Question

5．工、农业废水及生活污水中浓度较高的NO${\;}_{3}^{-}$会造成氮污染，工业上处理水体中NO${\;}_{3}^{-}$的一种方法是单质铁化学还原法．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锈，然后用蒸馏水将铁屑洗净．
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．从氧化还原的角度分析调低溶液pH的原因是NO₃^-在酸性条件下的氧化性强，易被铁屑还原．
（3）将上述处理过的足量铁屑投入（2）的溶液中．如图表示该反应过程中，体系内相关离子浓度、pH随时间变化的关系．请根据图中信息回答：
①t₁时刻前该反应的离子方程式是4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O．
②t₁时刻后，该反应仍在进行，溶液中NH${\;}_{4}^{+}$的浓度在增大，Fe²⁺的浓度却没有增大，可能的原因是生成的Fe²⁺水解．

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）硝酸根离子在酸性条件下才具有强氧化性；
（3）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；②亚铁离子属于弱碱阳离子，会发生水解反应．

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，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）pH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；
（3）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．

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．