Question

6．（1）催化硝化法和電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染．
①催化硝化法中，用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶液的堿性明顯增強．則該反應離子方程式為
2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O．
②電化學降解NO₃^-的原理如圖1所示，電源正極為a（填“a”或“b”）；陰極反應式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．．
（2）鉬酸鈉晶體（Na₂MoO₄•2H₂O）是無公害型冷卻水系統(tǒng)的金屬緩蝕劑，由鉬精礦（主要成分是MoS₂，含少量PbS等）制備鉬酸鈉晶體的部分流程如圖2所示：

1Na₂MoO₄•2H₂O中鉬元素的化合價為+6；
②焙燒時為了使鉬精礦充分反應，可采取的措施是將礦石粉碎（或增加空氣的進入量或采用逆流原理等）（答出一條即可）；
③焙燒過程中鉬精礦發(fā)生的主要反應的化學方程式為MoS₂+O₂$\stackrel{△}{→}$MoO₃+SO₂（未配平），該反應中氧化產物是MoO₃、SO₂；7（填化學式）；當生成1molSO₂時，該反應轉移的電子的物質的量為7mol；
④堿浸時，MoO₃與Na₂CO₃溶液反應的離子方程式為MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑；
⑤過濾后的堿浸液結晶前需加入Ba（OH）₂固體以除去SO₄^2-，當BaMoO₄開始沉淀時，
SO₄^2-的去除率為97.5%，已知堿浸液中c（MoO₄^2-）=0.40mol•L^-1，c（SO₄^2-）=0.040mol•L^-1，K_sp（BaSO₄）=1.0×10^-10、則K_sp（BaMoO₄）=4.0×10^-8[加入Ba（OH）₂固體引起的溶液體積變化可忽略]．

Answer 1

分析 （1）①用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶液的堿性明顯增強，說明該反應中生成氫氧根離子；
②根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應，則b為負極、a為正極，根據(jù)電池反應式知，陰極上硝酸根離子得電子生成氮氣和水；
（2）灼燒鉬精礦，MoS₂燃燒，反應方程式為2MoS₂+7O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MoO₃+4SO₂，堿性條件下，MoO₃和Na₂CO₃溶液反應，反應方程式為MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑，然后向溶液中加入沉淀劑除去重金屬離子，溶液中的溶質為Na₂MoO₄，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，然后重結晶得到Na₂MoO₄.2H₂O，
①根據(jù)在化合物中正負化合價代數(shù)和為零，結合鉬酸鈉（Na₂MoO₄•2H₂O）的化學式進行解答本題；
②焙燒時為了使鉬精礦充分反應可以把鉬精礦粉碎增大接觸面積、或增大空氣進入量，反應物接觸時間越長，反應越充分；
③焙燒過程中鉬精礦發(fā)生的主要反應的化學方程式為：2MoS₂+7O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MoO₃+4SO₂，元素化合價升高的失去電子發(fā)生氧化反應得到氧化產物，依據(jù)化學方程式定量關系計算電子轉移物質的量；
④堿性條件下，MoO₃和Na₂CO₃溶液反應生成二氧化碳和鉬酸鈉；
⑤根據(jù)鉬酸鋇和硫酸鋇的溶度積計算表示出溶液中硫酸根離子的濃度，再依據(jù)計算出SO₄^2-的去除率計算得到溶度積．

解答 解：（1）①用H₂將NO₃^-還原為N₂，一段時間后，溶液的堿性明顯增強，說明該反應中生成氫氧根離子，同時還生成水，所以反應方程式為2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O，
故答案為：2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O；
②根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應，則b為負極、a為正極，根據(jù)電池反應式知，陰極上硝酸根離子得電子生成氮氣和水，電極反應式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：a；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．
（2）①計算結晶水合物鉬鉬酸鈉中元素的化合價只計算Na₂MoO₄中鉬元素的化合價即可，鈉元素顯+1，氧元素顯-2，設鉬元素的化合價是x，根據(jù)在化合物中正負化合價代數(shù)和為零，可知鉬酸鈉（Na₂MoO₄•2H₂O）中鉬元素的化合價：（+1）×2+x+（-2）×4=0，則x=+6，
故答案為：+6； 
②反應物接觸時間越長，反應越充分，焙燒的過程中采用“逆流焙燒”的措施、粉碎礦石或增加空氣通入量等，增大鉬精礦與空氣接觸，使其充分反應，提高原料的利用率，
故答案為：將礦石粉碎（或增加空氣的進入量或采用逆流原理等）；
③焙燒過程中鉬精礦發(fā)生的主要反應的化學方程式為：2MoS₂+7O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MoO₃+4SO₂，元素化合價升高的失去電子發(fā)生氧化反應得到氧化產物，反應中Mo元素化合價+2價變化為+6價，硫元素化合價-1價變化為+4價，該反應中氧化產物是MoO₃、SO₂，反應中生成4mol二氧化硫電子轉移28mol，則生成1mol二氧化硫電子轉移為7mol，
故答案為：MoO₃、SO₂；7；
④堿性條件下，MoO₃和Na₂CO₃溶液反應生成二氧化碳和鉬酸鈉，離子方程式為MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑，
故答案為：MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑；
⑤當BaMoO₄開始沉淀時溶液中鋇離子濃度c（Ba²⁺）=$\frac{Ksp（BaMnO{\;}_{4}）}{c（MnO{\;}_{4}{\;}^{-}）}$=$\frac{Ksp（BaMoO{\;}_{4}）}{0.4mol/L}$，
溶液中硫酸根離子濃度c（SO₄^2-）=$\frac{Ksp（BaSO{\;}_{4}）}{c（Ba{\;}^{2+}）}$，
SO₄^2-的去除率為97.5%，1-$\frac{Ksp（BaSO{\;}_{4}）}{c（Ba{\;}^{2+}）}$=1-$\frac{1.0×10{\;}^{-10}}{\frac{Ksp（BaMoO{\;}_{4}）}{0.4mol/L}}$=97.5%，所以Ksp（BaMoO₄）=4.0×10^-8，
故答案為：4.0×10^-8．

點評 本題考查了物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用，主要是電解原理、分離提純的方法、物質性質的分析應用，溶度積常數(shù)的計算等知識，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．