Question

廢鐵屑（含鐵銹）可用于地下水脫氮，某課題小組模擬地下水脫氮過程，并研究脫氮原理及脫氮效果．
（1）原料預(yù)處理
①先用稀硫酸洗滌廢鐵屑，其目的是（用離子方程式表示）

 

，然后用蒸餾水洗滌至中性；②將KNO₃溶液的pH調(diào)至2.5；③為防止空氣中的O₂對脫氮的影響，應(yīng)向KNO₃溶液中通入

 

（寫化學(xué)式）．
（2）脫氮原理的研究
如圖表示足量鐵屑還原上述KNO₃溶液過程中，測出的溶液中相關(guān)離子濃度、pH隨時間的變化關(guān)系（部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去）．請根據(jù)圖中信息回答：
①t₁時刻前該反應(yīng)的離子方程式：

 

．
②t₁時刻后，該反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中NH₄⁺的濃度在增大，F(xiàn)e²⁺的濃度卻沒有增大，可能的原因是

 

．
（3）脫氮效果的研究
①將鐵屑和活性炭同時加入上述KNO₃溶液中，可以提高脫氮效果，其原因是

 

．
②正常地下水中含有CO₃^2-，會影響脫氮的效果，結(jié)合文字和化學(xué)用語回答其原因（答兩點）

 

．

Answer 1

考點：含氮物質(zhì)的綜合應(yīng)用,鐵的化學(xué)性質(zhì)

專題：氮族元素

分析：（1）鐵的氧化物可以和強酸之間反應(yīng)，為防止氧氣對物質(zhì)的氧化作用，可以用氮氣作保護(hù)氣；
（2）根據(jù)圖示知道t₁時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)；亞鐵離子屬于弱堿陽離子，會發(fā)生水解反應(yīng)；
（3）根據(jù)原電池可以加快化學(xué)反應(yīng)速率來回答；
（4）根據(jù)實驗原理：在酸性環(huán)境下，金屬鐵的脫氮效果更加，結(jié)合碳酸根離子水解顯堿性來回答．

解答： 解：（1）①鐵的表面的鐵銹氧化鐵可以和稀硫酸之間反應(yīng)：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，為防止氧氣對物質(zhì)的氧化作用，可以用氮氣作保護(hù)氣，應(yīng)向KNO₃溶液中通入氮氣，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；N₂；
（2）①根據(jù)圖示知道t₁時刻前，硝酸根離子、氫離子濃度逐漸減小，亞鐵離子濃度增大，則是金屬鐵和硝酸之間的反應(yīng)，即4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，
故答案為：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
 ②根據(jù)反應(yīng)：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，溶液中NH₄⁺的濃度在增大，F(xiàn)e²⁺的濃度卻沒有增大，原因是生成的Fe²⁺水解所致，故答案為：生成的Fe²⁺水解；
（3）①將鐵屑和活性炭同時加入上述KNO₃溶液中，活性炭和鐵構(gòu)成了無數(shù)個微小的鐵碳原電池加快反應(yīng)速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH₄⁺濃度），可以提高脫氮效果，故答案為：活性炭和鐵構(gòu)成了無數(shù)個微小的鐵碳原電池加快反應(yīng)速率（或活性炭吸附作用，降低溶液中NH₄⁺濃度）；
②根據(jù)實驗原理：4Fe+NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，在酸性環(huán)境下，金屬鐵的脫氮效果更加，但是CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，增大了溶液的pH會降低脫氮效果，并且Fe²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，這樣碳酸亞鐵沉淀覆蓋在反應(yīng)物的表面阻止反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，增大了溶液的pH會降低脫氮效果，且Fe²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，覆蓋在反應(yīng)物的表面阻止反應(yīng)進(jìn)行．

點評：本題涉及含氮物質(zhì)的綜合考查題，綜合性強，注意知識的遷移和應(yīng)用是關(guān)鍵，難度中等．