Question

用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（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1所示。

①作负极的物质化学式为___________。

②正极的电极反应式是_________________________________________。

（2）将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO₃^-的去除率和pH，结果如下：

初始pH	pH=2.5	pH=4.5
NO3^-的去除率	接近100%	＜50%
24小时pH	接近中性	接近中性
铁的最终物质形态

pH=4.5时，NO₃^-的去除率低。其原因是_____________________________________。

（3）实验发现：在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时，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。

①做对比实验，结果如图2所示，可得到的结论是____________________。

②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_________，解释加入Fe²⁺提高NO₃^-去除率的原因：_____________________________________。

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++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+ Fe2+将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe3O4，利于电子转移

【解析】

（1）原电池中负极材料失电子，正极是NO3-得电子生成NH4+；

（2）根据图示pH=4.5生成了较多的FeO（OH），FeO（OH）不导电；

（3）①根据图2可知，只加入Fe2+的水中NO3-的去除率为0，加入Fe2+、Fe的水中NO3-的去除率最高；

②根据得失电子守恒配平Fe2+与FeO（OH）反应生成Fe3O4的离子方程式；

（1）①原电池中负极材料失电子，根据图1，铁失电子，所以作负极的物质化学式为Fe；

②根据示意图，正极是NO3-得电子生成NH4+，正极的电极反应式是NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O；

（2）根据图示，pH=4.5时，NO3-的去除率低的原因是：pH=4.5生成了较多的FeO（OH），FeO（OH）不导电，阻碍电子转移，所以NO3-的去除率低；

（3）①根据图2可知，只加入Fe2+的水中NO3-的去除率为0，加入Fe2+、Fe的水中NO3-的去除率最高，可得到的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；

②根据得失电子守恒，Fe2+与FeO（OH）反应生成Fe3O4的离子方程式是Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+；加入Fe2+提高NO3-去除率的原因是：Fe2+将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe3O4，利于电子转移，所以加入Fe2+提高NO3-去除率。