【題目】用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO3-)已成為環(huán)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作負極的物質化學式為___________

②正極的電極反應式是_________________________________________。

(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(tài)

pH=4.5時,NO3-的去除率低。其原因是_____________________________________。

(3)實驗發(fā)現(xiàn):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,該反應的離子方程式為_________,解釋加入Fe2+提高NO3-去除率的原因:_____________________________________。

【答案】Fe NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O FeO(OH)不導電,阻礙電子轉移 本實驗條件下,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+將不導電的FeO(OH)轉化為可導電的Fe3O4,利于電子轉移

【解析】

(1)原電池中負極材料失電子,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)反應生成Fe3O4的離子方程式;

(1)①原電池中負極材料失電子,根據(jù)圖1,鐵失電子,所以作負極的物質化學式為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FeOOH),FeOOH)不導電,阻礙電子轉移,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,可得到的結論是本實驗條件下,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+將不導電的FeO(OH)轉化為可導電的Fe3O4,利于電子轉移,所以加入Fe2+提高NO3-去除率。

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