Question

【題目】地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環境問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和KNO3溶液反應，探究脫氮原理及相關因素對脫氮速率的影響。

（1）實驗前：①先用0.1mol·L-1 H2SO4洗滌Fe粉，其目的是____，然后用蒸餾水洗滌至中性；②將KNO3溶液的pH調至2.5；③為防止空氣中的O2對脫氮的影響，應向KNO3溶液中通入____（寫化學式）。

（2）如圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過程中，測出的溶液中相關離子濃度、pH隨時間的變化關系(部分副反應產物曲線略去)。請根據圖中信息寫出t1時刻前該反應的離子方程式____。t1時刻后，該反應仍在進行，溶液中NH4+的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是____。

（3）該課題組對影響脫氮速率的因素提出了如下假設，請你完成假設二和假設三：

假設一：溶液的pH；

假設二：____；

假設三：____；

（4）請你設計實驗驗證上述假設一，補充實驗步驟及結論：（已知：溶液中的NO3-濃度可用離子色譜儀測定）____、____。

Answer 1

【答案】除去鐵粉表面的氧化物等雜質 N2 4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O 生成的Fe2+水解（或和溶液中OH-的結合） 溫度 鐵粉顆粒大小 pH各不相同，并通入氮氣 用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中NO3-的濃度，若pH不同KNO3溶液中，測出的NO3-濃度不同，表明pH對脫氮速率有影響，否則無影響

【解析】

本題是模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和KNO3溶液反應，探究脫氮原理及相關因素對脫氮速率的影響。

（1）①鐵表面的氧化物主要是氧化鐵，因此H2SO4可以除去Fe粉表面的氧化物是發生反應的化學方程式為Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O；故答案為：除去鐵粉表面的氧化物等雜質；

②氧氣具有氧化性，而空氣中含有大量的氧氣，所以為防止空氣中的O2對脫氮的影響，可向KNO3溶液中通入N2，排出O2；故答案為：N2；

（2）根據圖中信息可判斷，t1時刻前溶液中離子濃度減小的有：H+、NO3-、增大的有Fe2+、NH4+ ，t1時刻前反應的離子方程式為：4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O ，故

t1時刻后，該反應仍在進行，溶液中NH4+的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是發生了水解反應，溶液pH增大，促進水解，故答案為4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O；生成的Fe2+水解（或和溶液中OH-的結合）；

（3）影響脫氮速率的因素除了溶液的pH外，還可能是溫度、固體與溶液的接觸面積等，故答案為：溫度；鐵粉顆粒大小；

（4）要驗證溶液的pH影響脫氮速率，需要設計對照實驗，其他條件相同，而pH不同，并通入氮氣， 再分別向溶液中分別加入足量等質量的同種鐵粉，根據已知用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中NO3-的濃度，故答案為：pH各不相同，并通入氮氣；用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中NO3-的濃度，若pH不同KNO3溶液中，測出的NO3-濃度不同，表明pH對脫氮速率有影響，否則無影響。