【題目】鐵炭混合物(鐵屑和活性炭的混合物)、納米鐵粉均可用于處理水中污染物。

(1)鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池。將含有Cr2O72-的酸性廢水通過鐵炭混合物,在微電池正極上Cr2O72-轉化為Cr3+,其電極反應式為_____________。

(2)在相同條件下,測量總質量相同、鐵的質量分數(shù)不同的鐵炭混合物對水中Cu2+和Pb2+的去除率,結果如圖所示。

①當鐵炭混合物中鐵的質量分數(shù)為0時,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是__________。

②當鐵炭混合物中鐵的質量分數(shù)大于50%時,隨著鐵的質量分數(shù)的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不升反降,其主要原因是_____________。

(3)納米鐵粉可用于處理地下水中的污染物。

①一定條件下,向FeSO4溶液中滴加堿性NaBH4溶液,溶液中BH4-(B元素的化合價為+3)與Fe2+反應生成納米鐵粉、H2和B(OH)4,其離子方程式為_________。

②納米鐵粉與水中NO3-反應的離子方程式為4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O研究發(fā)現(xiàn),若pH偏低將會導致NO3-的去除率下降,其原因是__________。

③相同條件下,納米鐵粉去除不同水樣中NO3-的速率有較大差異(如下圖),產(chǎn)生該差異的可能原因是____________。

【答案】22.(1)Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O;(2)①活性炭對Cu2+和Pb2+有吸附作用

②鐵的質量分數(shù)增加,鐵炭混合物中微電池數(shù)目減少;

(3)①2Fe2++BH4-+4OH=2Fe+B(OH)4+2H2↑;②納米鐵粉與H反應生成H2;③Cu或Cu2+催化納米鐵粉去除NO3的反應(或形成的Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO3的反應速率)

【解析】

試題分析:(1)鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池。將含有Cr2O72-的酸性廢水通過鐵炭混合物,在微電池正極上Cr2O72-獲得電子,被還原產(chǎn)生Cr3+,則正極上發(fā)生的電極反應式為Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O;;

(2)①當鐵炭混合物中鐵的質量分數(shù)為0時,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,原因是活性炭是酥松多孔的物質,表面積大,吸附力強,可以吸附水中少量的Cu2+和Pb2+,從而可以降低水中Cu2+和Pb2+的濃度;②由于金屬活動性Fe>Pb>Cu,所以把鐵加入到含有少量的Cu2+和Pb2+的水中時,會發(fā)生置換反應:Fe+Pb2+=Fe2++Pb;Fe+Cu2+=Fe2++Cu,反應置換出的Cu、Pb單質附著在鐵的表面,使Fe不能與溶液中的金屬離子接觸,會阻止反應的進一步發(fā)生,因此當鐵炭混合物中鐵的質量分數(shù)大于50%時,隨著鐵的質量分數(shù)的增加,鐵炭混合物中微電池數(shù)目減少,Cu2+和Pb2+的去除率不升反降;

(3)①一定條件下,向FeSO4溶液中滴加堿性NaBH4溶液,溶液中BH4-(B元素的化合價為+3)與Fe2+反應生成納米鐵粉、H2和B(OH)4-,根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒,可得反應的離子方程式為2Fe2++BH4-+4OH=2Fe+B(OH)4+2H2↑;②納米鐵粉與水中NO3-反應的離子方程式為4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O,若pH偏低,則溶液的酸性增強,會發(fā)生反應Fe+2H+=Fe2++H2↑;導致NO3-的去除率下降;③根據(jù)圖像可知,在相同條件下,納米鐵粉去除含有Cu2+的水溶液的NO3-的速率較快,原因可能原因是Cu2+對反應起促進作用,Cu2+是該反應的催化劑,即Cu或Cu2+催化納米鐵粉去除NO3的反應。

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