Question

7．地下水受到硝酸鹽污染已成為世界范圍內(nèi)一個(gè)相當(dāng)普遍的環(huán)境問題．用零價(jià)鐵去除水體中的硝酸鹽（NO₃^-）是地下水修復(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．

作負(fù)極的物質(zhì)是鐵；正極的電極反應(yīng)式是NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O．
（2）將足量鐵粉投入水體中，測(cè)定NO₃^-去除率和pH，結(jié)果如表：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
1小時(shí)pH	接近中性	接近中性
24小時(shí)pHNO3-的去除率	接近100%	＜50%
鐵的最終物質(zhì)形態(tài)

在pH=4.5的水體中，NO₃^-的去除率低的原因是FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移．
（3）為提高pH=4.5的水體中NO₃^-的去除率，某課題組在初始pH=4.5的水體中分別投入①Fe²⁺、②Fe、③Fe和Fe²⁺做對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2：①此實(shí)驗(yàn)可得出的結(jié)論是本實(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，F(xiàn)e²⁺的作用可能是Fe²⁺將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe₃O₄．表中NO₃^-去除率和鐵的最終物質(zhì)形態(tài)不同的原因初始pH低時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺充足；初始pH高時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺不足．
（4）地下水呈中性，在此條件下，要提高NO₃^-的去除速率，可采取的措施有減小鐵粉的顆粒大小，增大反應(yīng)接觸面積或加入活性炭，形成微電池．（寫出一條）

Answer 1

分析 （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）pH越高，F(xiàn)e³⁺越易水解生成FeO（OH）；
（3）由圖可知，只投入亞鐵離子硝酸根離子的去除率接近為0，所以亞鐵離子與硝酸根離子不反應(yīng)，而在Fe和Fe²⁺共同作用下能提高NO₃^-的去除率；Fe²⁺將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe₃O₄，初始pH低時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺充足；初始pH高時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺不足；
（4）可以通過改顆粒的大小，來加快化學(xué)反應(yīng)的速率．

解答 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，發(fā)生離子方程式為：Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺，故答案為：FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移；
（3）由圖可知，只投入亞鐵離子硝酸根離子的去除率接近為0，所以亞鐵離子與硝酸根離子不反應(yīng)，而在Fe和Fe²⁺共同作用下能提高NO₃^-的去除率；Fe²⁺將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe₃O₄，初始pH低時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺充足；初始pH高時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺不足，
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； Fe²⁺將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe₃O₄；初始pH低時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺充足；初始pH高時(shí)，產(chǎn)生的Fe²⁺不足；
（4）可以通過改顆粒的大小，減小鐵粉的顆粒大小，增大反應(yīng)接觸面積或加入活性炭，形成微電池，故答案為：減小鐵粉的顆粒大小，增大反應(yīng)接觸面積或加入活性炭，形成微電池．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及電化學(xué)、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，題中的Fe與NO₃^-的反應(yīng)跟溶液酸堿性有關(guān)，抓住這一點(diǎn)是解題的關(guān)鍵，難度不大．