Question

【題目】地下水受到硝酸鹽污染已成為世界范圍內(nèi)一個相當(dāng)普遍的環(huán)境問題。用零價鐵去除水體中的硝酸鹽(NO3-)是地下水修復(fù)研究的熱點(diǎn)之一。

（1）Fe還原水體中NO3-的反應(yīng)原理如圖所示。

作負(fù)極的物質(zhì)是___________；正極的電極反應(yīng)式是_____________。

（2）將足量鐵粉投入水體中，測定NO3-去除率和pH，結(jié)果如下：

在pH =4.5的水體中，NO3-的去除率低的原因是_____________。

（3）為提高pH =4.5的水體中NO3-的去除率，某課題組在初始pH =4.5的水體中分別投入①Fe2+、②Fe、③Fe和Fe2+做對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖：

此實(shí)驗(yàn)可得出的結(jié)論是____，F(xiàn)e2+的作用可能是_________。（2）中NO3-去除率和鐵的最終物質(zhì)形態(tài)不同的原因______________。

（4）地下水呈中性，在此條件下，要提高NO3-的去除速率，可采取的措施有_______。（寫出一條）

Answer 1

【答案】 Fe NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O FeO(OH)不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移 本實(shí)驗(yàn)條件下，F(xiàn)e2+不能直接還原NO3-，在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率 Fe2+將不導(dǎo)電的FeO(OH)轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4

初始pH低時，產(chǎn)生的Fe2+充足 初始pH高時，產(chǎn)生的Fe2+不足 減小鐵粉的顆粒大小，增大反應(yīng)接觸面積或加入活性炭，形成微電池

【解析】（1）本題原電池中正負(fù)極的判斷，活潑金屬作負(fù)極，鐵是活潑金屬，因此負(fù)極物質(zhì)為Fe，原電池中正極上發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子，根據(jù)原理，因此NO3－在正極上得到電子，轉(zhuǎn)變成NH4＋，因此正極電極反應(yīng)式為NO3－＋10e－＋10H＋=NH4＋＋3H2O；（2）根據(jù)表格中鐵最終物質(zhì)形態(tài)，pH=4.5時FeO(OH)2全部覆蓋住鐵，且FeO(OH)不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移；（3）主要原因是Fe2＋水解成FeO(OH)，生成Fe3O4產(chǎn)率降低，F(xiàn)eO(OH)不導(dǎo)電，因此NO3－的去除率低；從圖中只加入鐵粉和只加入Fe2＋，NO3－的去除率都不如同時加入Fe2＋和鐵粉的高，結(jié)論是：本實(shí)驗(yàn)條件下，F(xiàn)e2＋不能直接還原NO3－，在Fe和Fe2＋共同作用下能提高NO3－的去除率 ；Fe2＋的作用是將不導(dǎo)電FeO(OH)轉(zhuǎn)化成導(dǎo)電的Fe3O4；初始pH低時，產(chǎn)生的Fe2＋充足，初始pH高時，產(chǎn)生的Fe2＋不足；（4）從提高化學(xué)反應(yīng)速率的因素考慮，減小鐵粉的顆粒大小，增大反應(yīng)接觸面積或加入活性炭，形成微電池等。