题目内容
【题目】用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热点之一。
(1)Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。
①作负极的物质是_________。
②正极的电极反应式是_________。
(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定NO3-的去除率和pH,结果如下:
初始pH | pH=2.5 | pH=4.5 |
NO3-的去除率 | 接近100% | <50% |
24小时pH | 接近中性 | 接近中性 |
铁的最终物质形态 |
pH=4.5时,NO3-的去除率低。其原因是_________。
(3)其他条件与(2)相同,经1小时测定NO3-的去除率和pH,结果如下:
初始pH | pH=2.5 | pH=4.5 |
NO3-的去除率 | 约10% | 约3% |
1小时pH | 接近中性 | 接近中性 |
与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,NO3-去除率和铁的最终物质形态不同的原因:_________。
【答案】铁 NO3-+8e-+10H+= NH4++3H2O 因为铁表面生成不导电的FeO(OH),阻止反应进一步发生 Fe+2H+=Fe2++H2↑,初始pH较小,氢离子浓度高,产生的Fe2+浓度大,促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,使反应进行的更完全,初始pH高时,产生的Fe2+浓度小,从而造成NO3-去除率和铁的最终物质形态不同
【解析】
(1)①Fe还原水体中NO3-,根据题意Fe3O4为电解质,Fe作还原剂,失去电子,发生氧化反应,作原电池的负极;
②NO3-在正极得电子发生还原反应产生NH4+,根据电荷守恒及原子守恒书写电极反应式;
(2)由于Fe3O4为电解质,而电解质主要作用是为电子转移提供媒介,然后根据FeO(OH)不导电进行分析;
(3)根据Fe2+的作用进行分析。
(1)①Fe是活泼的金属,根据还原水体中的NO3-的反应原理图可知,Fe失去电子被氧化,作原电池的负极;
②正极上NO3-得到电子发生还原反应变为NH4+,结合元素和电荷守恒可知电极反应式为:NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O;
(2)从pH对硝酸根去除率的影响来看,初始pH=4.5时去除率低,主要是因为铁表面产生了不导电的FeO(OH),阻止反应进一步发生;
(3)Fe+2H+=Fe2++H2↑,初始时溶液的pH较小,溶液中氢离子浓度高,产生的Fe2+浓度较大,促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,因而使NO3-去除反应进行的更完全;当初始pH高时,由于产生的Fe2+浓度小,从而造成NO3-去除率和铁的最终物质形态不同,因而NO3-去除率降低。
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)