Question

铁屑可用于地下水脱氮，其实验室研究步骤如下：
Ⅰ、将铁屑浸泡在0.5 mol/L盐酸中进行预处理。
Ⅱ、30 min后，用去离子水反复冲洗，至冲洗后液体的pH为中性。在N₂保护下烘干备用。
Ⅲ、在蒸馏水中加入硝酸钾配制硝酸钾溶液。
Ⅳ、将酸预处理后的铁屑加入硝酸钾溶液中。
请回答：
（1）盐酸溶解Fe₂O₃的离子方程式是      。
（2）烘干时需要在N₂保护下进行的原因是      。
（3）将步骤Ⅱ中冲洗后的溶液在空气中加热蒸发灼烧，最终得到的固体是     。
（4）将酸性条件下，铁与NO₃^－反应的离子方程式补充完整：

（5）已知活性炭能吸附NH₄^＋ 、OH^－。步骤Ⅳ中操作时将铁屑和活性炭同时加入硝酸钾溶液中，可以提高脱氮的效果，其原因是     。
（6）研究表明溶液pH会影响铁屑脱氮的效果，反应体系的pH分别控制在4 和8. 5 时，NO₃^－的去除率分别为90% 和15%。正常地下水中含有CO₃^2－，会影响脱氮的效果，用化学用语和文字简述其原因     。

Answer 1

（1）Fe₂O₃+ 6H⁺= 2Fe³⁺ +3H₂O （2）防止铁屑在空气中被氧化  （3）Fe₂O₃
（4）4 Fe + NO₃^－+ 10H⁺=4 Fe²⁺ + NH₄^＋ +3H₂O 
（5）活性炭的添加使其和铁构成了无数个微小的铁碳原电池加快反应速率，其次活性炭吸附生成物NH₄^＋ 、OH^－能降低出水中的NH₄^＋的浓度。（并且能降低出水pH 值，这可能是因为活性炭能够吸附OH^－。）
（6）CO₃^2－+H₂O HCO₃^－+ OH^－增大了溶液的pH会降低脱氮效果；Fe²⁺ + CO₃^2－= FeCO₃↓覆盖在反应物的表面阻止反应进行。

试题分析：（1）盐酸能与金属氧化物发生反应得到可溶性盐酸盐和水，HCl溶解Fe₂O₃的离子方程式是Fe₂O₃+ 6H⁺= 2Fe³⁺ +3H₂O。（2）烘干时需要在N₂保护下进行否则铁屑在空气中被氧化。（3）将步骤Ⅱ中冲洗后的溶液为FeCl₂,它是强酸弱碱盐，在溶液中会发生水解反应FeCl₂+2H₂OFe(OH)₂+2HCl，随着不断加热，水分蒸发。促进盐的水解，由于HCl有挥发性会逸出，所以得到固体Fe(OH)_2。而Fe(OH)₂不稳定，会被空气中的氧气氧化为Fe(OH)₃.在空气中加热灼烧，发生分解反应2Fe(OH)₃Fe₂O₃+3H₂O.因此最终得到的固体是Fe₂O₃。（4）根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒可得将酸性条件下，铁与NO₃^－反应的离子方程式为：4 Fe + NO₃^－+ 10H⁺=4 Fe²⁺ + NH₄^＋ +3H₂O。（5）添加活性炭后，在溶液中C与铁构成了无数个微小的铁碳原电池加快反应速率；此外活性炭吸附生成物NH₄^＋ 、OH^－能降低出水中的NH₄^＋的浓度及降低水溶液的pH 值。（6）在正常地下水中含有CO₃^2－。它会发生水解反应： CO₃^2- +H₂OOH^-+HCO₃^-，使溶液显碱性，溶液的pH的增大会降低脱氮效果；此外还会发生沉淀反应：Fe²⁺ + CO₃^2－= FeCO₃↓覆盖在反应物的表面阻止反应进行。