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。

1Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。

作负极的物质是________

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)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高NO3的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设:

Ⅰ. Fe2+直接还原NO3

Ⅱ. Fe2+破坏FeOOH)氧化层。

做对比实验,结果如右图所示,可得到的结论是_______

同位素示踪法证实Fe2+能与FeOOH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入Fe2+提高NO3去除率的原因:______

pH =4.5(其他条件相同)

4)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

10%

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】1②NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O

2FeO(OH)不导电,阻碍电子转移

3本实验条件下,Fe2+不能直接还原NO3-;在FeFe2+共同作用下能提高NO3-的去除率。

②Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+Fe2+将不导电的FeOOH)转化为可导电的Fe3O4,利于电子的转移。

4)初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的Fe2+不足。

【解析】

试题用零价铁去除水体中的硝酸盐,(1①Fe还原水体中的NO3-的反应原理图可知,Fe被氧化作负极,答案为:铁;正极是硝酸根离子被还原为NH4+,该溶液为酸性电解质溶液,结合元素和电荷守恒可知电极反应式为:NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O,答案为: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,主要是应为铁离子容易水解生成FeO(OH),同时生成的Fe3O4产率降低,且生成的FeO(OH)不导电,所以NO3-的去除率低,答案为:FeO(OH)不导电,阻碍电子转移,(3从右图可以看出只加入铁粉和只加入Fe2+NO3-的去除率都不及同时加入铁和亚铁离子硝酸根的去除率高,说明不是应用了亚铁离子的还原性提高的硝酸根的去除率的,而是由于Fe2+破坏FeO(OH)生成了四氧化三铁,答案为:本实验条件下,Fe2+不能直接还原NO3-;在FeFe2+共同作用下能提高NO3-的去除率;同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成四氧化三铁,该反应的离子方程式为:Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+,加入Fe2+之所以可以提高硝酸根离子的转化率主要因为较少了FeOOH)的生成,生成更多的Fe3O4,增强了导电性,另外生成了H+,可以是pH增大的速度减慢,使NO3-的转化率增大;(4)由于Fe3+的水解,所以pH越高,Fe3+越容易生成FeO(OH)FeO(OH)又不导电,所以NO3-的去除率越低,答案为:初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的Fe2+不足

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