Question

【题目】铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。

（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72－的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72－转化为Cr3+，其电极反应式为_____________。

（2）在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除率，结果如右图所示。

①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，其原因是__________。

②当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时，随着铁的质量分数的增加，Cu2+和Pb2+的去除率不升反降，其主要原因是_____________。

（3）纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。

①一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH4－（B元素的化合价为+3）与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)4－，其离子方程式为 。

②纳米铁粉与水中NO3－反应的离子方程式为 4Fe+ NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，研究发现，若pH偏低将会导致NO3－的去除率下降，其原因是 。

③相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3－的速率有较大差异（见右图），产生该差异的可能原因是 。

Answer 1

【答案】（1）Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O；（2）①活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用

②铁的质量分数增加，铁炭混合物中微电池数目减少；

（3）①2Fe2++BH4-+4OH－="2Fe+" B(OH)4－+2H2↑；②纳米铁粉与H＋反应生成H2；

③Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－的反应（或形成的Fe－Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3－的反应速率）。

【解析】

试题（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72-的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72-获得电子，被还原产生Cr3+，则正极上发生的电极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O；；

（2）①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，原因是活性炭是酥松多孔的物质，表面积大，吸附力强，可以吸附水中少量的Cu2+和Pb2+，从而可以降低水中Cu2+和Pb2+的浓度；②由于金属活动性Fe>Pb>Cu，所以把铁加入到含有少量的Cu2+和Pb2+的水中时，会发生置换反应：Fe+Pb2+=Fe2++Pb；Fe+Cu2+=Fe2++Cu，反应置换出的Cu、Pb单质附着在铁的表面，使Fe不能与溶液中的金属离子接触，会阻止反应的进一步发生，因此当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时，随着铁的质量分数的增加，铁炭混合物中微电池数目减少，Cu2+和Pb2+的去除率不升反降；

（3）①一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH4-（B元素的化合价为+3）与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)4-，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式为2Fe2++BH4-+4OH－=2Fe+B(OH)4－+2H2↑；②纳米铁粉与水中NO3-反应的离子方程式为4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，若pH偏低，则溶液的酸性增强，会发生反应Fe+2H+=Fe2++H2↑；导致NO3-的去除率下降；③根据图像可知，在相同条件下，纳米铁粉去除含有Cu2+的水溶液的NO3-的速率较快，原因可能原因是Cu2+对反应起促进作用，Cu2+是该反应的催化剂，即Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－的反应。