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。某課題組模擬地下水脫氮過程，利用如下裝置探究Fe粉和KNO3溶液反應及相關因素對脫氮速率的影響。

實驗過程如下：

Ⅰ．原料預處理：①先用0.1mol·L-1H2SO4洗滌Fe粉，然后用蒸餾水洗滌至中性；②將0.01mol/L KNO3溶液的pH調至2.5；③打開彈簧夾，緩慢通入N2，并保持后續反應均在N2氛圍中進行；

Ⅱ．加入KNO3酸性溶液100mL，一段時間后鐵粉部分溶解，溶液逐漸變為淺綠色；待鐵粉不再溶解，靜置后發現，剩余固體表面有少量白色物質附著；

Ⅲ．過濾剩余固體時，表面的白色物質變為紅褐色；

Ⅳ．檢測到濾液中存在NO3－、NH4+、Fe2+。

（1）步驟Ⅰ中用0.1mol L-1H2SO4洗滌Fe粉的目的是 ，通入N2并保持后續反應均在N2氛圍中進行的目的是 。

（2）白色物質是 ，用化學方程式解釋其變為紅褐色的原因： 。

（3）用K3[Fe(CN)6]檢驗濾液中Fe2+ 的實驗方案是 。

（4）取少量濾液，向其中加入幾滴KSCN溶液，無明顯現象；再加入幾滴稀硫酸，溶液呈紅色。溶液變成紅色的原因是 。

（5）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：

①假設一：溶液的pH；假設二：____________________；假設二：____________________；

②設計實驗驗證上述假設一，請完善實驗步驟及結論。（已知：溶液中的NO3－濃度可用離子色譜儀測定）

實驗步驟：

ⅰ．分別取 的KNO3溶液于不同的試管中；

ⅱ．調節溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2；

ⅲ．分別向上述溶液中加入足量等質量的同種鐵粉；

ⅳ．用離子色譜儀測定相同時間內各溶液中NO3－濃度。

實驗結論： 。

Answer 1

【答案】

（1）除去鐵粉表面的氧化物等雜質（1分）

避免空氣中的氧氣對鐵和硝酸根離子的反應產生干擾（1分）

（2）Fe(OH)2（1分） 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3（2分）

（3）取濾液，向其中滴加幾滴K3[Fe(CN)6]，若觀察到藍色沉淀，則證明濾液中存在二價鐵離子（2分）

（4）溶液中存在二價鐵離子和硝酸根離子，加入氫離子后，發生反應3Fe2++NO3－+4H+=3Fe3++ NO↑+2H2O。生成的三價鐵離子與SCN－反應使溶液變紅（2分）

（5）①溫度（1分） 鐵粉顆粒大小（1分）

②等體積、等濃度（1分）

若pH不同的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

（1分）

【解析】

試題分析：

（1）H2SO4能夠與金屬氧化物反應，用0.1mol·L-1H2SO4洗滌Fe粉的目的是去除鐵粉表面的氧化物等雜質；為了避免空氣中的氧氣對鐵和硝酸根離子的反應產生干擾，需要通入N2并保持后續反應均在N2氛圍中進行，故答案為：去除鐵粉表面的氧化物等雜質；避免空氣中的氧氣對鐵和硝酸根離子的反應產生干擾。

（2）根據實驗現象：一段時間后鐵粉部分溶解，溶液逐漸變為淺綠色，白色物質是Fe(OH)2；Fe(OH)2在空氣中容易被氧化為氫氧化鐵，化學方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，故答案為：Fe(OH)2；4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。

（3）檢驗濾液中Fe2+ 的實驗步驟為取濾液，向其中滴加幾滴K3[Fe(CN)6]，若觀察到藍色沉淀，則證明濾液中存在二價鐵離子，故答案為：取濾液，向其中滴加幾滴K3[Fe(CN)6]，若觀察到藍色沉淀，則證明濾液中存在二價鐵離子。

（4）取少量濾液，向其中加入幾滴KSCN溶液，無明顯現象；再加入幾滴稀硫酸，溶液呈紅色是因為溶液中存在二價鐵離子和硝酸根離子，加入氫離子后，發生反應3Fe2++NO3－+4H+=3Fe3++ NO↑ +2H2O。生成的三價鐵離子與SCN－反應使溶液變紅，故答案為：溶液中存在二價鐵離子和硝酸根離子，加入氫離子后，發生反應3Fe2++NO3－+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O。生成的三價鐵離子與SCN－反應使溶液變紅。

（5）根據影響化學反應速率的因素分析，①假設一：溶液的pH；假設二：溫度；假設二：鐵粉顆粒大小，故答案為：溫度；鐵粉顆粒大小；②根據影響化學反應速率的因素，實驗設計時需要保證只有一個因素不同，其他因素相同來設計， 實驗步驟中ⅰ．分別取等體積、等濃度的KNO3溶液于不同的試管中；根據步驟ⅱ可知，若pH不同的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，故答案為：等體積、等濃度；若pH不同的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。