Question

7．工農(nóng)業(yè)廢水以及生活污水的大量排放造成水體污染．工業(yè)上處理水體中NO₃^-的一種方法是零價(jià)鐵化學(xué)還原法．某化學(xué)小組用廢鐵屑和硝酸鹽溶液模擬此過(guò)程，實(shí)驗(yàn)如下：
（1）先用稀硫酸洗去廢鐵屑表面的鐵誘，然后用蒸餾水將鐵屑洗凈．
①除銹反應(yīng)的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
②判斷鐵屑洗凈的方法是測(cè)最后一次洗滌液的pH，若為7，則說(shuō)明鐵屑已洗凈．
（2）將KNO₃溶液的pH調(diào)至2.5．
①?gòu)难趸�還原的角度分析調(diào)制溶液pH的原因是硝酸在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原．
②研究發(fā)現(xiàn)，若pH偏低將會(huì)導(dǎo)致NO₃^-的去除率下降，其原因是鐵粉與H⁺反應(yīng)生成H₂．
（3）將上述處理過(guò)的足量鐵屑投入（2）的溶液中．圖1表示該反應(yīng)過(guò)程中，體系內(nèi)相關(guān)離子濃度、pH隨時(shí)間變化關(guān)系．t₁時(shí)刻前該反應(yīng)的離子方程式是4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O．
（4）工業(yè)上可用納米鐵粉處理地下水中的污染物．一定條件下，向FeSO₄溶液中滴加堿性NaBH₄溶液，溶液中BH₄^-（B元素的化合價(jià)為+3）與Fe²⁺反應(yīng)生成納米鐵粉、H₂和B（OH）₄^-，其離子方程式為2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-．
（5）鐵炭混合物（鐵屑和活性炭的混合物）也可用于處理水中污染物．在相同條件下，測(cè)量總質(zhì)量相同、鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的鐵炭混合物對(duì)水中Cu²⁺和Pb²⁺的去除率，結(jié)果如圖2所示：

①當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，也能去除少量的Cu²⁺和Pb²⁺，其原因是活性炭對(duì)Cu²⁺和Pb²⁺具有吸附作用．
②當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%時(shí)，隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，其主要原因是鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，碳鐵混合物中國(guó)微電池?cái)?shù)目減少．

Answer 1

分析 （1）①除銹是用強(qiáng)酸與氧化鐵反應(yīng)；②可以通測(cè)最后一次洗滌液的PH的方法成功判斷鐵屑是否洗凈；
（2）①硝酸根離子在酸性條件下才具有強(qiáng)氧化性；
②pH偏低，氫離子濃度偏大，則鐵可與氫離子反應(yīng)生成氫氣
（3）根據(jù)圖示知道t₁時(shí)刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)；
（4）向FeSO₄溶液中滴加堿性NaBH₄溶液，溶液中BH₄^-（B元素的化合價(jià)為+3）與Fe²⁺反應(yīng)生成納米鐵粉、H₂和B（OH）₄^-，反應(yīng)中只有Fe、H元素化合價(jià)發(fā)生變化，結(jié)合質(zhì)量守恒、電荷守恒可寫出離子方程式；
（5）①當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，則只有碳粉，碳粉具有吸附性，可去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺；
②隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，形成的微電池?cái)?shù)目減少，則Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降．

解答 解：（1）①除銹是用強(qiáng)酸與氧化鐵反應(yīng)，所以離子方程式反應(yīng)為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
②鐵屑洗凈的方法是測(cè)最后一次洗滌液的PH的方法成功判斷鐵屑是否洗凈，故答案為：測(cè)最后一次洗滌液的pH，若為7，則說(shuō)明鐵屑已洗凈；
（2）①pH調(diào)至2.5，是因?yàn)橄跛嵩谒嵝詶l件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原，故答案為：硝酸在酸性條件下的氧化性強(qiáng)，易被鐵屑還原；
②pH偏低，氫離子濃度偏大，則鐵可與氫離子反應(yīng)生成氫氣，可導(dǎo)致NO₃^-的去除率下降，故答案為：鐵粉與H⁺反應(yīng)生成H₂；
（3）根據(jù)圖示知道t₁時(shí)刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)，即4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；故答案為：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
（4）向FeSO₄溶液中滴加堿性NaBH₄溶液，溶液中BH₄^-（B元素的化合價(jià)為+3）與Fe²⁺反應(yīng)生成納米鐵粉、H₂和B（OH）₄^-，反應(yīng)中只有Fe、H元素化合價(jià)發(fā)生變化，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-，
故答案為：2Fe²⁺+BH₄^-+4OH^-=2Fe+2H₂↑+B（OH）₄^-；
（5）①當(dāng)鐵炭混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，則只有碳粉，可去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，原因是碳粉具有吸附性，也可起到凈水的作用，
故答案為：活性炭對(duì)Cu²⁺和Pb²⁺具有吸附作用；
②隨著鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，形成的微電池?cái)?shù)目減少，反應(yīng)速率減小，則Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，
故答案為：鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，碳鐵混合物中微電池?cái)?shù)目減少．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的判斷等知識(shí)，題目難度較大知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性強(qiáng)，熟練掌握知識(shí)的遷移和應(yīng)用是解答本題的關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．