Question

【题目】用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO3﹣）已成为环境修复研究的热点之一．
（1）Fe还原水体中NO3﹣的反应原理如图1所示．
①作负极的物质是 ．
②正极的电极反应式是 ．
（2）将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO3﹣的去除率和pH，结果如下：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3﹣的去除率	接近100%	＜50%
24小时pH	接近中性	接近中性
铁的最终物质形态

pH=4.5时，NO3﹣的去除率低．其原因是 ．
（3）实验发现：在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的Fe2+可以明显提高NO3﹣的去除率．对Fe2+的作用提出两种假设：
Ⅰ．Fe2+直接还原NO3﹣；
Ⅱ．Fe2+破坏FeO（OH）氧化层．
①做对比实验，结果如图2所示，可得到的结论是 ．
②同位素示踪法证实Fe2+能与FeO（OH）反应生成Fe3O4 ． 结合该反应的离子方程式，解释加入Fe2+提高NO3﹣去除率的原因： ．
（4）其他条件与（2）相同，经1小时测定NO3﹣的去除率和pH，结果如表：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3﹣的去除率	约10%	约3%
1小时pH	接近中性	接近中性

与（2）中数据对比，解释（2）中初始pH不同时，NO3﹣去除率和铁的最终物质形态不同的原因： ．

Answer 1

【答案】
（1）铁；NO3﹣+8e﹣+7H2O=NH4++10OH﹣
（2）pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不导电，所以NO3﹣的去除率低
（3）Ⅱ；Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ ， 加入Fe2+之所以可以提高硝酸根离子的转化率主要因为减少了FeO（OH）的生成，增强了导电性，另外生成了H+ ， H+浓度增大，pH减小，使NO3﹣的转化率增大
（4）由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不导电，所以NO3﹣的去除率越低
【解析】解：（1）①Fe还原水体中NO3﹣ ， 则Fe作还原剂，失去电子，作负极，
故答案为：铁；
②NO3﹣在正极得电子发生还原反应产生NH4+ ， 根据电荷守恒写出离子方程式：NO3﹣+8e﹣+7H2O=NH4++10OH﹣ ，
故答案为：NO3﹣+8e﹣+7H2O=NH4++10OH﹣；
（2）pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不导电，所以NO3﹣的去除率低，
故答案为：pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不导电，所以NO3﹣的去除率低；
（3）①从右图可以看出只加入铁粉和只加入Fe2+ ， NO3﹣的去除率都不及同时加入铁和亚铁离子时NO3﹣的去除率高，说明不是应用了亚铁离子的还原性提高硝酸根的去除率，而是由于Fe2+破坏FeO（OH）氧化层，
故答案为：Ⅱ；
②同位素示踪法证实了Fe2+能与FeO（OH）反应生成Fe3O4 ， 离子方程式为：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ ， 加入Fe2+之所以可以提高硝酸根离子的转化率主要因为减少了FeO（OH）的生成，增强了导电性，另外生成了H+ ， H+浓度增大，pH减小，使NO3﹣的转化率增大，
故答案为：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ ， 加入Fe2+之所以可以提高硝酸根离子的转化率主要因为减少了FeO（OH）的生成，增强了导电性，另外生成了H+ ， H+浓度增大，pH减小，使NO3﹣的转化率增大；
（4）由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不导电，所以NO3﹣的去除率越低，
故答案为：由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不导电，所以NO3﹣的去除率越低．
（1）①Fe还原水体中NO3﹣ ， 则Fe作还原剂，失去电子，作负极；②NO3﹣在正极得电子发生还原反应产生NH4+；
（2）pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），FeO（OH）不导电，所以NO3﹣的去除率低；
（3）①从右图可以看出只加入铁粉和只加入Fe2+ ， NO3﹣的去除率都不及同时加入铁和亚铁离子时NO3﹣的去除率高，说明不是应用了亚铁离子的还原性提高硝酸根的去除率；②同位素示踪法证实了Fe2+能与FeO（OH）反应生成Fe3O4 ， 离子方程式为：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ ， 既减少了FeO（OH）的生成，增强了导电性，又生成了H+ ， H+浓度增大，pH减小，使NO3﹣的转化率增大；
（4）由于Fe3+的水解，所以pH越高，Fe3+越容易生成FeO（OH），FeO（OH）又不导电，所以NO3﹣的去除率越低．考查化学反应原理，涉及到的知识有电化学、氧化还原反应等，题中的Fe与NO3﹣的反应跟溶液酸碱性有关，抓住这一点是解题的关键，第Ⅱ问的解答有一定的难度，特别是阐述上的准确性．