Question

1．利用單質(zhì)鐵（經(jīng)過處理）處理水體砷污染的原理為：單質(zhì)鐵或在水體中被氧化腐蝕得到水合氧化鐵[Fe（OH）₃和FeOOH，可分別寫為Fe₂O₃•3H₂O和Fe₂O₃•H₂O統(tǒng)稱水合氧化鐵]，吸附沉降砷的化合物（如：含AsO3^3-、AsO4^3-等物質(zhì)）．
（1）寫出單質(zhì)鐵在水體中被（O₂）氧化腐蝕得到水合氧化鐵（FeOOH）的化學方程式：
4Fe+3O₂+2H₂O=4FeOOH．
（2）某課題組通過查閱文獻，進行了用相同單質(zhì)鐵（相同性狀和相同質(zhì)量）在相同時間內(nèi)，對影響單質(zhì)鐵去除一定量水體中砷的效率的因素提出了以下假設，并進行了實驗探究：
假設1：水樣的pH；
假設2：水體中所含其他物質(zhì)及離子；
假設3：水體中的溶解氧；
（3）其他條件相同，調(diào)節(jié)水樣的pH，得到除砷效率曲線為圖1，若控制水樣pH=5時，測定不同時間段的除砷效率為圖2：
①根據(jù)單質(zhì)鐵除砷原理，請解釋水樣酸性較強時，除砷效率較低的原因可能是酸性較強時，單質(zhì)鐵被腐蝕后，無法生成水合氧化鐵，吸附能力下降，除砷效率降低；
②國家飲用水標準規(guī)定水中砷的含量應低于0.05mg/L（1mg=1000μg），根據(jù)圖中信息判斷：若控制水樣的pH=6，出水后的砷濃度是否達到飲用水標準？達到．（填
“達到”、“未達到”或“無法判斷”）
（4）為驗證假設3，課題組成員設計了以下實驗．請你完成表格中的內(nèi)容（水樣中砷的濃度可用分光光度計測定）

實驗步驟	預期實驗結果和結論
①取一定體積廢水樣品，分成體積相同兩份，其中一份持續(xù)通入一段時間N2，以減少水中的溶解氧；	若溶解氧不同的兩份溶液中，測出的砷的濃度不同，則溶解氧對砷的去除效率有影響；反之則無影響．
②向上述兩份溶液中投入足量等質(zhì)量的同種單質(zhì)鐵
③相同一段時間后，用分光光度計測定兩份水樣中砷的濃度

Answer 1

分析 （1）反應物有Fe和O₂，生成物有FeOOH，根據(jù)氧化還原反應得失電子守恒配平得化學方程式；
（2）由第（3）其他條件相同，調(diào)節(jié)水樣的pH，得到除砷效率曲線為圖1分析判斷；
（3））①根據(jù)單質(zhì)鐵（經(jīng)過處理）處理水體砷污染的原理為：單質(zhì)鐵或在水體中被氧化腐蝕得到水合氧化鐵，水合氧化鐵能吸附沉降砷的化合物（如：含AsO3^3-、AsO4^3-等物質(zhì)）分析；
②根據(jù)圖1可以看出：若控制水樣的pH=6，則As的去除率大概為80%，此時水中剩余的As約為20%；由圖2可以看出：污水沒有開始處理時（當吸附時間為0時）水中As的濃度為100ug/L，水樣的pH=6時，水中剩余的As為100ug/L×20%=20ug/L=0.02mg/L，據(jù)此判斷；
（4）要測定溶解氧對砷的去除效率有無影響，則采用對比實驗，即取2份不同溶解氧的相同體積水，向其中分別中投入足量等質(zhì)量的同種單質(zhì)鐵，相同一段時間后，用分光光度計測定兩份水樣中砷的濃度，最終根據(jù)測定的砷的濃度是否相同判斷有無影響．

解答 解：（1）單質(zhì)鐵在水體中被（O₂）氧化腐蝕得到水合氧化鐵（FeOOH），反應物有Fe和O₂，生成物有FeOOH，反應化學方程式為：4Fe+3O₂+2H₂O=4FeOOH，
故答案為：4Fe+3O₂+2H₂O=4FeOOH；
（2）由第（3）其他條件相同，調(diào)節(jié)水樣的pH，得到除砷效率曲線為圖1，若控制水樣pH=5時，測定不同時間段的除砷效率為圖2，可知水樣的pH對單質(zhì)鐵去除水體中的砷有一定的影響，故答案為：水樣的pH；
（3）①單質(zhì)鐵（經(jīng)過處理）處理水體砷污染的原理為：單質(zhì)鐵或在水體中被氧化腐蝕得到水合氧化鐵，水合氧化鐵能吸附沉降砷的化合物（如：含AsO3^3-、AsO4^3-等物質(zhì)），若水樣酸性較強時，單質(zhì)鐵容易被腐蝕，無法生成水和氧化鐵，
故答案為：酸性較強時，單質(zhì)鐵被腐蝕后，無法生成水合氧化鐵，吸附能力下降，除砷效率降低；
②其他條件相同，調(diào)節(jié)水樣的pH，得到除砷效率曲線為圖1，由圖1可以看出：若控制水樣的pH=6，則As的去除率大概為80%，此時水中剩余的As約為20%；由圖2可以看出：污水沒有開始處理時（當吸附時間為0時）水中As的濃度為100ug/L，水樣的pH=6時，水中剩余的As為100ug/L×20%=20ug/L=0.02mg/L＜0.05mg/L，國家飲用水標準規(guī)定水中砷的含量應低于0.05mg/L，故出水后的砷濃度達到飲用水標準，
故答案為：達到；
（4）要測定溶解氧對砷的去除效率有無影響，則采用對比實驗，即取2份不同溶解氧的相同體積水，向其中分別中投入足量等質(zhì)量的同種單質(zhì)鐵，相同一段時間后，用分光光度計測定兩份水樣中砷的濃度，最終根據(jù)測定的砷的濃度是否相同判斷有無影響，
所以實驗步驟為：
①取一定體積廢水樣品，分成體積相同兩份，其中一份持續(xù)通入一段時間N₂，以減少水中的溶解氧；
②向上述兩份溶液中投入足量等質(zhì)量的同種單質(zhì)鐵；
③相同一段時間后，用分光光度計測定兩份水樣中砷的濃度；
實驗結果和結論為：若溶解氧不同的兩份溶液中，測出的砷的濃度不同，則溶解氧對砷的去除效率有影響；反之則無影響；
故答案為：

實驗步驟	預期實驗結果和結論
①取一定體積廢水樣品，分成體積相同兩份，其中一份持續(xù)通入一段時間N2，以減少水中的溶解氧；	若溶解氧不同的兩份溶液中，測出的砷的濃度不同，
②向上述兩份溶液中投入足量等質(zhì)量的同種單質(zhì)鐵；
③相同一段時間后，用分光光度計測定兩份水樣中砷的濃度．

點評 本題考查了探究影響單質(zhì)鐵去除一定量水體中砷的效率的因素，還考查了控制條件設計實驗的能力，需要學生具備扎實的基礎與運用知識分析解決問題的能力，難度中等．