Question

【題目】用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO3-)已成為環境修復研究的熱點之一。

(1)Fe還原水體中NO3-的反應原理如圖所示。

①作負極的物質是_________。

②正極的電極反應式是_________。

(2)將足量鐵粉投入水體中，經24小時測定NO3-的去除率和pH，結果如下：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3-的去除率	接近100%	＜50%
24小時pH	接近中性	接近中性
鐵的最終物質形態

pH=4.5時，NO3-的去除率低。其原因是_________。

(3)其他條件與(2)相同，經1小時測定NO3-的去除率和pH，結果如下：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3-的去除率	約10%	約3%
1小時pH	接近中性	接近中性

與(2)中數據對比，解釋(2)中初始pH不同時，NO3-去除率和鐵的最終物質形態不同的原因：_________。

Answer 1

【答案】鐵 NO3-+8e-+10H+= NH4++3H2O 因為鐵表面生成不導電的FeO(OH)，阻止反應進一步發生 Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑，初始pH較小，氫離子濃度高，產生的Fe2+濃度大，促使FeO(OH)轉化為可導電的Fe3O4，使反應進行的更完全，初始pH高時，產生的Fe2+濃度小，從而造成NO3-去除率和鐵的最終物質形態不同

【解析】

(1)①Fe還原水體中NO3-，根據題意Fe3O4為電解質，Fe作還原劑，失去電子，發生氧化反應，作原電池的負極；

②NO3-在正極得電子發生還原反應產生NH4+，根據電荷守恒及原子守恒書寫電極反應式；

(2)由于Fe3O4為電解質，而電解質主要作用是為電子轉移提供媒介，然后根據FeO(OH)不導電進行分析；

(3)根據Fe2+的作用進行分析。

(1)①Fe是活潑的金屬，根據還原水體中的NO3-的反應原理圖可知，Fe失去電子被氧化，作原電池的負極；

②正極上NO3-得到電子發生還原反應變為NH4+，結合元素和電荷守恒可知電極反應式為：NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O；

(2)從pH對硝酸根去除率的影響來看，初始pH=4.5時去除率低，主要是因為鐵表面產生了不導電的FeO(OH)，阻止反應進一步發生；

(3)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，初始時溶液的pH較小，溶液中氫離子濃度高，產生的Fe2+濃度較大，促使FeO(OH)轉化為可導電的Fe3O4，因而使NO3-去除反應進行的更完全；當初始pH高時，由于產生的Fe2+濃度小，從而造成NO3-去除率和鐵的最終物質形態不同，因而NO3-去除率降低。