Question

1．某學(xué)習(xí)小組用鐵泥（主要成分為Fe₂O₃、FeO和少量Fe）制備Fe₃O₄納米材料的流程示意圖如下：
已知：步驟⑤中，相同條件下測得Fe₃O₄的產(chǎn)率與R（R=$\frac{n（\stackrel{+3}{Fe}）}{n（\stackrel{+2}{Fe}）}$）的關(guān)系如圖所示．
（1）為提高步驟①的反應(yīng)速率，可采取的措施是攪拌、適當(dāng)升高溫度．
（2）步驟②中，主要反應(yīng)的離子方程式是2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）常溫下Fe³⁺、Fe²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如圖．該溫度下K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2
完全沉淀物PH	3.0	8.3

（4）濁液D中鐵元素以FeOOH形式存在．步驟④中，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；
步驟④中，反應(yīng)完成后需再加熱一段時間除去剩余H₂O₂目的是加熱使其分解除去，防止其在步驟⑤中繼續(xù)氧化+2價鐵元素
（5）⑤反應(yīng)的離子方程式為2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O；步驟⑤中的“分離”包含的步驟有過濾、洗滌．
（6）設(shè)濁液D中FeOOH的物質(zhì)的量為a，濾液B中的鐵元素的物質(zhì)的量為b．為使Fe₃O₄的產(chǎn)率最高，則$\frac{a}$=0.636．（填數(shù)值，小數(shù)點(diǎn)后保留3位）

Answer 1

分析 鐵泥（主要成分為Fe₂O₃、FeO和少量Fe）與稀鹽酸反應(yīng)得到的濾液A溶質(zhì)為氯化鐵、氯化亞鐵、過量的稀鹽酸，加入鐵粉還原鐵離子：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，過濾過量的鐵，濾液B的溶質(zhì)為氯化亞鐵，加入氫氧化鈉溶液，生成Fe（OH）₂渾濁液，向渾濁液中加入雙氧水氧化：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O，反應(yīng)完成后需再加熱一段時間除去剩余H₂O₂，再與氯化亞鐵加熱攪拌發(fā)生反應(yīng)：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，過濾、洗滌、干燥得產(chǎn)品Fe₃O₄，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）攪拌、適當(dāng)升高溫度可提高鐵泥與鹽酸的反應(yīng)速率；
故答案為：攪拌；適當(dāng)升高溫度；
（2）濾液A溶質(zhì)為氯化鐵、氯化亞鐵、過量的稀鹽酸，加入鐵粉還原鐵離子和反應(yīng)過量的鹽酸：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）由表可知Fe（OH）₃完全沉淀的pH為3.0，即c（H⁺）=1×10^-3mol/L，則c（OH^-）=1×10¹¹mol/L，該溫度下K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c（OH^-）³=1×10^-5•（1×10^-11）³=1.0×10^-38；
故答案為：1.0×10^-38；
（4）步驟④中，濁液D中的氫氧化亞鐵與過氧化氫反應(yīng)生成FeOOH，反應(yīng)為：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；步驟④中，防止其在步驟⑤中繼續(xù)氧化+2價鐵元素，反應(yīng)完成后需再加熱一段時間除去剩余H₂O₂；
故答案為：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；加熱使其分解除去，防止其在步驟⑤中繼續(xù)氧化+2價鐵元素；
（5）⑤為FeOOH與氯化亞鐵加熱攪拌發(fā)生反應(yīng)生成產(chǎn)品Fe₃O₄，反應(yīng)為：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，過濾、洗滌、干燥得產(chǎn)品Fe₃O₄；
故答案為：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O； 過濾；洗滌；
（6）濁液D中FeOOH的物質(zhì)的量為a，濾液B中的鐵元素的物質(zhì)的量為b，則濾液B中與FeOOH反應(yīng)的亞鐵離子物質(zhì)的量為b-a，由圖可知R（R=$\frac{n（\stackrel{+3}{Fe}）}{n（\stackrel{+2}{Fe}）}$）=1.75時，F(xiàn)e₃O₄的產(chǎn)率最高，則$\frac{a}{b-a}$=1.75，解得：$\frac{a}$=0.636；
故答案為：0.636．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計(jì)算、信息獲取與遷移運(yùn)用等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．