Question

【题目】水体中硝酸盐造成的污染已成为突出的环境问题。某课题组研究了去除不同各种水体中NO3－的方法。

（1）用铝粉去除饮用水中NO3－的一种方案如下：

①用熟石灰而不用NaOH调节pH的主要原因是___。在调节pH时，若pH过大或过小都会造成Al的利用率降低。写出pH过大造成Al利用率降低的离子方程式___。

②在加入铝粉去除NO3－的反应中，氧化产物和还原产物的物质的量之比为___。

（2）用铁粉处理pH=2.5的含NO3－废水，测得溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系如图（部分副反应产物略去）：

①t1时刻前，该反应的离子方程式为___。

②研究表明：铁粉还原含NO3－废水时，加入活性碳粉可以提高去除NO3－的速率，可能的原因是___。

（3）用Pt作电极电解含NO3－的酸性废水，原理如图。N为电源的___（选填“正”或 “负”）极，与直流电源M端相连的Pt电极上的电极反应式为___。

（4）课题组以钛基氧化物涂层材料为惰性阳极、碳纳米管修饰的石墨为阴极，控制一定条件，电解含大量NO3－、SO42－的废水，可使NO3－变为NH4+。研究发现：其他条件不变，废水中加一定量NaCl，去除NH4+的效果明显提高，溶液中氮元素含量显著降低，可能的原因是___。

Answer 1

【答案】熟石灰价格便宜 2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑ 10：3 4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O 铁粉与活性碳粉形成原电池加快还原NO3-的反应速率 正 2NO3－+12H++10e－=N2↑+ 6H2O Cl－在阳极上被氧化成Cl2(或游离氯)，与阴极生成的NH4+反应生成N2

【解析】

从工业经济效益分析为什么用熟石灰；

从氢氧化铝的性质来分析为什么不能pH过大；

书写出铝和硝酸根反应的离子方程式得出氧化产物和还原产物比；

根据已知信息和氧化还原反应原理写出铁和硝酸反应离子方程式，在过程中加碳粉为何加快反应速率，从原电池原理分析；

从图像中得出化合价升降，分析阴阳极，继而分析连接正负极的关系，再书写出电极反应式，从文字信息和氯化钠加入电解思维来分析出为何去除铵根明显增强。

①工业生成要考虑经济效益，因此用熟石灰而不用NaOH调节pH的主要原因是熟石灰价格便宜，在调节pH时，若pH过大或过小都会造成Al的利用率降低，pH过大会使生成的氢氧化铝沉淀又溶解，pH过大造成Al利用率降低的离子方程式2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑，故答案为：2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑；

②在加入铝粉去除NO3－的反应中，10Al + 6NO3－+ 18H2O =10Al(OH)3 + 6OH－ + 3 N2↑，因此氧化产物为10 mol Al(OH)3，还原产物为3 mol N2，因此它们的物质的量之比为10:3，故答案为：10:3；

⑵①t1时刻前，根据图像信息知生成了亚铁离子和铵根离子，因此离子方程式为4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，故答案为：4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O；

②研究表明：铁粉还原含NO3－废水时，加入活性碳粉可以提高去除NO3－的速率，可能是由于形成原电池，加快反应速率，故答案为：铁粉与活性碳粉形成原电池加快还原NO3－的反应速率；

⑶根据图像信息，左边硝酸根变为氮气，则M化合价降低，在阴极发生还原反应，说明N为阳极，连接电源的正极，与直流电源M端相连的Pt电极上的电极反应式为2NO3－+12H+ +10e－=N2↑+ 6H2O，故答案为：正；2NO3－+12H+ +10e－=N2↑+ 6H2O；

⑷使NO3－变为NH4+，则硝酸根在阴极变为铵根离子，加一定量NaCl，去除NH4+的效果明显提高，溶液中氮元素含量显著降低，说明铵根被反应了，可能是Cl－在阳极上被氧化成Cl2(或游离氯)，与阴极生成的NH4+反应生成N2，故答案为：Cl－在阳极上被氧化成Cl2(或游离氯)，与阴极生成的NH4+反应生成N2。