Question

用纳米Fe/Ni复合材料能去除污染水体的NO₃^-，Ni不参与反应。离子在材料表面的活性位点吸附后发生反应，活性位点被其他附着物占据会导致速率减慢(NH₄⁺无法占据活性位点)。反应过程如图所示：

（1）酸性环境中，纳米Fe/Ni去除NO₃^-分两步，将步骤ii补充完整：

Ⅰ.NO₃^-+Fe+2H⁺=NO₂^-+Fe²⁺+H₂O

Ⅱ.___+___+___H⁺=___Fe²⁺+___+___

（2）初始pH=2.0的废液反应15min后，出现大量白色絮状物，过滤后很快变成红褐色，结合化学用语解释整个变化过程的原因___。

（3）水体初始pH会影响反应速率，不同pH的硝酸盐溶液与纳米Fe/Ni反应时，溶液中随时间的变化如图1所示。(注：c₀(NO₃^-)为初始时NO₃^-的浓度。)

①为达到最高去除率，应调水体的初始pH=___。

②t<15min，pH=2.0的溶液反应速率最快，t>15min，其反应速率迅速降低，原因分别是___。

（4）总氮量指溶液中自由移动的所有含氮微粒浓度之和，纳米Fe/Ni处理某浓度硝酸盐溶液时，随时间的变化如图2所示。40min时总氮量较初始时下降，可能的原因是___。

（5）利用电解无害化处理水体中的NO₃^-，最终生成N₂逸出。其装置及转化图如图所示：

①阴极的电极反应式为___。

②生成N₂的离子方程式为___。

Answer

NO2- 3Fe 8 3 NH4+ 2H2O )Fe2+在水中发生水解，Fe2++2H2O⇌Fe(OH)2+2H+，随着反应进行，c(H+)减小，平衡右移，产生Fe(OH)2沉淀，之后发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，变成红褐色的Fe(OH)3 6.5 pH=2的溶液中，t<15min时，溶液中H+浓度较高，因此反应速率较快，溶液中产生Fe2+和pH上升速率较快，t>15min时，产生大量Fe(OH)2，附着在活性位点上，减小接触面积，因此反应速率迅速下降 反应过程中H+被消耗，溶液pH升高，t=40min时，溶液中含N物质主要以NH4+的形式存在，一部分NH4+生成NH3逸出(或反应过程中NO2-被Fe还原产生N2逸出) NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O 2NH4++3HClO=N2↑+3Cl-+5H++3H2O

【解析】

（1）根据图可知：酸性环境中，纳米去除分两步，在吸附点被Fe还原为，，在另外的吸附点被Fe还原为，；

（2）初始pH=2.0的废液反应15min后，出现大量白色絮状物，过滤后很快变成红褐色，是氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化为氢氧化铁；

（3）结合所给图形信息，判断调节pH为多少的时候去除率较高，如何解释反应速率变慢；

（5）电极方程式书写，从题中信息判断阴极发生还原反应，NO3-还原N2，。

根据图可知：酸性环境中，纳米去除分两步，在吸附点被Fe还原为，，在另外的吸附点被Fe还原为，；

故答案为：、3Fe、8、3、、；

初始的废液反应15min后，出现大量白色絮状物，过滤后很快变成红褐色，因为在水中发生水解，，随着反应进行，减小，平衡右移，产生沉淀，之后发生反应，变成红褐色的；

故答案为：在水中发生水解，，随着反应进行，减小，平衡右移，产生沉淀，之后发生反应，变成红褐色的；

根据图可知时，反应最快，去除率最高，故为达到最高去除率，应调水体的初始；

故答案为：；

的溶液中，时，溶液中浓度较高，因此反应速率较快，溶液中产生和pH上升速率较快，故，的溶液反应速率最快，

时，产生大量，附着在活性位点上，减小接触面积，因此反应速率迅速下降，故，其反应速率迅速降低；

故答案为：的溶液中，时，溶液中浓度较高，因此反应速率较快，溶液中产生和pH上升速率较快，时，产生大量，附着在活性位点上，减小接触面积，因此反应速率迅速下降；

时总氮量较初始时下降可能的原因为：反应过程中被消耗，溶液pH升高，时，溶液中含N物质主要以的形式存在，一部分生成逸出或反应过程中被Fe还原产生逸出；

故答案为：反应过程中被消耗，溶液pH升高，时，溶液中含N物质主要以的形式存在，一部分生成逸出或反应过程中被Fe还原产生逸出；

阴极发生还原反应，元素化合价降低，故为得到电子生成，故电极反应为：；

故答案为：；

由图可知，氮气由两极生成的和HClO反应而得，氮元素化合价升高，则氯元素化合价降低生成氯离子，故反应为：；

故答案为：。