【題目】用零價(jià)鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO3-)已成為環(huán)境修復(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。

①作負(fù)極的物質(zhì)化學(xué)式為___________

②正極的電極反應(yīng)式是_________________________________________。

(2)將足量鐵粉投入水體中,經(jīng)24小時(shí)測(cè)定NO3-的去除率和pH,結(jié)果如下:

初始pH

pH=2.5

pH=4.5

NO3-的去除率

接近100%

<50%

24小時(shí)pH

接近中性

接近中性

鐵的最終物質(zhì)形態(tài)

pH=4.5時(shí),NO3-的去除率低。其原因是_____________________________________。

(3)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在初始pH=4.5的水體中投入足量鐵粉的同時(shí),補(bǔ)充一定量的Fe2+可以明顯提高NO3-的去除率。對(duì)Fe2+的作用提出兩種假設(shè):

Ⅰ.Fe2+直接還原NO3-;

Ⅱ.Fe2+破壞FeO(OH)氧化層。

①做對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖2所示,可得到的結(jié)論是____________________。

②同位素示蹤法證實(shí)Fe2+能與FeO(OH)反應(yīng)生成Fe3O4,該反應(yīng)的離子方程式為_________,解釋加入Fe2+提高NO3-去除率的原因:_____________________________________。

【答案】Fe NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O FeO(OH)不導(dǎo)電,阻礙電子轉(zhuǎn)移 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++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ Fe2+將不導(dǎo)電的FeO(OH)轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4,利于電子轉(zhuǎn)移

【解析】

(1)原電池中負(fù)極材料失電子,正極是NO3-得電子生成NH4+

(2)根據(jù)圖示pH=4.5生成了較多的FeO(OH),F(xiàn)eO(OH)不導(dǎo)電;

(3)①根據(jù)圖2可知,只加入Fe2+的水中NO3-的去除率為0,加入Fe2+、Fe的水中NO3-的去除率最高;

②根據(jù)得失電子守恒配平Fe2+與FeO(OH)反應(yīng)生成Fe3O4的離子方程式;

(1)①原電池中負(fù)極材料失電子,根據(jù)圖1,鐵失電子,所以作負(fù)極的物質(zhì)化學(xué)式為Fe;

②根據(jù)示意圖,正極是NO3-得電子生成NH4+,正極的電極反應(yīng)式是NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O;

2)根據(jù)圖示,pH=4.5時(shí),NO3-的去除率低的原因是:pH=4.5生成了較多的FeOOH),FeOOH)不導(dǎo)電,阻礙電子轉(zhuǎn)移,所以NO3-的去除率低;

(3)①根據(jù)圖2可知,只加入Fe2+的水中NO3-的去除率為0,加入Fe2+、Fe的水中NO3-的去除率最高,可得到的結(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;

②根據(jù)得失電子守恒,F(xiàn)e2+與FeO(OH)反應(yīng)生成Fe3O4的離子方程式是Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+;加入Fe2+提高NO3-去除率的原因是:Fe2+將不導(dǎo)電的FeO(OH)轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4,利于電子轉(zhuǎn)移,所以加入Fe2+提高NO3-去除率。

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(2)加入的NaClO可與Mn2+反應(yīng):Mn2++ClO-+H2O=MnO2↓+2H++Cl還有一種離子也會(huì)被NaClO氧化,該反應(yīng)的離子方程式為___________________________;濾渣中除含有氫氧化鐵、氫氧化鋁外還有_________

(3)在“除鈣”前需檢驗(yàn)濾液中Fe3+是否被除盡,簡(jiǎn)述檢驗(yàn)方法_____________________

(4)已知硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度如下表

“除鈣”是將;硫酸鎂和硫酸鈣混合溶液中的硫酸鈣除去根據(jù)上表數(shù)據(jù),采取的操作是_______________、趁熱過濾、_____________________,便得到比較純凈的硫酸鎂。

(5)實(shí)驗(yàn)中提供的硼鎂泥共100g,得到的MgSO4·7H2O為172.2g,則MgSO4·7H2O的產(chǎn)率為__________________。

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