Question

15．铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）、纳米铁粉均可用于处理水中污染物．
（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池．将含有Cr₂O₇^2-的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，其电极反应式为Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-=2Cr³⁺+7H₂O．
（2）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1所示．
①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，其原因是活性炭对Cu²⁺和Pb²⁺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增加，铁炭混合物中微电池数目减少．
（3）纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物．
①一定条件下，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+B（OH）₄^-+2H₂↑．
②纳米铁粉与水中NO₃^-反应的离子方程式为4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O
研究发现，若pH偏低将会导致NO₃^-的去除率下降，其原因是纳米铁粉与H⁺反应生成H₂．
③相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO₃^-的速率有较大差异（见图2），产生该差异的可能原因是Cu或Cu²⁺催化纳米铁粉去除NO₃^-的反应（或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO₃^-的反应速率）．

Answer 1

分析 （1）正极上Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，发生还原反应，结合电荷守恒书写电极方程式；
（2）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；
（3）①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；
②pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气；
③由图2可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应．

解答 解：（1）正极上Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，发生还原反应，在酸性溶液中，电极方程式为Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-=2Cr³⁺+7H₂O，
故答案为：Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-=2Cr³⁺+7H₂O；
（2）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：铁的质量分数增加，铁炭混合物中微电池数目减少；
（3）①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^-；
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：纳米铁粉与H⁺反应生成H₂；
③由图2可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应，
故答案为：Cu或Cu²⁺催化纳米铁粉去除NO₃^-的反应（或形成Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO₃^-的反应速率）．

点评 本题考查物质的分离、提纯，侧重于化学与生后、环境的考查，题目有利于培养学生的良好的科学素养，侧重于考查学生的分析、实验能力的考查，注意把握提给信息以及物质的性质，为解答该题的关键，难度中等．