Question

【题目】地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。某课题组模拟地下水脱氮过程，利用如下装置探究Fe粉和KNO3溶液反应及相关因素对脱氮速率的影响。

实验过程如下：

Ⅰ．原料预处理：①先用0.1mol·L-1H2SO4洗涤Fe粉，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将0.01mol/L KNO3溶液的pH调至2.5；③打开弹簧夹，缓慢通入N2，并保持后续反应均在N2氛围中进行；

Ⅱ．加入KNO3酸性溶液100mL，一段时间后铁粉部分溶解，溶液逐渐变为浅绿色；待铁粉不再溶解，静置后发现，剩余固体表面有少量白色物质附着；

Ⅲ．过滤剩余固体时，表面的白色物质变为红褐色；

Ⅳ．检测到滤液中存在NO3－、NH4+、Fe2+。

（1）步骤Ⅰ中用0.1mol L-1H2SO4洗涤Fe粉的目的是 ，通入N2并保持后续反应均在N2氛围中进行的目的是 。

（2）白色物质是 ，用化学方程式解释其变为红褐色的原因： 。

（3）用K3[Fe(CN)6]检验滤液中Fe2+ 的实验方案是 。

（4）取少量滤液，向其中加入几滴KSCN溶液，无明显现象；再加入几滴稀硫酸，溶液呈红色。溶液变成红色的原因是 。

（5）该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三：

①假设一：溶液的pH；假设二：____________________；假设二：____________________；

②设计实验验证上述假设一，请完善实验步骤及结论。（已知：溶液中的NO3－浓度可用离子色谱仪测定）

实验步骤：

ⅰ．分别取 的KNO3溶液于不同的试管中；

ⅱ．调节溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2；

ⅲ．分别向上述溶液中加入足量等质量的同种铁粉；

ⅳ．用离子色谱仪测定相同时间内各溶液中NO3－浓度。

实验结论： 。

Answer 1

【答案】

（1）除去铁粉表面的氧化物等杂质（1分）

避免空气中的氧气对铁和硝酸根离子的反应产生干扰（1分）

（2）Fe(OH)2（1分） 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3（2分）

（3）取滤液，向其中滴加几滴K3[Fe(CN)6]，若观察到蓝色沉淀，则证明滤液中存在二价铁离子（2分）

（4）溶液中存在二价铁离子和硝酸根离子，加入氢离子后，发生反应3Fe2++NO3－+4H+=3Fe3++ NO↑+2H2O。生成的三价铁离子与SCN－反应使溶液变红（2分）

（5）①温度（1分） 铁粉颗粒大小（1分）

②等体积、等浓度（1分）

若pH不同的KNO3溶液中，测出的NO3－浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响

（1分）

【解析】

试题分析：

（1）H2SO4能够与金属氧化物反应，用0.1mol·L-1H2SO4洗涤Fe粉的目的是去除铁粉表面的氧化物等杂质；为了避免空气中的氧气对铁和硝酸根离子的反应产生干扰，需要通入N2并保持后续反应均在N2氛围中进行，故答案为：去除铁粉表面的氧化物等杂质；避免空气中的氧气对铁和硝酸根离子的反应产生干扰。

（2）根据实验现象：一段时间后铁粉部分溶解，溶液逐渐变为浅绿色，白色物质是Fe(OH)2；Fe(OH)2在空气中容易被氧化为氢氧化铁，化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)2；4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。

（3）检验滤液中Fe2+ 的实验步骤为取滤液，向其中滴加几滴K3[Fe(CN)6]，若观察到蓝色沉淀，则证明滤液中存在二价铁离子，故答案为：取滤液，向其中滴加几滴K3[Fe(CN)6]，若观察到蓝色沉淀，则证明滤液中存在二价铁离子。

（4）取少量滤液，向其中加入几滴KSCN溶液，无明显现象；再加入几滴稀硫酸，溶液呈红色是因为溶液中存在二价铁离子和硝酸根离子，加入氢离子后，发生反应3Fe2++NO3－+4H+=3Fe3++ NO↑ +2H2O。生成的三价铁离子与SCN－反应使溶液变红，故答案为：溶液中存在二价铁离子和硝酸根离子，加入氢离子后，发生反应3Fe2++NO3－+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O。生成的三价铁离子与SCN－反应使溶液变红。

（5）根据影响化学反应速率的因素分析，①假设一：溶液的pH；假设二：温度；假设二：铁粉颗粒大小，故答案为：温度；铁粉颗粒大小；②根据影响化学反应速率的因素，实验设计时需要保证只有一个因素不同，其他因素相同来设计， 实验步骤中ⅰ．分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中；根据步骤ⅱ可知，若pH不同的KNO3溶液中，测出的NO3－浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响，故答案为：等体积、等浓度；若pH不同的KNO3溶液中，测出的NO3－浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响。