Question

废铁屑（含铁锈）可用于地下水脱氮，某课题小组模拟地下水脱氮过程，并研究脱氮原理及脱氮效果．
（1）原料预处理
①先用稀硫酸洗涤废铁屑，其目的是（用离子方程式表示）

 

，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将KNO₃溶液的pH调至2.5；③为防止空气中的O₂对脱氮的影响，应向KNO₃溶液中通入

 

（写化学式）．
（2）脱氮原理的研究
如图表示足量铁屑还原上述KNO₃溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系（部分副反应产物曲线略去）．请根据图中信息回答：
①t₁时刻前该反应的离子方程式：

 

．
②t₁时刻后，该反应仍在进行，溶液中NH₄⁺的浓度在增大，Fe²⁺的浓度却没有增大，可能的原因是

 

．
（3）脱氮效果的研究
①将铁屑和活性炭同时加入上述KNO₃溶液中，可以提高脱氮效果，其原因是

 

．
②正常地下水中含有CO₃^2-，会影响脱氮的效果，结合文字和化学用语回答其原因（答两点）

 

．

Answer 1

考点：含氮物质的综合应用,铁的化学性质

专题：氮族元素

分析：（1）铁的氧化物可以和强酸之间反应，为防止氧气对物质的氧化作用，可以用氮气作保护气；
（2）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；亚铁离子属于弱碱阳离子，会发生水解反应；
（3）根据原电池可以加快化学反应速率来回答；
（4）根据实验原理：在酸性环境下，金属铁的脱氮效果更加，结合碳酸根离子水解显碱性来回答．

解答： 解：（1）①铁的表面的铁锈氧化铁可以和稀硫酸之间反应：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，为防止氧气对物质的氧化作用，可以用氮气作保护气，应向KNO₃溶液中通入氮气，
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；N₂；
（2）①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；
 ②根据反应：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，溶液中NH₄⁺的浓度在增大，Fe²⁺的浓度却没有增大，原因是生成的Fe²⁺水解所致，故答案为：生成的Fe²⁺水解；
（3）①将铁屑和活性炭同时加入上述KNO₃溶液中，活性炭和铁构成了无数个微小的铁碳原电池加快反应速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH₄⁺浓度），可以提高脱氮效果，故答案为：活性炭和铁构成了无数个微小的铁碳原电池加快反应速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH₄⁺浓度）；
②根据实验原理：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，在酸性环境下，金属铁的脱氮效果更加，但是CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，增大了溶液的pH会降低脱氮效果，并且Fe²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，这样碳酸亚铁沉淀覆盖在反应物的表面阻止反应进行，
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，增大了溶液的pH会降低脱氮效果，且Fe²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，覆盖在反应物的表面阻止反应进行．

点评：本题涉及含氮物质的综合考查题，综合性强，注意知识的迁移和应用是关键，难度中等．