Question

【題目】水體中硝酸鹽造成的污染已成為突出的環(huán)境問題。某課題組研究了去除不同各種水體中NO3－的方法。

（1）用鋁粉去除飲用水中NO3－的一種方案如下：

①用熟石灰而不用NaOH調(diào)節(jié)pH的主要原因是___。在調(diào)節(jié)pH時，若pH過大或過小都會造成Al的利用率降低。寫出pH過大造成Al利用率降低的離子方程式___。

②在加入鋁粉去除NO3－的反應(yīng)中，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為___。

（2）用鐵粉處理pH=2.5的含NO3－廢水，測得溶液中相關(guān)離子濃度、pH隨時間的變化關(guān)系如圖（部分副反應(yīng)產(chǎn)物略去）：

①t1時刻前，該反應(yīng)的離子方程式為___。

②研究表明：鐵粉還原含NO3－廢水時，加入活性碳粉可以提高去除NO3－的速率，可能的原因是___。

（3）用Pt作電極電解含NO3－的酸性廢水，原理如圖。N為電源的___（選填“正”或 “負(fù)”）極，與直流電源M端相連的Pt電極上的電極反應(yīng)式為___。

（4）課題組以鈦基氧化物涂層材料為惰性陽極、碳納米管修飾的石墨為陰極，控制一定條件，電解含大量NO3－、SO42－的廢水，可使NO3－變?yōu)?/span>NH4+。研究發(fā)現(xiàn)：其他條件不變，廢水中加一定量NaCl，去除NH4+的效果明顯提高，溶液中氮元素含量顯著降低，可能的原因是___。

Answer 1

【答案】熟石灰價格便宜 2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑ 10：3 4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O 鐵粉與活性碳粉形成原電池加快還原NO3-的反應(yīng)速率 正 2NO3－+12H++10e－=N2↑+ 6H2O Cl－在陽極上被氧化成Cl2(或游離氯)，與陰極生成的NH4+反應(yīng)生成N2

【解析】

從工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析為什么用熟石灰；

從氫氧化鋁的性質(zhì)來分析為什么不能pH過大；

書寫出鋁和硝酸根反應(yīng)的離子方程式得出氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物比；

根據(jù)已知信息和氧化還原反應(yīng)原理寫出鐵和硝酸反應(yīng)離子方程式，在過程中加碳粉為何加快反應(yīng)速率，從原電池原理分析；

從圖像中得出化合價升降，分析陰陽極，繼而分析連接正負(fù)極的關(guān)系，再書寫出電極反應(yīng)式，從文字信息和氯化鈉加入電解思維來分析出為何去除銨根明顯增強(qiáng)。

①工業(yè)生成要考慮經(jīng)濟(jì)效益，因此用熟石灰而不用NaOH調(diào)節(jié)pH的主要原因是熟石灰價格便宜，在調(diào)節(jié)pH時，若pH過大或過小都會造成Al的利用率降低，pH過大會使生成的氫氧化鋁沉淀又溶解，pH過大造成Al利用率降低的離子方程式2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑，故答案為：2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑；

②在加入鋁粉去除NO3－的反應(yīng)中，10Al + 6NO3－+ 18H2O =10Al(OH)3 + 6OH－ + 3 N2↑，因此氧化產(chǎn)物為10 mol Al(OH)3，還原產(chǎn)物為3 mol N2，因此它們的物質(zhì)的量之比為10:3，故答案為：10:3；

⑵①t1時刻前，根據(jù)圖像信息知生成了亞鐵離子和銨根離子，因此離子方程式為4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，故答案為：4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O；

②研究表明：鐵粉還原含NO3－廢水時，加入活性碳粉可以提高去除NO3－的速率，可能是由于形成原電池，加快反應(yīng)速率，故答案為：鐵粉與活性碳粉形成原電池加快還原NO3－的反應(yīng)速率；

⑶根據(jù)圖像信息，左邊硝酸根變?yōu)榈獨(dú)猓瑒tM化合價降低，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，說明N為陽極，連接電源的正極，與直流電源M端相連的Pt電極上的電極反應(yīng)式為2NO3－+12H+ +10e－=N2↑+ 6H2O，故答案為：正；2NO3－+12H+ +10e－=N2↑+ 6H2O；

⑷使NO3－變?yōu)?/span>NH4+，則硝酸根在陰極變?yōu)殇@根離子，加一定量NaCl，去除NH4+的效果明顯提高，溶液中氮元素含量顯著降低，說明銨根被反應(yīng)了，可能是Cl－在陽極上被氧化成Cl2(或游離氯)，與陰極生成的NH4+反應(yīng)生成N2，故答案為：Cl－在陽極上被氧化成Cl2(或游離氯)，與陰極生成的NH4+反應(yīng)生成N2。