Question

【題目】I．用零價鐵（Fe）去除水體中的硝酸鹽（NO3－）已成為環(huán)境修復(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。

正極的電極反應(yīng)式是 。

（2）將足量鐵粉投入水體中，經(jīng)24小時測定NO3－的去除率和pH，結(jié)果如下：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3－的去除率	接近100%	＜50%
24小時pH	接近中性	接近中性
鐵的最終物質(zhì)形態(tài)

pH=4.5時，NO3－的去除率低。其原因是 。

（3）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在初始pH=4.5的水體中投入足量鐵粉的同時，補(bǔ)充一定量的Fe2+可以明顯提高NO3－的去除率。對Fe2+的作用提出兩種假設(shè)：

Ⅰ．Fe2+直接還原NO3－；Ⅱ．Fe2+破壞FeO（OH）氧化層。

① 對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖所示，可得到的結(jié)論是 。

②同位素示蹤法證實(shí)Fe2+能與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4。結(jié)合該反應(yīng)的離子方程式，解釋加入Fe2+提高NO3－去除率的原因： 。

II.高鐵酸鈉Na2FeO4 是一種新型凈水劑。

（4）高鐵酸鈉主要通過如下反應(yīng)制取:2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH= 2Na2FeO4+3X+5H2O,則X的化學(xué)式為__________。

（5）高鐵酸鈉具有強(qiáng)氧化性，與水反應(yīng)生成Fe（OH）3膠體能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)，請寫出高鐵酸鈉與水反應(yīng)的離子方程式 。

Answer 1

【答案】

（1）NO3+8e－+10H+=NH4++3H2O；

（2）FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移

（3）①本實(shí)驗(yàn)條件下，Fe2+不能直接還原NO3－；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3－的去除率

②Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+，Fe2+將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4，利于電子轉(zhuǎn)移

（4）①NaCl；

（5）4FeO42-+10H2O=4Fe（OH）3+8OH-+3O2。

【解析】

試題分析：（1）Fe還原水體中NO3-，則Fe作還原劑，失去電子，作負(fù)極，NO3-在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生NH4+，根據(jù)圖2信息可知為酸性環(huán)境，則正極的電極反應(yīng)式為：NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O，故答案為：NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O；

（2）pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），而FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移，所以NO3-的去除率低．故答案為：FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移；

（3）①從圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，單獨(dú)加入Fe2+時，NO3-的去除率為0，因此得出Fe2+不能直接還原NO3-；而Fe和Fe2+共同加入時NO3-的去除率比單獨(dú)Fe高，因此可以得出結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)條件下，Fe2+不能直接還原NO3-；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率，故答案為：本實(shí)驗(yàn)條件下，Fe2+不能直接還原NO3-；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率；

②同位素示蹤法證實(shí)了Fe2+能與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4，離子方程式為：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+，Fe2+將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4，利于電子轉(zhuǎn)移，故答案為：Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+，Fe2+將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4，利于電子轉(zhuǎn)移；

（4）因?yàn)榉磻?yīng)前后各元素原子個數(shù)相等，X的化學(xué)式為NaCl，故答案為：NaCl；

（5）高鐵酸鈉具有強(qiáng)氧化性，與水反應(yīng)生成Fe（OH）3膠體，反應(yīng)的離子方程式為， 4FeO42-+10H2O= 4Fe（OH）3+8OH-+3O2。