Question

鐵屑可用于地下水脫氮，其實驗室研究步驟如下：
Ⅰ、將鐵屑浸泡在0.5mol/L鹽酸中進行預處理．
Ⅱ、30min后，用去離子水反復沖洗，至沖洗后液體的pH為中性．在N₂保護下烘干備用．
Ⅲ、在蒸餾水中加入硝酸鉀配制硝酸鉀溶液．
Ⅳ、將酸預處理后的鐵屑加入硝酸鉀溶液中．
請回答：
（1）鹽酸溶解Fe₂O₃的離子方程式是

 

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（2）烘干時需要在N₂保護下進行的原因是

 

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（3）將步驟Ⅱ中沖洗后的溶液在空氣中加熱蒸發灼燒，最終得到的固體是

 

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（4）將酸性條件下，鐵與NO₃^-反應的離子方程式補充完整：
Fe+NO₃^-+═Fe²⁺+NH₄⁺+
（5）已知活性炭能吸附NH₄⁺、OH^-．步驟Ⅳ中操作時將鐵屑和活性炭同時加入硝酸鉀溶液中，可以提高脫氮的效果，其原因是

 

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（6）研究表明溶液pH會影響鐵屑脫氮的效果，反應體系的pH分別控制在4和8.5時，NO₃^-的去除率分別為90%和15%．正常地下水中含有CO₃^2-，會影響脫氮的效果，用化學用語和文字簡述其原因

 

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Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題,元素及其化合物

分析：（1）鹽酸與Fe₂O₃反應生成氯化鐵和水；
（2）烘干時需防止鐵屑在空氣中被氧化；
（3）濾液中含有氯化亞鐵，加熱促進水解，被氧化生成氫氧化鐵，分解生成氧化鐵；
（4）鐵與NO₃^-反應生成Fe²⁺、NH₄⁺和水；
（5）可形成原電池反應，且活性炭能吸附NH₄⁺、OH^-，可降低水中的NH₄⁺的濃度；
（6）CO₃^2-水解呈堿性，pH增大，且可生成FeCO₃沉淀而阻止反應進行．

解答： 解：（1）鹽酸與Fe₂O₃反應生成氯化鐵和水，離子方程式為Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）烘干時需防止鐵屑在空氣中被氧化，可用氮氣作為保護氣，故答案為：防止鐵屑在空氣中被氧化；
（3）濾液中含有氯化亞鐵，加熱促進水解，被氧化生成氫氧化鐵，分解生成氧化鐵，故答案為：Fe₂O₃；
（4）鐵與NO₃^-反應生成Fe²⁺、NH₄⁺和水，反應的方程式為4 Fe+NO₃^-+10H⁺=4 Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，故答案為：4；1；10H⁺；4；1；3H₂O；
（5）在鐵粉中加入活性炭，可形成原電池反應，加快反應速率，且活性炭能吸附NH₄⁺、OH^-，可降低水中的NH₄⁺的濃度，
故答案為：活性炭的添加使其和鐵構成了無數個微小的鐵碳原電池加快反應速率，其次活性炭吸附生成物NH₄⁺、OH^-能降低出水中的NH₄⁺的濃度（并且能降低出水pH 值，這可能是因為活性炭能夠吸附OH^-）；
（6）CO₃^2-水解呈堿性，CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，pH增大，且發生Fe²⁺+CO₃^2-=FeCO₃↓，可生成FeCO₃沉淀而阻止反應進行，
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↓覆蓋在反應物的表面阻止反應進行．

點評：本題考查物質的性質探究，為高考常見題型，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，注意把握實驗的原理、方法和注意事項，難度中等．