Question

7．地下水受到硝酸盐污染已成为世界范围内一个相当普遍的环境问题．用零价铁去除水体中的硝酸盐（NO₃^-）是地下水修复研究的热点之一．
（1）Fe还原水体中NO₃^-的反应原理如图1所示．

作负极的物质是铁；正极的电极反应式是NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O．
（2）将足量铁粉投入水体中，测定NO₃^-去除率和pH，结果如表：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
1小时pH	接近中性	接近中性
24小时pHNO3-的去除率	接近100%	＜50%
铁的最终物质形态

在pH=4.5的水体中，NO₃^-的去除率低的原因是FeO（OH）不导电，阻碍电子转移．
（3）为提高pH=4.5的水体中NO₃^-的去除率，某课题组在初始pH=4.5的水体中分别投入①Fe²⁺、②Fe、③Fe和Fe²⁺做对比实验结果如图2：①此实验可得出的结论是本实验条件下，Fe²⁺不能直接还原NO₃^-，在Fe和Fe²⁺共同作用下能提高NO₃^-的去除率，Fe²⁺的作用可能是Fe²⁺将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe₃O₄．表中NO₃^-去除率和铁的最终物质形态不同的原因初始pH低时，产生的Fe²⁺充足；初始pH高时，产生的Fe²⁺不足．
（4）地下水呈中性，在此条件下，要提高NO₃^-的去除速率，可采取的措施有减小铁粉的颗粒大小，增大反应接触面积或加入活性炭，形成微电池．（写出一条）

Answer 1

分析 （1）①Fe还原水体中NO₃^-，根据题意Fe₃O₄为电解质，则Fe作还原剂，失去电子，作负极；
②NO₃^-在正极得电子发生还原反应产生NH₄⁺，根据图2信息可知为酸性环境；
（2）pH越高，Fe³⁺越易水解生成FeO（OH）；
（3）由图可知，只投入亚铁离子硝酸根离子的去除率接近为0，所以亚铁离子与硝酸根离子不反应，而在Fe和Fe²⁺共同作用下能提高NO₃^-的去除率；Fe²⁺将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe₃O₄，初始pH低时，产生的Fe²⁺充足；初始pH高时，产生的Fe²⁺不足；
（4）可以通过改颗粒的大小，来加快化学反应的速率．

解答 解：（1）①Fe还原水体中NO₃^-，则Fe作还原剂，失去电子，作负极，
故答案为：铁；
②NO₃^-在正极得电子发生还原反应产生NH₄⁺，根据图2信息可知为酸性环境，则正极的电极反应式为：NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O，
故答案为：NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O；
（2）pH越高，Fe³⁺越易水解生成FeO（OH），而FeO（OH）不导电，阻碍电子转移，所以NO₃^-的去除率低，发生离子方程式为：Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺，故答案为：FeO（OH）不导电，阻碍电子转移；
（3）由图可知，只投入亚铁离子硝酸根离子的去除率接近为0，所以亚铁离子与硝酸根离子不反应，而在Fe和Fe²⁺共同作用下能提高NO₃^-的去除率；Fe²⁺将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe₃O₄，初始pH低时，产生的Fe²⁺充足；初始pH高时，产生的Fe²⁺不足，
故答案为：本实验条件下，Fe²⁺不能直接还原NO₃^-，在Fe和Fe²⁺共同作用下能提高NO₃^-的去除率； Fe²⁺将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe₃O₄；初始pH低时，产生的Fe²⁺充足；初始pH高时，产生的Fe²⁺不足；
（4）可以通过改颗粒的大小，减小铁粉的颗粒大小，增大反应接触面积或加入活性炭，形成微电池，故答案为：减小铁粉的颗粒大小，增大反应接触面积或加入活性炭，形成微电池．

点评 本题主要考查化学反应原理，涉及电化学、氧化还原反应等相关知识，题中的Fe与NO₃^-的反应跟溶液酸碱性有关，抓住这一点是解题的关键，难度不大．