Question

【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（2）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： ．

Answer 1

【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問的解答有一定的難度，特別是闡述上的準(zhǔn)確性．