Question

【題目】用零價(jià)鐵（Fe）去除水體中的硝酸鹽（NO3﹣）已成為環(huán)境修復(fù)研究的熱點(diǎn)之一．
（1）Fe還原水體中NO3﹣的反應(yīng)原理如圖1所示．

②作負(fù)極的物質(zhì)是 ．
②正極的電極反應(yīng)式是 ．
（2）將足量鐵粉投入水體中，經(jīng)24小時(shí)測定NO3﹣的去除率和pH，結(jié)果如表：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3﹣的去除率	接近100%	＜50%
24小時(shí)pH	接近中性	接近中性
鐵的最終物質(zhì)形態(tài)

pH=4.5時(shí)，NO3﹣的去除率低．其原因是 ．
（3）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在初始pH=4.5的水體中投入足量鐵粉的同時(shí)，補(bǔ)充一定量的Fe2+可以明顯提高NO3﹣的去除率．對(duì)Fe2+的作用提出兩種假設(shè)：
Ⅰ．Fe2+直接還原NO3﹣；
Ⅱ．Fe2+破壞FeO（OH）氧化層．
①做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如右圖2所示，可得到的結(jié)論是 ．
②同位素示蹤法證實(shí)Fe2+能與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4 ． 結(jié)合該反應(yīng)的離子方程式，解釋加入Fe2+提高NO3﹣去除率的原因： ． pH=4.5（其他條件相同）

Answer 1

【答案】
（1）鐵；NO3﹣+8e﹣+10H+=NH4++3H2O
（2）FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移
（3）本實(shí)驗(yàn)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(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4 ， 利于電子轉(zhuǎn)移
【解析】解：（1）①Fe還原水體中NO3﹣ ， 則Fe作還原劑，失去電子，作負(fù)極，故答案為：鐵；②NO3﹣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生NH4+ ， 根據(jù)圖2信息可知為酸性環(huán)境，則正極的電極反應(yīng)式為：NO3﹣+8e﹣+10H+=NH4++3H2O，
故答案為：NO3﹣+8e﹣+10H+=NH4++3H2O；（2）pH越高，F(xiàn)e3+越易水解生成FeO（OH），而FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移，所以NO3﹣的去除率低．
故答案為：FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移；（3）①從圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，單獨(dú)加入Fe2+時(shí)，NO3﹣的去除率為0，因此得出Fe2+不能直接還原NO3﹣；而Fe和Fe2+共同加入時(shí)NO3﹣的去除率比單獨(dú)Fe高，因此可以得出結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)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．
故答案為：本實(shí)驗(yàn)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同位素示蹤法證實(shí)了Fe2+能與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4 ， 離子方程式為：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ ， Fe2+將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4 ， 利于電子轉(zhuǎn)移．
故答案為：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ ， Fe2+將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4 ， 利于電子轉(zhuǎn)移．
（1）①Fe還原水體中NO3﹣ ， 根據(jù)題意Fe3O4為電解質(zhì)，則Fe作還原劑，失去電子，作負(fù)極；②NO3﹣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生NH4+ ， 根據(jù)圖2信息可知為酸性環(huán)境；（2）由于Fe3O4為電解質(zhì)，而電解質(zhì)主要作用是為電子轉(zhuǎn)移提供媒介，然后根據(jù)FeO（OH）不導(dǎo)電進(jìn)行分析；（3）①根據(jù)圖2中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析；②結(jié)合（2）題中的鐵的最終物質(zhì)形態(tài)結(jié)果差異進(jìn)行分析．