Question

【題目】地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題。文獻(xiàn)報(bào)道某課題組模擬地下水脫氮過(guò)程，利用Fe粉和KNO3溶液反應(yīng)，探究脫氮原理及相關(guān)因素對(duì)脫氮速率的影響。

（1）實(shí)驗(yàn)前：①先用0.1mol·L-1 H2SO4洗滌Fe粉，其目的是____，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(duì)脫氮的影響，應(yīng)向KNO3溶液中通入____（寫化學(xué)式）。

（2）如圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過(guò)程中，測(cè)出的溶液中相關(guān)離子濃度、pH隨時(shí)間的變化關(guān)系(部分副反應(yīng)產(chǎn)物曲線略去)。請(qǐng)根據(jù)圖中信息寫出t1時(shí)刻前該反應(yīng)的離子方程式____。t1時(shí)刻后，該反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中NH4+的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒(méi)有增大，可能的原因是____。

（3）該課題組對(duì)影響脫氮速率的因素提出了如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)二和假設(shè)三：

假設(shè)一：溶液的pH；

假設(shè)二：____；

假設(shè)三：____；

（4）請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)一，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)論：（已知：溶液中的NO3-濃度可用離子色譜儀測(cè)定）____、____。

Answer 1

【答案】除去鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì) N2 4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O 生成的Fe2+水解（或和溶液中OH-的結(jié)合） 溫度 鐵粉顆粒大小 pH各不相同，并通入氮?dú)?/span> 用離子色譜儀測(cè)定相同反應(yīng)時(shí)間時(shí)各溶液中NO3-的濃度，若pH不同KNO3溶液中，測(cè)出的NO3-濃度不同，表明pH對(duì)脫氮速率有影響，否則無(wú)影響

【解析】

本題是模擬地下水脫氮過(guò)程，利用Fe粉和KNO3溶液反應(yīng)，探究脫氮原理及相關(guān)因素對(duì)脫氮速率的影響。

（1）①鐵表面的氧化物主要是氧化鐵，因此H2SO4可以除去Fe粉表面的氧化物是發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O；故答案為：除去鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì)；

②氧氣具有氧化性，而空氣中含有大量的氧氣，所以為防止空氣中的O2對(duì)脫氮的影響，可向KNO3溶液中通入N2，排出O2；故答案為：N2；

（2）根據(jù)圖中信息可判斷，t1時(shí)刻前溶液中離子濃度減小的有：H+、NO3-、增大的有Fe2+、NH4+ ，t1時(shí)刻前反應(yīng)的離子方程式為：4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O ，故

t1時(shí)刻后，該反應(yīng)仍在進(jìn)行，溶液中NH4+的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒(méi)有增大，可能的原因是發(fā)生了水解反應(yīng)，溶液pH增大，促進(jìn)水解，故答案為4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O；生成的Fe2+水解（或和溶液中OH-的結(jié)合）；

（3）影響脫氮速率的因素除了溶液的pH外，還可能是溫度、固體與溶液的接觸面積等，故答案為：溫度；鐵粉顆粒大��；

（4）要驗(yàn)證溶液的pH影響脫氮速率，需要設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其他條件相同，而pH不同，并通入氮?dú)猓?/span> 再分別向溶液中分別加入足量等質(zhì)量的同種鐵粉，根據(jù)已知用離子色譜儀測(cè)定相同反應(yīng)時(shí)間時(shí)各溶液中NO3-的濃度，故答案為：pH各不相同，并通入氮?dú)�；用離子色譜儀測(cè)定相同反應(yīng)時(shí)間時(shí)各溶液中NO3-的濃度，若pH不同KNO3溶液中，測(cè)出的NO3-濃度不同，表明pH對(duì)脫氮速率有影響，否則無(wú)影響。