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)化學(xué)式為___________。

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(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，補(bǔ)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)：

Ⅰ．Fe2+直接還原NO3-；

Ⅱ．Fe2+破壞FeO（OH）氧化層。

①做對比實(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，該反應(yīng)的離子方程式為_________，解釋加入Fe2+提高NO3-去除率的原因：_____________________________________。

Answer 1

【答案】Fe NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移 本實(shí)驗(yàn)條件下，F(xiàn)e2+不能直接還原NO3-；在Fe和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，利于電子轉(zhuǎn)移

【解析】

（1）原電池中負(fù)極材料失電子，正極是NO3-得電子生成NH4+；

（2）根據(jù)圖示pH=4.5生成了較多的FeO（OH），F(xiàn)eO（OH）不導(dǎo)電；

（3）①根據(jù)圖2可知，只加入Fe2+的水中NO3-的去除率為0，加入Fe2+、Fe的水中NO3-的去除率最高；

②根據(jù)得失電子守恒配平Fe2+與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4的離子方程式；

（1）①原電池中負(fù)極材料失電子，根據(jù)圖1，鐵失電子，所以作負(fù)極的物質(zhì)化學(xué)式為Fe；

②根據(jù)示意圖，正極是NO3-得電子生成NH4+，正極的電極反應(yīng)式是NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O；

（2）根據(jù)圖示，pH=4.5時，NO3-的去除率低的原因是：pH=4.5生成了較多的FeO（OH），FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移，所以NO3-的去除率低；

（3）①根據(jù)圖2可知，只加入Fe2+的水中NO3-的去除率為0，加入Fe2+、Fe的水中NO3-的去除率最高，可得到的結(jié)論是本實(shí)驗(yàn)條件下，F(xiàn)e2+不能直接還原NO3-；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率；

②根據(jù)得失電子守恒，F(xiàn)e2+與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4的離子方程式是Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+；加入Fe2+提高NO3-去除率的原因是：Fe2+將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4，利于電子轉(zhuǎn)移，所以加入Fe2+提高NO3-去除率。