Question

【題目】用納米Fe/Ni復(fù)合材料能去除污染水體的NO3-，Ni不參與反應(yīng)。離子在材料表面的活性位點吸附后發(fā)生反應(yīng)，活性位點被其他附著物占據(jù)會導(dǎo)致速率減慢(NH4+無法占據(jù)活性位點)。反應(yīng)過程如圖所示：

（1）酸性環(huán)境中，納米Fe/Ni去除NO3-分兩步，將步驟ii補充完整：

Ⅰ.NO3-+Fe+2H+=NO2-+Fe2++H2O

Ⅱ.___+___+___H+=___Fe2++___+___

（2）初始pH=2.0的廢液反應(yīng)15min后，出現(xiàn)大量白色絮狀物，過濾后很快變成紅褐色，結(jié)合化學(xué)用語解釋整個變化過程的原因___。

（3）水體初始pH會影響反應(yīng)速率，不同pH的硝酸鹽溶液與納米Fe/Ni反應(yīng)時，溶液中隨時間的變化如圖1所示。(注：c0(NO3-)為初始時NO3-的濃度。)

①為達到最高去除率，應(yīng)調(diào)水體的初始pH=___。

②t<15min，pH=2.0的溶液反應(yīng)速率最快，t>15min，其反應(yīng)速率迅速降低，原因分別是___。

（4）總氮量指溶液中自由移動的所有含氮微粒濃度之和，納米Fe/Ni處理某濃度硝酸鹽溶液時，隨時間的變化如圖2所示。40min時總氮量較初始時下降，可能的原因是___。

（5）利用電解無害化處理水體中的NO3-，最終生成N2逸出。其裝置及轉(zhuǎn)化圖如圖所示：

①陰極的電極反應(yīng)式為___。

②生成N2的離子方程式為___。

Answer 1

【答案】NO2- 3Fe 8 3 NH4+ 2H2O )Fe2+在水中發(fā)生水解，Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+，隨著反應(yīng)進行，c(H+)減小，平衡右移，產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀，之后發(fā)生反應(yīng)4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，變成紅褐色的Fe(OH)3 6.5 pH=2的溶液中，t<15min時，溶液中H+濃度較高，因此反應(yīng)速率較快，溶液中產(chǎn)生Fe2+和pH上升速率較快，t>15min時，產(chǎn)生大量Fe(OH)2，附著在活性位點上，減小接觸面積，因此反應(yīng)速率迅速下降 反應(yīng)過程中H+被消耗，溶液pH升高，t=40min時，溶液中含N物質(zhì)主要以NH4+的形式存在，一部分NH4+生成NH3逸出(或反應(yīng)過程中NO2-被Fe還原產(chǎn)生N2逸出) NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O 2NH4++3HClO=N2↑+3Cl-+5H++3H2O

【解析】

（1）根據(jù)圖可知：酸性環(huán)境中，納米去除分兩步，在吸附點被Fe還原為，，在另外的吸附點被Fe還原為，；

（2）初始pH=2.0的廢液反應(yīng)15min后，出現(xiàn)大量白色絮狀物，過濾后很快變成紅褐色，是氫氧化亞鐵被空氣中的氧氣氧化為氫氧化鐵；

（3）結(jié)合所給圖形信息，判斷調(diào)節(jié)pH為多少的時候去除率較高，如何解釋反應(yīng)速率變慢；

（5）電極方程式書寫，從題中信息判斷陰極發(fā)生還原反應(yīng)，NO3-還原N2，。

根據(jù)圖可知：酸性環(huán)境中，納米去除分兩步，在吸附點被Fe還原為，，在另外的吸附點被Fe還原為，；

故答案為：、3Fe、8、3、、；

初始的廢液反應(yīng)15min后，出現(xiàn)大量白色絮狀物，過濾后很快變成紅褐色，因為在水中發(fā)生水解，，隨著反應(yīng)進行，減小，平衡右移，產(chǎn)生沉淀，之后發(fā)生反應(yīng)，變成紅褐色的；

故答案為：在水中發(fā)生水解，，隨著反應(yīng)進行，減小，平衡右移，產(chǎn)生沉淀，之后發(fā)生反應(yīng)，變成紅褐色的；

根據(jù)圖可知時，反應(yīng)最快，去除率最高，故為達到最高去除率，應(yīng)調(diào)水體的初始；

故答案為：；

的溶液中，時，溶液中濃度較高，因此反應(yīng)速率較快，溶液中產(chǎn)生和pH上升速率較快，故，的溶液反應(yīng)速率最快，

時，產(chǎn)生大量，附著在活性位點上，減小接觸面積，因此反應(yīng)速率迅速下降，故，其反應(yīng)速率迅速降低；

故答案為：的溶液中，時，溶液中濃度較高，因此反應(yīng)速率較快，溶液中產(chǎn)生和pH上升速率較快，時，產(chǎn)生大量，附著在活性位點上，減小接觸面積，因此反應(yīng)速率迅速下降；

時總氮量較初始時下降可能的原因為：反應(yīng)過程中被消耗，溶液pH升高，時，溶液中含N物質(zhì)主要以的形式存在，一部分生成逸出或反應(yīng)過程中被Fe還原產(chǎn)生逸出；

故答案為：反應(yīng)過程中被消耗，溶液pH升高，時，溶液中含N物質(zhì)主要以的形式存在，一部分生成逸出或反應(yīng)過程中被Fe還原產(chǎn)生逸出；

陰極發(fā)生還原反應(yīng)，元素化合價降低，故為得到電子生成，故電極反應(yīng)為：；

故答案為：；

由圖可知，氮氣由兩極生成的和HClO反應(yīng)而得，氮元素化合價升高，則氯元素化合價降低生成氯離子，故反應(yīng)為：；

故答案為：。