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^-的反应原理如图所示。

①作负极的物质是_________。

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)其他条件与(2)相同，经1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	约10%	约3%
1小时pH	接近中性	接近中性

与(2)中数据对比，解释(2)中初始pH不同时，NO₃^-去除率和铁的最终物质形态不同的原因：_________。

Answer

铁 NO3-+8e-+10H+= NH4++3H2O 因为铁表面生成不导电的FeO(OH)，阻止反应进一步发生 Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑，初始pH较小，氢离子浓度高，产生的Fe2+浓度大，促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4，使反应进行的更完全，初始pH高时，产生的Fe2+浓度小，从而造成NO3-去除率和铁的最终物质形态不同

【解析】

(1)①Fe还原水体中NO3-，根据题意Fe3O4为电解质，Fe作还原剂，失去电子，发生氧化反应，作原电池的负极；

②NO3-在正极得电子发生还原反应产生NH4+，根据电荷守恒及原子守恒书写电极反应式；

(2)由于Fe3O4为电解质，而电解质主要作用是为电子转移提供媒介，然后根据FeO(OH)不导电进行分析；

(3)根据Fe2+的作用进行分析。

(1)①Fe是活泼的金属，根据还原水体中的NO3-的反应原理图可知，Fe失去电子被氧化，作原电池的负极；

②正极上NO3-得到电子发生还原反应变为NH4+，结合元素和电荷守恒可知电极反应式为：NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O；

(2)从pH对硝酸根去除率的影响来看，初始pH=4.5时去除率低，主要是因为铁表面产生了不导电的FeO(OH)，阻止反应进一步发生；

(3)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，初始时溶液的pH较小，溶液中氢离子浓度高，产生的Fe2+浓度较大，促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4，因而使NO3-去除反应进行的更完全；当初始pH高时，由于产生的Fe2+浓度小，从而造成NO3-去除率和铁的最终物质形态不同，因而NO3-去除率降低。