Question

【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、鐵的質量分數不同的鐵炭混合物對水中Cu2+和Pb2+的去除率，結果如右圖所示。

①當鐵炭混合物中鐵的質量分數為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大于50%時，隨著鐵的質量分數的增加，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，研究發現，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（見右圖），產生該差異的可能原因是 。

Answer 1

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

②鐵的質量分數增加，鐵炭混合物中微電池數目減少；

（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（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，被還原產生Cr3+，則正極上發生的電極反應式為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生，因此當鐵炭混合物中鐵的質量分數大于50%時，隨著鐵的質量分數的增加，鐵炭混合物中微電池數目減少，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，會發生反應Fe+2H+=Fe2++H2↑；導致NO3-的去除率下降；③根據圖像可知，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。