Question

14．地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題，某課題組利用Fe粉和酸性KNO₃溶液反應(yīng)模擬地下水脫氮過程，理想的脫氮原理為：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O．
（1）研究發(fā)現(xiàn)：隨著KNO₃溶液酸性的減弱，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低．課題組用酸性弱的KNO₃溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，沒有觀察到氣體生成，則該條件下KNO₃的還原產(chǎn)物可能是NH₄⁺（化學(xué)式）．
（2）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)一段時間后，反應(yīng)體系中NH₄⁺的濃度在增大，F(xiàn)e²⁺的濃度卻沒有增大，可能的原因是ab．
a．生成的Fe²⁺水解   b．Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺     c．Fe²⁺被還原成Fe
（3）該課題組擬利用上述脫氮反應(yīng)研究不同自變量對反應(yīng)速率的影響．
可能用到的試劑和儀器：粗顆粒Fe粉、細(xì)顆粒Fe粉、2.0mol/L KNO₃、0.1mol/L H₂SO₄、蒸餾水、不同溫度的恒溫水浴、托盤天平、秒表、離子色譜儀等．
①設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：在不同的自變量（溫度、鐵粉顆粒的大�。�時，測定相同條件下硝酸根離子濃度的變化量（要求所測得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大�。�．
②參照下表格式，擬定實(shí)驗(yàn)表格，完整體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案（列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)用字母表示）．
【提示】離子色譜儀能跟蹤測定溶液中的c（NO₃^-）

物理量 實(shí)驗(yàn)序號	V（2.0mol/L KNO3）/ mL		…
1	a		…
2	a		…
3	a		…

③進(jìn)一步的研究表明：將鐵粉和活性炭同時加入上述KNO₃溶液中，可以明顯提高脫氮速率，其原因是活性炭和鐵構(gòu)成了無數(shù)個微小的原電池．

Answer 1

分析 （1）隨著KNO₃溶液酸性的減弱，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低，但沒有觀察到氣體生成，說明生成銨鹽；
（2）結(jié)合Fe²⁺的性質(zhì)，氧化還原反應(yīng)發(fā)生但亞鐵離子的濃度不變說明亞鐵離子發(fā)生反應(yīng)，而亞鐵離子是弱離子可能因水解而減少，亞鐵離子具有還原性，可能因氧化還反應(yīng)而減少，來分析解答；
（3）①可以通過單位時間內(nèi)硝酸根離子的濃度變化量或者根據(jù)消耗相同量的硝酸根離子所需的時間，來體現(xiàn)反應(yīng)速率快慢；
②測定相同時間內(nèi)同體積同濃度的硝酸鉀與硫酸與相同質(zhì)量的粗鐵粉反應(yīng)硝酸根離子濃度的變化，對反應(yīng)速率的影響，或者同體積同濃度的硝酸鉀與硫酸與相同質(zhì)量的粗鐵粉反應(yīng)消耗相同濃度的硝酸根離子來測定反應(yīng)所需的時間；
③構(gòu)成原電池加快化學(xué)反應(yīng)的速度，由此分析解答．

解答 解：（1）隨著KNO₃溶液酸性的減弱，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低，但沒有觀察到氣體生成，說明生成銨鹽，所以該條件下KNO₃的還原產(chǎn)物可能是銨鹽，故答案為：NH₄⁺；
（2）a．生成的Fe²⁺水解，導(dǎo)致Fe²⁺的濃度卻沒有增大，故正確；
b．Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，導(dǎo)致Fe²⁺的濃度卻沒有增大，故正確；
c．單質(zhì)鐵與Fe²⁺不反應(yīng)，故錯誤；
故選：ab；
（3）①可以通過單位時間內(nèi)硝酸根離子的濃度變化量或者根據(jù)消耗相同量的硝酸根離子所需的時間，來體現(xiàn)反應(yīng)速率快慢，故答案為：通過單位時間內(nèi)硝酸根離子的濃度變化量；
②測定相同時間內(nèi)同體積同濃度的硝酸鉀與硫酸與相同質(zhì)量的粗鐵粉反應(yīng)硝酸根離子濃度的變化，對反應(yīng)速率的影響，或者同體積同濃度的硝酸鉀與硫酸與相同質(zhì)量的粗鐵粉反應(yīng)消耗相同濃度的硝酸根離子來測定反應(yīng)所需的時間，故答案為：

物理量 實(shí)驗(yàn)序號	V（2.0mol/L KNO3）/mL	V（0.1mol/L H2SO4）/mL	T（水浴溫度）/℃	m（粗顆粒鐵粉）/g	m（細(xì)顆粒鐵粉）/g	硝酸根離子濃度的變化量	t（反應(yīng)時間）
①	a	b	T1	c	0		t
②	a	b	T2	c	0		t
③	a	b	T1	0	c		t

；
③活性炭和鐵構(gòu)成了無數(shù)個微小的原電池，構(gòu)成原電池加快化學(xué)反應(yīng)的速度，故答案為：活性炭和鐵構(gòu)成了無數(shù)個微小的原電池．

點(diǎn)評 本題考查元素化合物的性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速率、和電化學(xué)等問題，綜合性較強(qiáng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，注意語言的條理性和嚴(yán)密性．