Question

【题目】地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。

（1）实验前：①先用0.1mol·L-1 H2SO4洗涤Fe粉，其目的是____，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将KNO3溶液的pH调至2.5；③为防止空气中的O2对脱氮的影响，应向KNO3溶液中通入____（写化学式）。

（2）如图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式____。t1时刻后，该反应仍在进行，溶液中NH4+的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，可能的原因是____。

（3）该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：溶液的pH；

假设二：____；

假设三：____；

（4）请你设计实验验证上述假设一，补充实验步骤及结论：（已知：溶液中的NO3-浓度可用离子色谱仪测定）____、____。

Answer 1

【答案】除去铁粉表面的氧化物等杂质 N2 4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O 生成的Fe2+水解（或和溶液中OH-的结合） 温度 铁粉颗粒大小 pH各不相同，并通入氮气 用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO3-的浓度，若pH不同KNO3溶液中，测出的NO3-浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响

【解析】

本题是模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。

（1）①铁表面的氧化物主要是氧化铁，因此H2SO4可以除去Fe粉表面的氧化物是发生反应的化学方程式为Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O；故答案为：除去铁粉表面的氧化物等杂质；

②氧气具有氧化性，而空气中含有大量的氧气，所以为防止空气中的O2对脱氮的影响，可向KNO3溶液中通入N2，排出O2；故答案为：N2；

（2）根据图中信息可判断，t1时刻前溶液中离子浓度减小的有：H+、NO3-、增大的有Fe2+、NH4+ ，t1时刻前反应的离子方程式为：4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O ，故

t1时刻后，该反应仍在进行，溶液中NH4+的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，可能的原因是发生了水解反应，溶液pH增大，促进水解，故答案为4Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O；生成的Fe2+水解（或和溶液中OH-的结合）；

（3）影响脱氮速率的因素除了溶液的pH外，还可能是温度、固体与溶液的接触面积等，故答案为：温度；铁粉颗粒大小；

（4）要验证溶液的pH影响脱氮速率，需要设计对照实验，其他条件相同，而pH不同，并通入氮气， 再分别向溶液中分别加入足量等质量的同种铁粉，根据已知用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO3-的浓度，故答案为：pH各不相同，并通入氮气；用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO3-的浓度，若pH不同KNO3溶液中，测出的NO3-浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响。