Question

1．利用单质铁（经过处理）处理水体砷污染的原理为：单质铁或在水体中被氧化腐蚀得到水合氧化铁[Fe（OH）₃和FeOOH，可分别写为Fe₂O₃•3H₂O和Fe₂O₃•H₂O统称水合氧化铁]，吸附沉降砷的化合物（如：含AsO3^3-、AsO4^3-等物质）．
（1）写出单质铁在水体中被（O₂）氧化腐蚀得到水合氧化铁（FeOOH）的化学方程式：
4Fe+3O₂+2H₂O=4FeOOH．
（2）某课题组通过查阅文献，进行了用相同单质铁（相同性状和相同质量）在相同时间内，对影响单质铁去除一定量水体中砷的效率的因素提出了以下假设，并进行了实验探究：
假设1：水样的pH；
假设2：水体中所含其他物质及离子；
假设3：水体中的溶解氧；
（3）其他条件相同，调节水样的pH，得到除砷效率曲线为图1，若控制水样pH=5时，测定不同时间段的除砷效率为图2：
①根据单质铁除砷原理，请解释水样酸性较强时，除砷效率较低的原因可能是酸性较强时，单质铁被腐蚀后，无法生成水合氧化铁，吸附能力下降，除砷效率降低；
②国家饮用水标准规定水中砷的含量应低于0.05mg/L（1mg=1000μg），根据图中信息判断：若控制水样的pH=6，出水后的砷浓度是否达到饮用水标准？达到．（填
“达到”、“未达到”或“无法判断”）
（4）为验证假设3，课题组成员设计了以下实验．请你完成表格中的内容（水样中砷的浓度可用分光光度计测定）

实验步骤	预期实验结果和结论
①取一定体积废水样品，分成体积相同两份，其中一份持续通入一段时间N2，以减少水中的溶解氧；	若溶解氧不同的两份溶液中，测出的砷的浓度不同，则溶解氧对砷的去除效率有影响；反之则无影响．
②向上述两份溶液中投入足量等质量的同种单质铁
③相同一段时间后，用分光光度计测定两份水样中砷的浓度

Answer 1

分析 （1）反应物有Fe和O₂，生成物有FeOOH，根据氧化还原反应得失电子守恒配平得化学方程式；
（2）由第（3）其他条件相同，调节水样的pH，得到除砷效率曲线为图1分析判断；
（3））①根据单质铁（经过处理）处理水体砷污染的原理为：单质铁或在水体中被氧化腐蚀得到水合氧化铁，水合氧化铁能吸附沉降砷的化合物（如：含AsO3^3-、AsO4^3-等物质）分析；
②根据图1可以看出：若控制水样的pH=6，则As的去除率大概为80%，此时水中剩余的As约为20%；由图2可以看出：污水没有开始处理时（当吸附时间为0时）水中As的浓度为100ug/L，水样的pH=6时，水中剩余的As为100ug/L×20%=20ug/L=0.02mg/L，据此判断；
（4）要测定溶解氧对砷的去除效率有无影响，则采用对比实验，即取2份不同溶解氧的相同体积水，向其中分别中投入足量等质量的同种单质铁，相同一段时间后，用分光光度计测定两份水样中砷的浓度，最终根据测定的砷的浓度是否相同判断有无影响．

解答 解：（1）单质铁在水体中被（O₂）氧化腐蚀得到水合氧化铁（FeOOH），反应物有Fe和O₂，生成物有FeOOH，反应化学方程式为：4Fe+3O₂+2H₂O=4FeOOH，
故答案为：4Fe+3O₂+2H₂O=4FeOOH；
（2）由第（3）其他条件相同，调节水样的pH，得到除砷效率曲线为图1，若控制水样pH=5时，测定不同时间段的除砷效率为图2，可知水样的pH对单质铁去除水体中的砷有一定的影响，故答案为：水样的pH；
（3）①单质铁（经过处理）处理水体砷污染的原理为：单质铁或在水体中被氧化腐蚀得到水合氧化铁，水合氧化铁能吸附沉降砷的化合物（如：含AsO3^3-、AsO4^3-等物质），若水样酸性较强时，单质铁容易被腐蚀，无法生成水和氧化铁，
故答案为：酸性较强时，单质铁被腐蚀后，无法生成水合氧化铁，吸附能力下降，除砷效率降低；
②其他条件相同，调节水样的pH，得到除砷效率曲线为图1，由图1可以看出：若控制水样的pH=6，则As的去除率大概为80%，此时水中剩余的As约为20%；由图2可以看出：污水没有开始处理时（当吸附时间为0时）水中As的浓度为100ug/L，水样的pH=6时，水中剩余的As为100ug/L×20%=20ug/L=0.02mg/L＜0.05mg/L，国家饮用水标准规定水中砷的含量应低于0.05mg/L，故出水后的砷浓度达到饮用水标准，
故答案为：达到；
（4）要测定溶解氧对砷的去除效率有无影响，则采用对比实验，即取2份不同溶解氧的相同体积水，向其中分别中投入足量等质量的同种单质铁，相同一段时间后，用分光光度计测定两份水样中砷的浓度，最终根据测定的砷的浓度是否相同判断有无影响，
所以实验步骤为：
①取一定体积废水样品，分成体积相同两份，其中一份持续通入一段时间N₂，以减少水中的溶解氧；
②向上述两份溶液中投入足量等质量的同种单质铁；
③相同一段时间后，用分光光度计测定两份水样中砷的浓度；
实验结果和结论为：若溶解氧不同的两份溶液中，测出的砷的浓度不同，则溶解氧对砷的去除效率有影响；反之则无影响；
故答案为：

实验步骤	预期实验结果和结论
①取一定体积废水样品，分成体积相同两份，其中一份持续通入一段时间N2，以减少水中的溶解氧；	若溶解氧不同的两份溶液中，测出的砷的浓度不同，
②向上述两份溶液中投入足量等质量的同种单质铁；
③相同一段时间后，用分光光度计测定两份水样中砷的浓度．

点评 本题考查了探究影响单质铁去除一定量水体中砷的效率的因素，还考查了控制条件设计实验的能力，需要学生具备扎实的基础与运用知识分析解决问题的能力，难度中等．