Question

17．鐵炭混合物（鐵屑和活性炭的混合物）、納米鐵粉均可用于處理水中污染物．

（1）鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池．將含有Cr₂O₇^2-的酸性廢水通過鐵炭混合物，在微電池正極上Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，其電極反應(yīng)式為Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-=2Cr³⁺+7H₂O．
（2）在相同條件下，測量總質(zhì)量相同、鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的鐵炭混合物對水中Cu²⁺和Pb²⁺的去除率，結(jié)果如圖1所示．
①當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時，也能去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，其原因是活性炭對Cu²⁺和Pb²⁺具有吸附作用．
②當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%時，隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，其主要原因是鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，碳鐵混合物形成的微電池數(shù)目減少．
（3）納米鐵粉可用于處理地下水中的污染物．
①一定條件下，向FeSO₄溶液中滴加堿性NaBH₄溶液，溶液中BH₄^-（B元素的化合價為+3）與Fe²⁺反應(yīng)生成納米鐵粉、H₂和B（OH）₄^-，其離子方程式為2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-．
②納米鐵粉與水中NO₃^-反應(yīng)的離子方程式為
4Fe+NO₃^-+10H⁺═4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O
研究發(fā)現(xiàn)，若pH偏低將會導(dǎo)致NO₃^-的去除率下降，其原因是納米鐵粉與氫離子反應(yīng)生成氫氣．
③相同條件下，納米鐵粉去除不同水樣中NO₃^-的速率有較大差異（見圖2），產(chǎn)生該差異的可能原因是Cu或Cu²⁺催化納米鐵粉去除NO₃^-的反應(yīng)（或形成Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO₃^-的反應(yīng)速率）．

Answer 1

分析 （1）正極上Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合電荷守恒書寫電極方程式；
（2）①當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時，則只有碳粉，碳粉具有吸附性，可去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺；
②隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，形成的微電池數(shù)目減少，則Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降；
（3）①向FeSO₄溶液中滴加堿性NaBH₄溶液，溶液中BH₄^-（B元素的化合價為+3）與Fe²⁺反應(yīng)生成納米鐵粉、H₂和B（OH）₄^-，反應(yīng)中只有Fe、H元素化合價發(fā)生變化，結(jié)合質(zhì)量守恒、電荷守恒可寫出離子方程式；
②pH偏低，氫離子濃度偏大，則鐵可與氫離子反應(yīng)生成氫氣；
③由圖2可知銅離子濃度越大，去除率越大，銅離子可起到催化作用，也可能形成原電池反應(yīng)．

解答 解：（1）正極上Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，發(fā)生還原反應(yīng)，在酸性溶液中，電極方程式為Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-=2Cr³⁺+7H₂O，故答案為：Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-=2Cr³⁺+7H₂O；
（2）①當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時，則只有碳粉，可去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，原因是碳粉具有吸附性，也可起到凈水的作用，
故答案為：活性炭對Cu²⁺和Pb²⁺具有吸附作用；
②隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，形成的微電池數(shù)目減少，反應(yīng)速率減小，則Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，
故答案為：鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，碳鐵混合物形成的微電池數(shù)目減少；
（3）①向FeSO₄溶液中滴加堿性NaBH₄溶液，溶液中BH₄^-（B元素的化合價為+3）與Fe²⁺反應(yīng)生成納米鐵粉、H₂和B（OH）₄^-，反應(yīng)中只有Fe、H元素化合價發(fā)生變化，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-，
故答案為：2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-；
②pH偏低，氫離子濃度偏大，則鐵可與氫離子反應(yīng)生成氫氣，可導(dǎo)致NO₃^-的去除率下降，故答案為：納米鐵粉與氫離子反應(yīng)生成氫氣；
③由圖2可知銅離子濃度越大，去除率越大，銅離子可起到催化作用，也可能形成原電池反應(yīng)，
故答案為：Cu或Cu²⁺催化納米鐵粉去除NO₃^-的反應(yīng)（或形成Fe-Cu原電池增大納米鐵粉去除NO₃^-的反應(yīng)速率）．

點評 本題考查物質(zhì)的分離、提純，側(cè)重于化學(xué)與生后、環(huán)境的考查，題目有利于培養(yǎng)學(xué)生的良好的科學(xué)素養(yǎng)，側(cè)重于考查學(xué)生的分析、實驗?zāi)芰Φ目疾�，注意把握提給信息以及物質(zhì)的性質(zhì)，為解答該題的關(guān)鍵，難度中等．