【題目】用零價(jià)鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO3)已成為環(huán)境修復(fù)研究的熱點(diǎn)之一.
(1)Fe還原水體中NO3的反應(yīng)原理如圖1所示.
①作負(fù)極的物質(zhì)是
②正極的電極反應(yīng)式是
(2)將足量鐵粉投入水體中,經(jīng)24小時(shí)測(cè)定NO3的去除率和pH,結(jié)果如下:

初始pH

pH=2.5

pH=4.5

NO3的去除率

接近100%

<50%

24小時(shí)pH

接近中性

接近中性

鐵的最終物質(zhì)形態(tài)

pH=4.5時(shí),NO3的去除率低.其原因是
(3)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在初始pH=4.5的水體中投入足量鐵粉的同時(shí),補(bǔ)充一定量的Fe2+可以明顯提高NO3的去除率.對(duì)Fe2+的作用提出兩種假設(shè):
Ⅰ.Fe2+直接還原NO3;
Ⅱ.Fe2+破壞FeO(OH)氧化層.
①做對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖2所示,可得到的結(jié)論是
②同位素示蹤法證實(shí)Fe2+能與FeO(OH)反應(yīng)生成Fe3O4 . 結(jié)合該反應(yīng)的離子方程式,解釋加入Fe2+提高NO3去除率的原因:
(4)其他條件與(2)相同,經(jīng)1小時(shí)測(cè)定NO3的去除率和pH,結(jié)果如表:

初始pH

pH=2.5

pH=4.5

NO3的去除率

約10%

約3%

1小時(shí)pH

接近中性

接近中性

與(2)中數(shù)據(jù)對(duì)比,解釋?zhuān)?)中初始pH不同時(shí),NO3去除率和鐵的最終物質(zhì)形態(tài)不同的原因:

【答案】
(1)鐵;NO3+8e+7H2O=NH4++10OH
(2)pH越高,F(xiàn)e3+越易水解生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)不導(dǎo)電,所以NO3的去除率低
(3)Ⅱ;Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ , 加入Fe2+之所以可以提高硝酸根離子的轉(zhuǎn)化率主要因?yàn)闇p少了FeO(OH)的生成,增強(qiáng)了導(dǎo)電性,另外生成了H+ , H+濃度增大,pH減小,使NO3的轉(zhuǎn)化率增大
(4)由于Fe3+的水解,所以pH越高,F(xiàn)e3+越容易生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)又不導(dǎo)電,所以NO3的去除率越低
【解析】解:(1)①Fe還原水體中NO3 , 則Fe作還原劑,失去電子,作負(fù)極,
故答案為:鐵;
②NO3在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生NH4+ , 根據(jù)電荷守恒寫(xiě)出離子方程式:NO3+8e+7H2O=NH4++10OH ,
故答案為:NO3+8e+7H2O=NH4++10OH;
(2)pH越高,F(xiàn)e3+越易水解生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)不導(dǎo)電,所以NO3的去除率低,
故答案為:pH越高,F(xiàn)e3+越易水解生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)不導(dǎo)電,所以NO3的去除率低;
(3)①?gòu)挠覉D可以看出只加入鐵粉和只加入Fe2+ , NO3的去除率都不及同時(shí)加入鐵和亞鐵離子時(shí)NO3的去除率高,說(shuō)明不是應(yīng)用了亞鐵離子的還原性提高硝酸根的去除率,而是由于Fe2+破壞FeO(OH)氧化層,
故答案為:Ⅱ;
②同位素示蹤法證實(shí)了Fe2+能與FeO(OH)反應(yīng)生成Fe3O4 , 離子方程式為:Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ , 加入Fe2+之所以可以提高硝酸根離子的轉(zhuǎn)化率主要因?yàn)闇p少了FeO(OH)的生成,增強(qiáng)了導(dǎo)電性,另外生成了H+ , H+濃度增大,pH減小,使NO3的轉(zhuǎn)化率增大,
故答案為:Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ , 加入Fe2+之所以可以提高硝酸根離子的轉(zhuǎn)化率主要因?yàn)闇p少了FeO(OH)的生成,增強(qiáng)了導(dǎo)電性,另外生成了H+ , H+濃度增大,pH減小,使NO3的轉(zhuǎn)化率增大;
(4)由于Fe3+的水解,所以pH越高,F(xiàn)e3+越容易生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)又不導(dǎo)電,所以NO3的去除率越低,
故答案為:由于Fe3+的水解,所以pH越高,F(xiàn)e3+越容易生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)又不導(dǎo)電,所以NO3的去除率越低.
(1)①Fe還原水體中NO3 , 則Fe作還原劑,失去電子,作負(fù)極;②NO3在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生NH4+;
(2)pH越高,F(xiàn)e3+越易水解生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)不導(dǎo)電,所以NO3的去除率低;
(3)①?gòu)挠覉D可以看出只加入鐵粉和只加入Fe2+ , NO3的去除率都不及同時(shí)加入鐵和亞鐵離子時(shí)NO3的去除率高,說(shuō)明不是應(yīng)用了亞鐵離子的還原性提高硝酸根的去除率;②同位素示蹤法證實(shí)了Fe2+能與FeO(OH)反應(yīng)生成Fe3O4 , 離子方程式為:Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ , 既減少了FeO(OH)的生成,增強(qiáng)了導(dǎo)電性,又生成了H+ , H+濃度增大,pH減小,使NO3的轉(zhuǎn)化率增大;
(4)由于Fe3+的水解,所以pH越高,F(xiàn)e3+越容易生成FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)又不導(dǎo)電,所以NO3的去除率越低.考查化學(xué)反應(yīng)原理,涉及到的知識(shí)有電化學(xué)、氧化還原反應(yīng)等,題中的Fe與NO3的反應(yīng)跟溶液酸堿性有關(guān),抓住這一點(diǎn)是解題的關(guān)鍵,第Ⅱ問(wèn)的解答有一定的難度,特別是闡述上的準(zhǔn)確性.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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2CrO42(黃色)+2H+Cr2O72(橙色)+H2O
①若平衡體系的pH=0,該溶液顯色.
②根據(jù)2CrO42+2H+Cr2O72+H2O,設(shè)計(jì)如右圖裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7 . Na2Cr2O7中鉻元素的化合價(jià)為 , 圖中右側(cè)電極連接電源的極,其電極反應(yīng)式為
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(2)CrO3具有強(qiáng)氧化性,遇到有機(jī)物(如酒精)時(shí),猛烈反應(yīng)以至著火.若該過(guò)程中乙醇被氧化成乙酸,CrO3被還原成綠色的Cr2(SO43 . 完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式:
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【題目】以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4為原料,制備高純PbO,實(shí)現(xiàn)鉛的再生利用.其工作流程如下:
(1)過(guò)程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反應(yīng)生成PbSO4的化學(xué)方程式是
(2)過(guò)程Ⅰ中,F(xiàn)e2+催化過(guò)程可表示為:
i:2Fe2++PbO2+4H++SO42═2Fe3++PbSO4+2H2O
ii:…
①寫(xiě)出ii的離子方程式:
②下列實(shí)驗(yàn)方案可證實(shí)上述催化過(guò)程.將實(shí)驗(yàn)方案補(bǔ)充完整.
a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液幾乎無(wú)色,再加入少量PbO2 , 溶液變紅.
b.
(3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲線如圖所示.
①過(guò)程Ⅱ的目的是脫硫.濾液1經(jīng)處理后可在過(guò)程Ⅱ中重復(fù)使用,其目的是(選填序號(hào)).
A.減小Pb的損失,提高產(chǎn)品的產(chǎn)率
B.重復(fù)利用NaOH,提高原料的利用率
C.增加Na2SO4濃度,提高脫硫效率
②過(guò)程Ⅲ的目的是提純,結(jié)合上述溶解度曲線,簡(jiǎn)述過(guò)程Ⅲ的操作:

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①生物質(zhì)能 ②柴草 ③煤炭 ④太陽(yáng)能 ⑤氫能 ⑥液化石油氣 ⑦水煤氣 ⑧天然氣.
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B.②③⑥⑦
C.③⑥⑦⑧
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

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