Question

【題目】用零價鐵（Fe）去除水體中的硝酸鹽（NO3﹣）已成為環境修復研究的熱點之一．
（1）Fe還原水體中NO3﹣的反應原理如圖1所示．
①作負極的物質是 ．
②正極的電極反應式是 ．
（2）將足量鐵粉投入水體中，經24小時測定NO3﹣的去除率和pH，結果如下：

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
鐵的最終物質形態

pH=4.5時，NO3﹣的去除率低．其原因是 ．
（3）實驗發現：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：
Ⅰ．Fe2+直接還原NO3﹣；
Ⅱ．Fe2+破壞FeO（OH）氧化層．
①做對比實驗，結果如圖2所示，可得到的結論是 ．
②同位素示蹤法證實Fe2+能與FeO（OH）反應生成Fe3O4 ． 結合該反應的離子方程式，解釋加入Fe2+提高NO3﹣去除率的原因： ．
（4）其他條件與（2）相同，經1小時測定NO3﹣的去除率和pH，結果如表：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3﹣的去除率	約10%	約3%
1小時pH	接近中性	接近中性

與（2）中數據對比，解釋（2）中初始pH不同時，NO3﹣去除率和鐵的最終物質形態不同的原因： ．

Answer 1

【答案】
（1）鐵；NO3﹣+8e﹣+7H2O=NH4++10OH﹣
（2）pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不導電，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化率主要因為減少了FeO（OH）的生成，增強了導電性，另外生成了H+ ， H+濃度增大，pH減小，使NO3﹣的轉化率增大
（4）由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不導電，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，作負極，
故答案為：鐵；
②NO3﹣在正極得電子發生還原反應產生NH4+ ， 根據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，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不導電，所以NO3﹣的去除率低，
故答案為：pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不導電，所以NO3﹣的去除率低；
（3）①從右圖可以看出只加入鐵粉和只加入Fe2+ ， NO3﹣的去除率都不及同時加入鐵和亞鐵離子時NO3﹣的去除率高，說明不是應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同位素示蹤法證實了Fe2+能與FeO（OH）反應生成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化率主要因為減少了FeO（OH）的生成，增強了導電性，另外生成了H+ ， H+濃度增大，pH減小，使NO3﹣的轉化率增大，
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化率主要因為減少了FeO（OH）的生成，增強了導電性，另外生成了H+ ， H+濃度增大，pH減小，使NO3﹣的轉化率增大；
（4）由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不導電，所以NO3﹣的去除率越低，
故答案為：由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不導電，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，作負極；②NO3﹣在正極得電子發生還原反應產生NH4+；
（2）pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不導電，所以NO3﹣的去除率低；
（3）①從右圖可以看出只加入鐵粉和只加入Fe2+ ， NO3﹣的去除率都不及同時加入鐵和亞鐵離子時NO3﹣的去除率高，說明不是應用了亞鐵離子的還原性提高硝酸根的去除率；②同位素示蹤法證實了Fe2+能與FeO（OH）反應生成Fe3O4 ， 離子方程式為：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ ， 既減少了FeO（OH）的生成，增強了導電性，又生成了H+ ， H+濃度增大，pH減小，使NO3﹣的轉化率增大；
（4）由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不導電，所以NO3﹣的去除率越低．考查化學反應原理，涉及到的知識有電化學、氧化還原反應等，題中的Fe與NO3﹣的反應跟溶液酸堿性有關，抓住這一點是解題的關鍵，第Ⅱ問的解答有一定的難度，特別是闡述上的準確性．