Question

20．铵盐是一种重要的水体污染物．某课题组利用电解法，在含Cl^-的水样中，探究将NH₄⁺转化为N₂而脱氮的影响因素和反应机理．
（1）电解法脱氮的原理可能如下：
①直接电氧化
在碱性条件下，发生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反应的电极为阳极（填“阴”、“阳”）极；
②•OH（羟自由基）电氧化
在电流作用下，利用产生的强氧化性中间产物•OH脱氮；•OH中O元素的化合价-1；
③间接电氧化
利用电解产生的Cl₂，与H₂O作用生成HClO进行脱氮．请写出HClO在酸性条件下氧化NH₄⁺的离子方程式3HClO+2NH₄⁺=N₂↑+3Cl^-+5H⁺+3H₂O．
（2）探究适宜的实验条件
如图为不同电流强度下脱氮的效果，综合考虑能耗因素，电流强度应选择10A．
（3）该课题组进一步探究脱氮过程中的强氧化性的活性中间产物，提出了如下假设，请你完成假设三：
假设一：只有•OH；
假设二：只有HClO；
假设三：既有•OH又有HClO．
（4）请你设计实验探究脱氮过程中是否有•OH产生，完成下表内容．

实验方案	预期实验结果和结论
配制一定pH、NH4+和Cl-浓度的溶液，用最佳电流强度，电解样品90min后，采用电子自旋共振法检测样品中•OH

（5）研究得知，脱氮过程主要以原理③为主，弱酸性溶液中比强酸溶液中更利于使NH₄⁺转化为N₂而脱氮，请从化学平衡移动的角度解释其原因酸性较强时，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的化学平衡逆向移动，生成的HClO减少，不利脱氮．

Answer 1

分析 （1）①根据原电池工作原理分析，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应；
②根据氢元素的化合价为+1判断氧元素的化合价；
③在碱性条件下，发生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反应的电极为阳极，电解池的阳极发生氧化反应．在电流作用下，利用产生的强氧化性中间产物•OH脱氮；•OH中O元素的化合价为-1．HClO在酸性条件下氧化NH₄⁺的离子方程式为3HClO+2NH₄⁺=N₂↑+3Cl^-+5H⁺+3H₂O；
（2）综合考虑能耗因素，电流强度应选择10A时，脱氮的效果最好．
（3）根据假设一和假设二判断假设三；
（4）检测到•OH，则假设成立，否则假设不成立；
（5）根据氢离子对可逆反应Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的影响分析．

解答 解：（1）①在碱性条件下，发生2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O反应的电极为阳极，电解池的阳极发生氧化反应，
故答案为：阳极；
②在电流作用下，利用产生的强氧化性中间产物•OH脱氮，•OH中H元素为+1，则O元素的化合价为-1，
故答案为：-1；
③HClO在酸性条件下将铵根离子氧化成氮气，据此写出反应的离子方程式；
（2）根据图示曲线变化，并结合能耗因素分析最佳电流；
（3）根据假设一和假设二可知假设三为：既有•OH又有HClO，
故答案为：既有•OH又有HClO；

预期实验结果和结论

若检测到一定浓度的•OH，则假设成立，反之，假设不成立．

（4）配制一定pH、NH₄⁺和Cl^-浓度的溶液，用最佳电流强度，电解样品90min后，采用电子自旋共振法检测样品中•OH，若检测到一定浓度的•OH，则假设成立，反之，则假设不成立，
故答案为：

实验方案	预期实验结果和结论
	若检测到一定浓度的•OH，则假设成立，反之，假设不成立

；
（5）酸性较强时，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的化学平衡逆向移动，生成的HClO减少，不利脱氮，故弱酸性溶液中比强酸溶液中更利于使NH₄⁺转化为N₂而脱氮，
故答案为：酸性较强时，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO的化学平衡逆向移动，生成的HClO减少，不利脱氮．

点评 本题考查了探究反应原理，题目难度中等，试题涉及电解原理及其应用、影响化学平衡的因素、离子方程式书写等等知识，试题知识点较多、充分考查学生的分析、理解能力及归纳总结能力．