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【題目】用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO3)已成為環境修復研究的熱點之一。

(1)Fe還原水體中NO3的反應原理如圖所示。

①作負極的物質是__________。

②正極的電極反應式是__________。

(2)將足量鐵粉投入水體中,經 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

pH=4.5 時,NO3的去除率低,其原因是_____________。

(3)實驗發現: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:

.Fe2直接還原NO3;

.Fe2破壞 FeO(OH)氧化層。

①做對比實驗,結果如圖所示,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。結合該反應的離子方程式,解釋加入 Fe2提高NO3去除率的原因:_____________

(4) 其他條件與(2)相同,經 1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

10%

3%

1小時pH

接近中性

接近中性

與(2)中數據對比,解釋(2)中初始 pH不同時,NO3去除率和鐵的最終物質形態不同的原因:_______

【答案】 NO3+8e+10H+=NH4++3H2O 因為鐵表面生成不導電的 FeO(OH),阻止反應進一步發生 本實驗條件下, Fe2+不能直接還原 NO3-; Fe 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,有利于反應的進行,使 NO3-的去除率提高 pH 較小,則產生的 Fe2+濃度大,利于形成導電的Fe3O4,使反應進行的更完全;pH 高,則產生的 Fe2+濃度小,利于形成不導電的 FeO(OH),從而造成NO3-去除率率低。

【解析】(1)①由圖中物質變化分析,Fe變化為Fe3O4是被氧化過程,則鐵作原電池的負極;②由硝酸根到銨根可知,硝酸根被還原為氨氣,氨氣在酸性環境中生成銨根,正極的電極反應式為:NO3+8e+10H+=NH4++3H2O;(2)pH對硝酸根去除率的影響來看,初始pH=4.5時去除率低,主要是因為鐵離子容易水解生成FeO(OH),同時生成的Fe3O4產率降低,且生成的FeO(OH)不導電,所以NO3-的去除率低;(3)①從圖中可以看出只加入鐵粉和只加入Fe2+NO3-的去除率都不如同時加入鐵和亞鐵離子的去除率高,說明不是由于亞鐵離子的還原性提高了硝酸根的去除率,而是由于Fe2+破壞FeO(OH)生成了四氧化三鐵;②同位互示蹤法證實亞鐵離子秘FeO(OH)反應生成四氧化鐵,該反應離子方程式為:Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+,加入亞鐵離子之所以可以提高硝酸根離子的轉化率主要因為減少了FeO(OH)的生成,生成更多的四氧化三鐵,增強了導電性另外pH較小,可以使pH增大的速度減慢,使硝酸根離子轉化率增大;(4)鐵與鹽酸反應,初始pH較小,氫離子濃度高,產生的亞鐵離子濃度大,促使FeO(OH)轉化為可導電的四氧化三鐵,使反應進行的更完全;初始pH較大時,由于三價鐵的水解,三價鐵越容易生成FeO(OH),產生的亞鐵離子濃度高小從而造成硝酸根離子去除率和的鐵的最終物質。

練習冊系列答案
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