Question

地下水受到硝酸盐污染已成为世界范围内一个相当普遍的环境问题。用零价铁去除水体中的硝酸盐(NO₃^-)是地下水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。

作负极的物质是___________；正极的电极反应式是_____________。

（2）将足量铁粉投入水体中，测定NO₃^-去除率和pH，结果如下：

在pH =4.5的水体中，NO₃^-的去除率低的原因是_____________。

（3）为提高pH =4.5的水体中NO₃^-的去除率，某课题组在初始pH =4.5的水体中分别投入①Fe²⁺、②Fe、③Fe和Fe²⁺做对比实验结果如图：

此实验可得出的结论是____，Fe²⁺的作用可能是_________。（2）中NO₃^-去除率和铁的最终物质形态不同的原因______________。

（4）地下水呈中性，在此条件下，要提高NO₃^-的去除速率，可采取的措施有_______。（写出一条）

Answer

Fe NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O FeO(OH)不导电，阻碍电子转移 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+将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4

初始pH低时，产生的Fe2+充足 初始pH高时，产生的Fe2+不足 减小铁粉的颗粒大小，增大反应接触面积或加入活性炭，形成微电池

【解析】（1）本题原电池中正负极的判断，活泼金属作负极，铁是活泼金属，因此负极物质为Fe，原电池中正极上发生还原反应，得到电子，根据原理，因此NO3－在正极上得到电子，转变成NH4＋，因此正极电极反应式为NO3－＋10e－＋10H＋=NH4＋＋3H2O；（2）根据表格中铁最终物质形态，pH=4.5时FeO(OH)2全部覆盖住铁，且FeO(OH)不导电，阻碍电子转移；（3）主要原因是Fe2＋水解成FeO(OH)，生成Fe3O4产率降低，FeO(OH)不导电，因此NO3－的去除率低；从图中只加入铁粉和只加入Fe2＋，NO3－的去除率都不如同时加入Fe2＋和铁粉的高，结论是：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＋的作用是将不导电FeO(OH)转化成导电的Fe3O4；初始pH低时，产生的Fe2＋充足，初始pH高时，产生的Fe2＋不足；（4）从提高化学反应速率的因素考虑，减小铁粉的颗粒大小，增大反应接触面积或加入活性炭，形成微电池等。