Question

铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。

（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr₂O₇^2–的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr₂O₇^2–转化为Cr^3＋，其电极反应式为_____________。

（2）在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu²⁺和Pb²⁺的去除率，结果如图所示。

①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu²⁺和Pb²⁺，其原因是__________。

②当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时，随着铁的质量分数的增加，Cu²⁺和Pb²⁺的去除率不升反降，其主要原因是_____________。

（3）纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。

①一定条件下，向FeSO₄溶液中滴加碱性NaBH₄溶液，溶液中BH₄^–（B元素的化合价为+3）与Fe²⁺反应生成纳米铁粉、H₂和B(OH)₄^－，其离子方程式为    。

②纳米铁粉与水中NO₃^-反应的离子方程式为4Fe+NO₃^–+10H⁺===4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O

研究发现，若pH偏低将会导致NO₃^-的去除率下降，其原因是     。

③相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO₃^-的速率有较大差异（见图），产生该差异的可能原因是     。

Answer

（1）Cr2O72–+6e－+14H+===2Cr3++7H2O （2）①活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用

②铁的质量分数增加，铁炭混合物中微电池数目减少

（3）①2Fe2++BH4－+4OH－===2Fe+ B(OH)4－+2H2↑ ②纳米铁粉与H＋反应生成H2

③Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－的反应（或形成的Fe－Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3－的反应速率）

【解析】

试题分析：（1）混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72－的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72–获得电子，被还原产生Cr3+，则正极上发生的电极反应式为Cr2O72–+6e－+14H+===2Cr3++7H2O；

（2）①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+，原因是活性炭是疏松多孔的物质，表面积大，吸附力强，可以吸附水中少量的Cu2+和Pb2+，从而可以降低水中Cu2+和Pb2+的浓度；

②铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时，随着铁的质量分数的增加，铁炭混合物中微电池数目减少，因此Cu2+和Pb2+的去除率不升反降；

（3）①一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH4–（B元素的化合价为+3）与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)4－，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式为2Fe2++BH4－+4OH－===2Fe+ B(OH)4－+2H2↑；

②纳米铁粉与水中NO3-反应的离子方程式为4Fe+ NO3－+10H+===4Fe2++NH4++3H2O，若pH偏低，则溶液的酸性增强，会发生反应：Fe+2H+===Fe2++ H2↑；导致NO3-的去除率下降；

③根据图像可知，相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3-的速率有较大差异，可能是由于Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－的反应（或形成的Fe－Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3－的反应速率）。

【考点定位】本题主要是考查铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）、纳米铁粉处理污水的实验设计与探究

【名师点晴】化学是一门以实验为基础的学科，所以有化学实验即科学探究之说法。纵观近几年高考，主要以考察探究性实验和物质制备实验为主。这些探究性和制备性实验的试题，综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论。在解答此类题时还应注意：（1）认真审题，明确实验目的，找出实验原理。（2）根据实验原理选择仪器和药品，并设计出合理的实验装置和操作步骤。（3）准确地记录实验过程中的实验现象和数据，并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据，得出正确的结论。