Question

鐵屑可用于地下水脫氮，其實驗室研究步驟如下：
Ⅰ、將鐵屑浸泡在0.5 mol/L鹽酸中進行預處理。
Ⅱ、30 min后，用去離子水反復沖洗，至沖洗后液體的pH為中性。在N₂保護下烘干備用。
Ⅲ、在蒸餾水中加入硝酸鉀配制硝酸鉀溶液。
Ⅳ、將酸預處理后的鐵屑加入硝酸鉀溶液中。
請回答：
（1）鹽酸溶解Fe₂O₃的離子方程式是      。
（2）烘干時需要在N₂保護下進行的原因是      。
（3）將步驟Ⅱ中沖洗后的溶液在空氣中加熱蒸發灼燒，最終得到的固體是     。
（4）將酸性條件下，鐵與NO₃^－反應的離子方程式補充完整：

（5）已知活性炭能吸附NH₄^＋ 、OH^－。步驟Ⅳ中操作時將鐵屑和活性炭同時加入硝酸鉀溶液中，可以提高脫氮的效果，其原因是     。
（6）研究表明溶液pH會影響鐵屑脫氮的效果，反應體系的pH分別控制在4 和8. 5 時，NO₃^－的去除率分別為90% 和15%。正常地下水中含有CO₃^2－，會影響脫氮的效果，用化學用語和文字簡述其原因     。

Answer 1

（1）Fe₂O₃+ 6H⁺= 2Fe³⁺ +3H₂O （2）防止鐵屑在空氣中被氧化  （3）Fe₂O₃
（4）4 Fe + NO₃^－+ 10H⁺=4 Fe²⁺ + NH₄^＋ +3H₂O 
（5）活性炭的添加使其和鐵構成了無數個微小的鐵碳原電池加快反應速率，其次活性炭吸附生成物NH₄^＋ 、OH^－能降低出水中的NH₄^＋的濃度。（并且能降低出水pH 值，這可能是因為活性炭能夠吸附OH^－。）
（6）CO₃^2－+H₂O HCO₃^－+ OH^－增大了溶液的pH會降低脫氮效果；Fe²⁺ + CO₃^2－= FeCO₃↓覆蓋在反應物的表面阻止反應進行。

試題分析：（1）鹽酸能與金屬氧化物發生反應得到可溶性鹽酸鹽和水，HCl溶解Fe₂O₃的離子方程式是Fe₂O₃+ 6H⁺= 2Fe³⁺ +3H₂O。（2）烘干時需要在N₂保護下進行否則鐵屑在空氣中被氧化。（3）將步驟Ⅱ中沖洗后的溶液為FeCl₂,它是強酸弱堿鹽，在溶液中會發生水解反應FeCl₂+2H₂OFe(OH)₂+2HCl，隨著不斷加熱，水分蒸發。促進鹽的水解，由于HCl有揮發性會逸出，所以得到固體Fe(OH)_2。而Fe(OH)₂不穩定，會被空氣中的氧氣氧化為Fe(OH)₃.在空氣中加熱灼燒，發生分解反應2Fe(OH)₃Fe₂O₃+3H₂O.因此最終得到的固體是Fe₂O₃。（4）根據電子守恒、電荷守恒及原子守恒可得將酸性條件下，鐵與NO₃^－反應的離子方程式為：4 Fe + NO₃^－+ 10H⁺=4 Fe²⁺ + NH₄^＋ +3H₂O。（5）添加活性炭后，在溶液中C與鐵構成了無數個微小的鐵碳原電池加快反應速率；此外活性炭吸附生成物NH₄^＋ 、OH^－能降低出水中的NH₄^＋的濃度及降低水溶液的pH 值。（6）在正常地下水中含有CO₃^2－。它會發生水解反應： CO₃^2- +H₂OOH^-+HCO₃^-，使溶液顯堿性，溶液的pH的增大會降低脫氮效果；此外還會發生沉淀反應：Fe²⁺ + CO₃^2－= FeCO₃↓覆蓋在反應物的表面阻止反應進行。