Question

【題目】水體中硝酸鹽造成的污染已成為突出的環境問題。某課題組研究了去除不同各種水體中NO3－的方法。

（1）用鋁粉去除飲用水中NO3－的一種方案如下：

①用熟石灰而不用NaOH調節pH的主要原因是___。在調節pH時，若pH過大或過小都會造成Al的利用率降低。寫出pH過大造成Al利用率降低的離子方程式___。

②在加入鋁粉去除NO3－的反應中，氧化產物和還原產物的物質的量之比為___。

（2）用鐵粉處理pH=2.5的含NO3－廢水，測得溶液中相關離子濃度、pH隨時間的變化關系如圖（部分副反應產物略去）：

①t1時刻前，該反應的離子方程式為___。

②研究表明：鐵粉還原含NO3－廢水時，加入活性碳粉可以提高去除NO3－的速率，可能的原因是___。

（3）用Pt作電極電解含NO3－的酸性廢水，原理如圖。N為電源的___（選填“正”或 “負”）極，與直流電源M端相連的Pt電極上的電極反應式為___。

（4）課題組以鈦基氧化物涂層材料為惰性陽極、碳納米管修飾的石墨為陰極，控制一定條件，電解含大量NO3－、SO42－的廢水，可使NO3－變為NH4+。研究發現：其他條件不變，廢水中加一定量NaCl，去除NH4+的效果明顯提高，溶液中氮元素含量顯著降低，可能的原因是___。

Answer 1

【答案】熟石灰價格便宜 2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑ 10：3 4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O 鐵粉與活性碳粉形成原電池加快還原NO3-的反應速率 正 2NO3－+12H++10e－=N2↑+ 6H2O Cl－在陽極上被氧化成Cl2(或游離氯)，與陰極生成的NH4+反應生成N2

【解析】

從工業經濟效益分析為什么用熟石灰；

從氫氧化鋁的性質來分析為什么不能pH過大；

書寫出鋁和硝酸根反應的離子方程式得出氧化產物和還原產物比；

根據已知信息和氧化還原反應原理寫出鐵和硝酸反應離子方程式，在過程中加碳粉為何加快反應速率，從原電池原理分析；

從圖像中得出化合價升降，分析陰陽極，繼而分析連接正負極的關系，再書寫出電極反應式，從文字信息和氯化鈉加入電解思維來分析出為何去除銨根明顯增強。

①工業生成要考慮經濟效益，因此用熟石灰而不用NaOH調節pH的主要原因是熟石灰價格便宜，在調節pH時，若pH過大或過小都會造成Al的利用率降低，pH過大會使生成的氫氧化鋁沉淀又溶解，pH過大造成Al利用率降低的離子方程式2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑，故答案為：2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑；

②在加入鋁粉去除NO3－的反應中，10Al + 6NO3－+ 18H2O =10Al(OH)3 + 6OH－ + 3 N2↑，因此氧化產物為10 mol Al(OH)3，還原產物為3 mol N2，因此它們的物質的量之比為10:3，故答案為：10:3；

⑵①t1時刻前，根據圖像信息知生成了亞鐵離子和銨根離子，因此離子方程式為4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O，故答案為：4Fe +NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O；

②研究表明：鐵粉還原含NO3－廢水時，加入活性碳粉可以提高去除NO3－的速率，可能是由于形成原電池，加快反應速率，故答案為：鐵粉與活性碳粉形成原電池加快還原NO3－的反應速率；

⑶根據圖像信息，左邊硝酸根變為氮氣，則M化合價降低，在陰極發生還原反應，說明N為陽極，連接電源的正極，與直流電源M端相連的Pt電極上的電極反應式為2NO3－+12H+ +10e－=N2↑+ 6H2O，故答案為：正；2NO3－+12H+ +10e－=N2↑+ 6H2O；

⑷使NO3－變為NH4+，則硝酸根在陰極變為銨根離子，加一定量NaCl，去除NH4+的效果明顯提高，溶液中氮元素含量顯著降低，說明銨根被反應了，可能是Cl－在陽極上被氧化成Cl2(或游離氯)，與陰極生成的NH4+反應生成N2，故答案為：Cl－在陽極上被氧化成Cl2(或游離氯)，與陰極生成的NH4+反應生成N2。