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的装置如右图所示(图中电极均为石墨电极)。

（1）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。

（2）某小组在右室装有10 L 0.2 mol/L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 0.2mol/L硝酸溶液，需量取       mL的密度为1.4 g/mL、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)。

Answer

（1）①NO2－e-＋H2O = NO＋2H+ ②0.1；（2）①142.9；

②根据原子守恒： n(NO)+ n(NO2)=3 mol- 0.2 mol/L×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 = NO＋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。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 = NO＋2H+、NO－e-＋H2O = HNO2＋H+ 、NO－3e-＋2H2O = NO＋4H+。根据原子守恒和电荷守恒作答。根据原子守恒：n(NO)+ n(NO2)=3 mol- 0.2 mol/L×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：考查了电解原理的应用，化学计算的相关知识。