Question

电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NO_x的装置如图所示（图中电极均为石墨电极）。

⑴若用NO₂气体进行模拟电解法吸收实验。

①写出电解时NO₂发生反应的电极反应式：      。

②若有标准状况下2.24 LNO₂被吸收，通过阳离子交换膜（只允许阳离子通过）的H⁺为      mol。

⑵某小组在右室装有10 L 0.2 mol·L^-1硝酸，用含NO和NO₂（不考虑NO₂转化为N₂O₄）的废气进行模拟电解法吸收实验。

①实验前，配制10 L 0.2 mol·L^-1硝酸溶液，需量取     mL的密度为1.4 g·mL^-1、质量分数为63%的浓硝酸。

②电解过程中，有部分NO转化为HNO₂。实验结束时，测得右室溶液中含3 molHNO₃、0.1 molHNO₂，同时左室收集到标准状况下28 L H₂。计算原气体中NO和NO₂的体积比（假设尾气中不含氮氧化物，写出计算过程，没有过程不得分）。                               

Answer

⑴①NO2－e-＋H2O＝NO3－＋2H+ ②0.1 ⑵①142.9

②根据原子守恒：n(NO)+ n(NO2)=3 mol- 0.2 mol·L-1×10 L+0.1 mol =1.1 mol

根据电子守恒：0.1 mol×1+ [ n(NO)- 0.1 mol]×3+ n(NO2)×1=×2

解得：n(NO)= 0.8 mol，n(NO2)= 0.3 mol

V(NO):V(NO2)= n(NO): n(NO2)= 0.8 mol: 0.3 mol=8:3

【解析】

试题分析：（1）①分析通过装置知该电解装置左室为电解池的阴极，电极反应式为2H2O + 2e-== H2↑ + 2OH-，右室为电解池的阳极，NO2气体发生氧化反应生成硝酸，电极反应式为NO2－e-＋H2O＝NO3－＋2H+。

②根据阴、阳两极的电极反应式知若有标准状况下2.24 LNO2被吸收，转移电子0.1mol，阴极区生成的氢氧根为0.1mol，为维持电荷守恒通过阳离子交换膜的H+为0.1mol。

（2）①根据公式c=计算密度为1.4 g·mL-1、质量分数为63%的浓硝酸的物质的量浓度为1000×1.4 g·mL-1×63%/63 g·mol-1=14 mol·L-1。根据稀释定律c1V1=c2V2计算所需浓硝酸的体积为10 L ×0.2 mol·L-1/14 mol·L-1=0.1429L=142.9mL；

②根据题意知电解池的阴极电极反应式为2H2O + 2e- ＝H2↑+2OH-，电解池的阳极电极反应式为NO2－e-＋H2O＝NO3－＋2H+、NO－e-＋H2O＝HNO2＋H+ 、NO－3e-＋2H2O＝NO3－＋4H+。则

根据原子守恒：n(NO)+ n(NO2)=3 mol- 0.2 mol·L-1×10 L+0.1 mol =1.1 mol

根据电子守恒：0.1 mol×1+ [ n(NO)- 0.1 mol]×3+ n(NO2)×1=×2

解得：n(NO)= 0.8 mol，n(NO2)= 0.3 mol

V(NO):V(NO2)= n(NO): n(NO2)= 0.8 mol: 0.3 mol=8:3

【考点定位】本题主要是考查电解原理的应用，化学计算等

【名师点晴】该题的难点是化学计算，解答时注意利用好各种守恒法。许多有关化学反应的计算，如果能够巧妙地运用守恒规律可以达到快速解题的目的，常见的守恒关系有：①反应前后元素种类和某种原子总数不变的原子守恒；②电解质溶液中的电荷守恒；③氧化还原反应中得失电子数守恒、原电池或电解池中两极通过的电子总数相等；④从守恒思想出发还可延伸出多步反应中的关系式，运用关系式法等计算技巧巧妙解题。