Question

17．某同學(xué)看到“利用零價鐵還原NO₃^-脫除地下水中硝酸鹽”的相關(guān)資料后，利用如下裝置探究鐵粉與KNO₃溶液的反應(yīng)．實(shí)驗過程如下：
i．打開彈簧夾，緩慢通入N₂，并保持后續(xù)反應(yīng)均在N₂氛圍中進(jìn)行；
ii．加入pH 已調(diào)至2.5 的 0.01mol•L^-1KNO₃酸性溶液100mL，一段時間后鐵粉部分溶解，
溶液逐漸變?yōu)闇\綠色；待鐵粉不再溶解，靜置后發(fā)現(xiàn)，剩余固體表面有少量白色物
質(zhì)附著；
iii．過濾剩余固體時，表面的白色物質(zhì)變?yōu)榧t褐色；
iv．檢測到濾液中存在NO₃^-、NH₄⁺和Fe²⁺．
（1）通入N₂并保持后續(xù)反應(yīng)均在N₂ 氛圍中進(jìn)行的實(shí)驗?zāi)康氖潜苊饪諝庵醒鯕鈱�Fe與NO₃^-離子反應(yīng)的干擾．
（2）白色物質(zhì)是Fe（OH）₂，用化學(xué)方程式解釋其變?yōu)榧t褐色的原因：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（3）用K₃[Fe（CN）₆]檢驗濾液中Fe²⁺的實(shí)驗方案是取濾液，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，有藍(lán)色沉淀生成，證明濾液中存Fe²⁺，．
（4）取少量濾液，向其中加入幾滴KSCN 溶液，無明顯現(xiàn)象；再加入幾滴稀硫酸，溶液呈紅色．溶液變成紅色的原因是溶液中存在Fe²⁺、NO₃^-離子，加入硫酸，發(fā)生反應(yīng)：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，生成的Fe³⁺和SCN^-反應(yīng)使溶液呈紅色．
（5）該同學(xué)進(jìn)一步查閱資料發(fā)現(xiàn)，用鐵粉、碳粉的混合物脫除硝酸鹽，效果更佳．他用上述KNO₃溶液繼續(xù)設(shè)計如下實(shí)驗，探究碳粉的作用

假設(shè)	實(shí)驗操作	現(xiàn)象及結(jié)論
假設(shè)1：碳粉可用作還原劑，脫除硝酸鹽	向燒杯中加入 碳粉一段時間后，測定燒杯中NO3-的濃度	NO3-濃度無明顯變化，說明假設(shè)不成立
假設(shè)2：碳粉、鐵粉形成無數(shù)個微小的原電池，促進(jìn)了硝酸鹽的脫除	按下圖所示組裝實(shí)驗裝置，一段時間后，測定NO3-濃度	Fe電極部分溶解，電流計指針偏轉(zhuǎn)，說明假設(shè)2成立

③關(guān)于碳粉的作用，還可以提出的假設(shè)是碳粉作為催化劑，提高脫除硝酸鹽反應(yīng)速率．

Answer 1

分析 （1）空氣中氧氣會影響Fe與硝酸根離子的反應(yīng)；
（2）鐵粉部分溶解，溶液逐漸變?yōu)闇\綠色，說明有Fe²⁺生成，酸性減弱Fe²⁺水解得到Fe（OH）₂，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵，顏色變?yōu)榧t褐色；
（3）取濾液，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，有藍(lán)色沉淀生成，注明濾液中存Fe²⁺；
（4）溶液中存在亞鐵離子、硝酸根離子，亞鐵離子含有還原性，硝酸根再酸性條件下具有氧化性，亞鐵離子被氧化為鐵離子；
（5）假設(shè)1：探究的是碳粉直接與NO₃^-反應(yīng)效果，加入碳粉即可，作對照試驗，溶液選取與原題中相同；
假設(shè)2：構(gòu)成原電池，負(fù)極電極反應(yīng)式：Fe-2e^-=Fe²⁺，正極NO₃^-被還原；
③碳粉作為催化劑，提高脫除硝酸鹽反應(yīng)速率．

解答 解：（1）用氮?dú)馀疟M裝置中空氣，避免空氣中氧氣對Fe與NO₃^-離子反應(yīng)的干擾，
故答案為：避免空氣中氧氣對Fe與NO₃^-離子反應(yīng)的干擾；
（2）鐵粉部分溶解，溶液逐漸變?yōu)闇\綠色，說明有Fe²⁺生成，待鐵粉不再溶解，靜置后發(fā)現(xiàn)，剩余固體表面有少量白色物，酸性減弱Fe²⁺水解得到Fe（OH）₂，白色物質(zhì)為氫氧化亞鐵，被氧化為氫氧化鐵，顏色變?yōu)榧t褐色，反應(yīng)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（3）用K₃[Fe（CN）₆]檢驗濾液中Fe²⁺的實(shí)驗方案是：取濾液，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，有藍(lán)色沉淀生成，證明濾液中存Fe²⁺，
故答案為：取濾液，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，有藍(lán)色沉淀生成，證明濾液中存Fe²⁺；
（4）溶液中存在Fe²⁺、NO₃^-離子，加入硫酸，發(fā)生反應(yīng)：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，生成的Fe³⁺和SCN^-反應(yīng)使溶液呈紅色，
故答案為：溶液中存在Fe²⁺、NO₃^-離子，加入硫酸，發(fā)生反應(yīng)：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，生成的Fe³⁺和SCN^-反應(yīng)使溶液呈紅色；
（5）假設(shè)1：探究的是碳粉直接與NO₃^-反應(yīng)效果，加入碳粉即可，作對照試驗，溶液選取與原題中相同；
假設(shè)2：構(gòu)成原電池，負(fù)極電極反應(yīng)式：Fe-2e^-=Fe²⁺，正極NO₃^-被還原，F(xiàn)e電極部分溶解，電流計指針偏轉(zhuǎn)等，說明假設(shè)2成立，
③碳粉作為催化劑，提高脫除硝酸鹽反應(yīng)速率，
故答案為：碳粉；Fe電極部分溶解，電流計指針偏轉(zhuǎn)；碳粉作為催化劑，提高脫除硝酸鹽反應(yīng)速率．

點(diǎn)評 本題考查探究實(shí)驗方案問題，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)、分析解決問題的能力，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．