醛基的電子式:D.對(duì)-硝基甲苯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

10.常溫下,在指定環(huán)境中,下列各組離子一定可以大量共存的是( 。
A.使甲基橙呈紅色的溶液中:Fe2+、Na+、ClO-、SO42-
B.在PH=3的溶液中:Mg2+、Al3+、NO3-、Cl-
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D.加入鋁粉后產(chǎn)生大量氫氣的溶液中:NH4+、K+、NO3-、MnO4-

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