Question

7．工农业废水以及生活污水的大量排放造成水体污染．工业上处理水体中NO₃^-的一种方法是零价铁化学还原法．某化学小组用废铁屑和硝酸盐溶液模拟此过程，实验如下：
（1）先用稀硫酸洗去废铁屑表面的铁诱，然后用蒸馏水将铁屑洗净．
①除锈反应的离子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
②判断铁屑洗净的方法是测最后一次洗涤液的pH，若为7，则说明铁屑已洗净．
（2）将KNO₃溶液的pH调至2.5．
①从氧化还原的角度分析调制溶液pH的原因是硝酸在酸性条件下的氧化性强，易被铁屑还原．
②研究发现，若pH偏低将会导致NO₃^-的去除率下降，其原因是铁粉与H⁺反应生成H₂．
（3）将上述处理过的足量铁屑投入（2）的溶液中．图1表示该反应过程中，体系内相关离子浓度、pH随时间变化关系．t₁时刻前该反应的离子方程式是4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O．
（4）工业上可用纳米铁粉处理地下水中的污染物．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2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-．
（5）铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）也可用于处理水中污染物．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，结果如图2所示：

①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能去除少量的Cu²⁺和Pb²⁺，其原因是活性炭对Cu²⁺和Pb²⁺具有吸附作用．
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，其主要原因是铁的质量分数的增加，碳铁混合物中国微电池数目减少．

Answer 1

分析 （1）①除锈是用强酸与氧化铁反应；②可以通测最后一次洗涤液的PH的方法成功判断铁屑是否洗净；
（2）①硝酸根离子在酸性条件下才具有强氧化性；
②pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气
（3）根据图示知道t₁时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则是金属铁和硝酸之间的反应；
（4）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^-，反应中只有Fe、H元素化合价发生变化，结合质量守恒、电荷守恒可写出离子方程式；
（5）①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，则只有碳粉，碳粉具有吸附性，可去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺；
②随着铁的质量分数的增加，形成的微电池数目减少，则Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降．

解答 解：（1）①除锈是用强酸与氧化铁反应，所以离子方程式反应为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
②铁屑洗净的方法是测最后一次洗涤液的PH的方法成功判断铁屑是否洗净，故答案为：测最后一次洗涤液的pH，若为7，则说明铁屑已洗净；
（2）①pH调至2.5，是因为硝酸在酸性条件下的氧化性强，易被铁屑还原，故答案为：硝酸在酸性条件下的氧化性强，易被铁屑还原；
②pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气，可导致NO₃^-的去除率下降，故答案为：铁粉与H⁺反应生成H₂；
（3）根据图示知道t₁时刻前，硝酸根离子、氢离子浓度逐渐减小，亚铁离子浓度增大，则是金属铁和硝酸之间的反应，即4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；故答案为：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
（4）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^-，反应中只有Fe、H元素化合价发生变化，发生氧化还原反应，离子方程式为2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-，
故答案为：2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-；
（5）①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，则只有碳粉，可去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，原因是碳粉具有吸附性，也可起到净水的作用，
故答案为：活性炭对Cu²⁺和Pb²⁺具有吸附作用；
②随着铁的质量分数的增加，形成的微电池数目减少，反应速率减小，则Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，
故答案为：铁的质量分数的增加，碳铁混合物中微电池数目减少．

点评 本题考查了化学方程式的书写、化学反应速率的影响因素、化学实验方案的判断等知识，题目难度较大知识点较多、综合性强，熟练掌握知识的迁移和应用是解答本题的关键，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．