Question

鐵屑可用于地下水脫氮，其實驗室研究步驟如下：
Ⅰ、將鐵屑浸泡在0.5 mol/L鹽酸中進行預處理。
Ⅱ、30 min后，用去離子水反復沖洗，至沖洗后液體的pH為中性。在N₂保護下烘干備用。
Ⅲ、在蒸餾水中加入硝酸鉀配制硝酸鉀溶液。
Ⅳ、將酸預處理后的鐵屑加入硝酸鉀溶液中。
請回答：
（1）鹽酸溶解Fe₂O₃的離子方程式是      。
（2）烘干時需要在N₂保護下進行的原因是      。
（3）將步驟Ⅱ中沖洗后的溶液在空氣中加熱蒸發(fā)灼燒，最終得到的固體是     。
（4）將酸性條件下，鐵與NO₃^－反應的離子方程式補充完整：

（5）已知活性炭能吸附NH₄^＋ 、OH^－。步驟Ⅳ中操作時將鐵屑和活性炭同時加入硝酸鉀溶液中，可以提高脫氮的效果，其原因是     。
（6）研究表明溶液pH會影響鐵屑脫氮的效果，反應體系的pH分別控制在4 和8. 5 時，NO₃^－的去除率分別為90% 和15%。正常地下水中含有CO₃^2－，會影響脫氮的效果，用化學用語和文字簡述其原因     。

Answer 1

（1）Fe₂O₃+ 6H⁺= 2Fe³⁺ +3H₂O （2）防止鐵屑在空氣中被氧化  （3）Fe₂O₃
（4）4 Fe + NO₃^－+ 10H⁺=4 Fe²⁺ + NH₄^＋ +3H₂O 
（5）活性炭的添加使其和鐵構成了無數(shù)個微小的鐵碳原電池加快反應速率，其次活性炭吸附生成物NH₄^＋ 、OH^－能降低出水中的NH₄^＋的濃度。（并且能降低出水pH 值，這可能是因為活性炭能夠吸附OH^－。）
（6）CO₃^2－+H₂O HCO₃^－+ OH^－增大了溶液的pH會降低脫氮效果；Fe²⁺ + CO₃^2－= FeCO₃↓覆蓋在反應物的表面阻止反應進行。

試題分析：（1）鹽酸能與金屬氧化物發(fā)生反應得到可溶性鹽酸鹽和水，HCl溶解Fe₂O₃的離子方程式是Fe₂O₃+ 6H⁺= 2Fe³⁺ +3H₂O。（2）烘干時需要在N₂保護下進行否則鐵屑在空氣中被氧化。（3）將步驟Ⅱ中沖洗后的溶液為FeCl₂,它是強酸弱堿鹽，在溶液中會發(fā)生水解反應FeCl₂+2H₂OFe(OH)₂+2HCl，隨著不斷加熱，水分蒸發(fā)。促進鹽的水解，由于HCl有揮發(fā)性會逸出，所以得到固體Fe(OH)_2。而Fe(OH)₂不穩(wěn)定，會被空氣中的氧氣氧化為Fe(OH)₃.在空氣中加熱灼燒，發(fā)生分解反應2Fe(OH)₃Fe₂O₃+3H₂O.因此最終得到的固體是Fe₂O₃。（4）根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒可得將酸性條件下，鐵與NO₃^－反應的離子方程式為：4 Fe + NO₃^－+ 10H⁺=4 Fe²⁺ + NH₄^＋ +3H₂O。（5）添加活性炭后，在溶液中C與鐵構成了無數(shù)個微小的鐵碳原電池加快反應速率；此外活性炭吸附生成物NH₄^＋ 、OH^－能降低出水中的NH₄^＋的濃度及降低水溶液的pH 值。（6）在正常地下水中含有CO₃^2－。它會發(fā)生水解反應： CO₃^2- +H₂OOH^-+HCO₃^-，使溶液顯堿性，溶液的pH的增大會降低脫氮效果；此外還會發(fā)生沉淀反應：Fe²⁺ + CO₃^2－= FeCO₃↓覆蓋在反應物的表面阻止反應進行。