Question

用零价铁（Fe）进行水体脱氮、（去除水体中的NO₃^-），已成为环境修复研究的热点之一。

（1)Fe还原水体中NO₃^-的反应原理如图所示。其中作负极的物质是________，正极的电极反应式是_________。

（2)研究表明，零价铁脱氮后最终会在表面生成不导电的FeO（OH）外皮，从而使得脱氮过程停止。补充一定量的Fe²⁺可以明显提高NO₃^-的去除率。对Fe²⁺的作用提出两种假设：

Ⅰ.Fe²⁺直接还原NO₃^-；Ⅱ. Fe²⁺破坏FeO（OH)氧化层。

针对假设I：做对比实验，结果如图所示，可得到的结论是_______。

②针对假设II：以同位素示踪法，证实Fe²⁺能与FeO（OH)反应生成Fe₃O₄。该反应的离子方程式为_______________，加入Fe²⁺提高NO₃^-去除率的原因：____________。

（3）将足量铁粉投入水体中，测定不同初始pH对脱氧的影响见下边左图，初始PH为2.5时氮浓度与pH变化见下边图。结合两图分析，不同初始pH对脱氮产生影响的原因为_________________。

Answer

铁 NO3-+8e-+l0H+=NH4++3H2O 本实验条件下，Fe2+不能直接还原NO3-；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率 Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ Fe2+将不导电的FeO (OH)转化为可导电的Fe3O4，利于电子的转移 初始pH低时，产生的Fe2+充足；初始pH高时，产生的Fe2+不足

【解析】 (1). ①Fe还原水体中NO3-，则Fe作还原剂，失去电子，作负极；②NO3―在正极得电子，还原成NH4＋ ，根据图2信息可知，在酸性环境中，正极的电极反应式是 NO3-+8e-+l0H+=NH4++3H2O ，答案： (1). 铁 (2). NO3-+8e-+l0H+=NH4++3H2O

（2)①从图3的实验结果可以看出，单独加入Fe2＋ 时，NO3―的去除率为0，Fe2＋ 不能直接还原NO3―，而Fe和Fe2＋ 共同加入时NO3―的去除率比单独加Fe时高，因此可得出结论：本实验条件下，Fe2+不能直接还原NO3-；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率 答案： (3). 本实验条件下，Fe2+不能直接还原NO3-；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率

②证实Fe2+能与FeO（OH)反应生成Fe3O4。该反应的离子方程式为Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ ，加入Fe2+提高NO3-去除率的原因： Fe2＋将不导电的FeO (OH)转化为可导电的Fe3O4，利于电子的转移。答案：(4). Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+ (5). Fe2+将不导电的FeO (OH)转化为可导电的Fe3O4，利于电子的转移

（3）根据实验结果可知Fe2＋ 的作用时将不导电的FeOOH转化为可导电的Fe3O4，而NO3―的去除率由铁的最终物质形态确定，因此实验初始pH会影响Fe2＋ 的含量，故答案：初始pH低时，产生的Fe2+充足；初始pH高时，产生的Fe2+不足

点睛：本题涉及电化学、氧化还原反应，题中Fe与NO3―的反应与溶液的酸碱性有关，这一点是解题的关键，读图能力、阐述的准确性、能力要求较高。