【題目】用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO3)已成為環(huán)境修復(fù)研究的熱點之一。

(1)Fe還原水體中NO3的反應(yīng)原理如圖所示。

①作負極的物質(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小時測定 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 pH

接近中性

接近中性

鐵的最終物質(zhì)

形態(tài)

pH=4.5 時,NO3的去除率低,其原因是_____________。

(3)實驗發(fā)現(xiàn):在初始 pH=4.5 的水體中投入足量鐵粉的同時,補充一定量的 Fe2可以明顯提高NO3的去除率。對Fe2的作用提出兩種假設(shè):

.Fe2直接還原NO3;

.Fe2破壞 FeO(OH)氧化層。

①做對比實驗,結(jié)果如圖所示,可得到的結(jié)論是________

②同位素示蹤法證實 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小時測定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

10%

3%

1小時pH

接近中性

接近中性

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

【答案】 NO3+8e+10H+=NH4++3H2O 因為鐵表面生成不導(dǎo)電的 FeO(OH),阻止反應(yīng)進一步發(fā)生 本實驗條件下, Fe2+不能直接還原 NO3-; Fe Fe2+共同作用下能提高 NO3-的去除率 Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+, Fe2+將不導(dǎo)電的 FeO(OH)轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的 Fe3O4,有利于反應(yīng)的進行,使 NO3-的去除率提高 pH 較小,則產(chǎn)生的 Fe2+濃度大,利于形成導(dǎo)電的Fe3O4,使反應(yīng)進行的更完全;pH 高,則產(chǎn)生的 Fe2+濃度小,利于形成不導(dǎo)電的 FeO(OH),從而造成NO3-去除率率低。

【解析】(1)①由圖中物質(zhì)變化分析,Fe變化為Fe3O4是被氧化過程,則鐵作原電池的負極;②由硝酸根到銨根可知,硝酸根被還原為氨氣,氨氣在酸性環(huán)境中生成銨根,正極的電極反應(yīng)式為:NO3+8e+10H+=NH4++3H2O;(2)pH對硝酸根去除率的影響來看,初始pH=4.5時去除率低,主要是因為鐵離子容易水解生成FeO(OH),同時生成的Fe3O4產(chǎn)率降低,且生成的FeO(OH)不導(dǎo)電,所以NO3-的去除率低;(3)①從圖中可以看出只加入鐵粉和只加入Fe2+,NO3-的去除率都不如同時加入鐵和亞鐵離子的去除率高,說明不是由于亞鐵離子的還原性提高了硝酸根的去除率,而是由于Fe2+破壞FeO(OH)生成了四氧化三鐵;②同位互示蹤法證實亞鐵離子秘FeO(OH)反應(yīng)生成四氧化鐵,該反應(yīng)離子方程式為:Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+,加入亞鐵離子之所以可以提高硝酸根離子的轉(zhuǎn)化率主要因為減少了FeO(OH)的生成,生成更多的四氧化三鐵,增強了導(dǎo)電性,另外pH較小,可以使pH增大的速度減慢,使硝酸根離子轉(zhuǎn)化率增大;(4)鐵與鹽酸反應(yīng),初始pH較小,氫離子濃度高,產(chǎn)生的亞鐵離子濃度大,促使FeO(OH)轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的四氧化三鐵,使反應(yīng)進行的更完全;初始pH較大時,由于三價鐵的水解,三價鐵越容易生成FeO(OH),產(chǎn)生的亞鐵離子濃度高小,從而造成硝酸根離子去除率和的鐵的最終物質(zhì)。

練習冊系列答案
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(1)向NaHCO3溶液滴加MnCl2溶液生成沉淀MnCO3,離子方程式為______。

(2)向NaHCO3溶液加入少量的鎂粉,觀察到有氣體和白色沉淀生成,則該氣體一定是______(填化學式),白色沉淀可能是:①MgCO3;Mg(OH)2;Mg2(OH)2CO3。欲證明白色沉淀為②,簡單的實驗方法為______(操作、現(xiàn)象和結(jié)論)。

(3)電解Na2CO3溶液制NaHCO3的原理如圖—1所示.

①電解初期,電解池中總反應(yīng)方程式為______。

②若電解過程中透過交換膜的Na+ 0.4 mol,則陽極收集到 O2_____L(標況)。

③電解后期溶液中的含碳微粒逐漸減少,此階段陽極反應(yīng)式為______

(4) “侯氏制堿法的原理是: NaCl+NH3+ CO2+H2O= NaHCO3+NH4Cl,模擬該制法的部分裝置如圖—2所示.

正確的操作是______填序號)。

A.a(chǎn)通入CO2,然后b通入NH3,c中放堿石灰

B.a(chǎn)通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

C.b通入NH3,然后a通入CO2,c中放堿石灰

D.b通入CO2,然后a通入NH3,c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

水槽中的冷水起降溫作用,這樣有利于______

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(1)當起始n (H2)n(CO) =2,經(jīng)過5min達到平衡,此時容器的壓強是初始壓強的0.7倍,則05min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=____。若此時再向容器中加入0.15 mol CO (g)0.05 mol CH3OH (g),達新平衡時H2的轉(zhuǎn)化率將_______(選填“增大”、“減小”或“不變”)。

(2)當起始n (H2)n(CO) =3.5時,達到平衡狀態(tài)后,CH3OH的體積分數(shù)可能是圖象中的_____點(選填“D”、“E”或“F”)。

(3)由圖2可知該反應(yīng)的△H_____0(選填“>”、“<”或“=”,下同),壓強pl____p2;當壓強為p2時,在y點:v(正)____v(逆)。

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