Question

I．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。

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 对比实验，结果如图所示，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。结合该反应的离子方程式，解释加入Fe²⁺提高NO₃^－去除率的原因：                  。

II.高铁酸钠Na₂FeO₄ 是一种新型净水剂。

（4）高铁酸钠主要通过如下反应制取:2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH= 2Na₂FeO₄+3X+5H₂O,则X的化学式为__________。

（5）高铁酸钠具有强氧化性，与水反应生成Fe（OH）₃胶体能够吸附水中悬浮杂质，请写出高铁酸钠与水反应的离子方程式                。

Answer

（1）NO3‑+8e－+10H+=NH4++3H2O；

（2）FeO（OH）不导电，阻碍电子转移

（3）①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

②Fe2++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

（4）①NaCl；

（5）4FeO42-+10H2O=4Fe（OH）3+8OH-+3O2。

【解析】

试题分析：（1）Fe还原水体中NO3-，则Fe作还原剂，失去电子，作负极，NO3-在正极得电子发生还原反应产生NH4+，根据图2信息可知为酸性环境，则正极的电极反应式为：NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O，故答案为：NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O；

（2）pH越高，Fe3+越易水解生成FeO（OH），而FeO（OH）不导电，阻碍电子转移，所以NO3-的去除率低．故答案为：FeO（OH）不导电，阻碍电子转移；

（3）①从图2的实验结果可以看出，单独加入Fe2+时，NO3-的去除率为0，因此得出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Fe高，因此可以得出结论：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，故答案为：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同位素示踪法证实了Fe2+能与FeO（OH）反应生成Fe3O4，离子方程式为：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，故答案为：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；

（4）因为反应前后各元素原子个数相等，X的化学式为NaCl，故答案为：NaCl；

（5）高铁酸钠具有强氧化性，与水反应生成Fe（OH）3胶体，反应的离子方程式为， 4FeO42-+10H2O= 4Fe（OH）3+8OH-+3O2。

考点：考查了铁及其化合物的性质实验；原电池和电解池的工作原理的相关知识。