Question

1．某興趣小組用廢鐵泥（主要成分為Fe₂O₃、FeO和少量Fe）制備磁性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(cè)得Fe₃O₄的產(chǎn)率與R的關(guān)系如圖所示．

（1）步驟②中，主要反應(yīng)的離子方程式是2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）已知：Fe³⁺在pH=2.8時(shí)沉淀完全； Fe²⁺在pH=6.3時(shí)開始沉淀，在pH=8.3時(shí)沉淀完全．步驟③中，用NaOH溶液調(diào)pH至9，原因是使亞鐵離子沉淀完全．
（3）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．
（4）下列說法正確的是abc（選填字母）．
a．步驟④中，當(dāng)反應(yīng)完成后需再加熱一段時(shí)間
b．步驟⑤中，反應(yīng)過程中需要不斷補(bǔ)充堿液
c．步驟⑤恰好反應(yīng)時(shí)，n（FeOOH）/n（Fe²⁺）=2：1
d．當(dāng)n（濁液D中的FeOOH）/n（濾液B中的鐵元素）=4/7時(shí)，F(xiàn)e₃O₄的產(chǎn)率最高．

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(shí)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：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(shí)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，
（1）步驟②中，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⁺；
（2）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，F(xiàn)e²⁺在pH=6.3時(shí)開始沉淀，在pH=8.3時(shí)沉淀完全，所以用NaOH溶液調(diào)pH至9使亞鐵離子沉淀完全；
故答案為：使亞鐵離子沉淀完全；
（3）Fe（OH）₂渾濁液中加入雙氧水氧化，反應(yīng)后濁液D中鐵元素以FeOOH形式存在，則反應(yīng)的離子方程式為：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；
故答案為：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；
（4）a．步驟④中，反應(yīng)完成后需再加熱一段時(shí)間除去剩余H₂O₂，故a正確；
b．FeOOH與氯化亞鐵加熱攪拌發(fā)生反應(yīng)：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，反應(yīng)消耗堿，所以步驟⑤中，反應(yīng)過程中需要不斷補(bǔ)充堿液，故b正確；
c．步驟⑤恰好反應(yīng)時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，由方程式可知：n（FeOOH）/n（Fe²⁺）=2：1，故c正確；
d．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，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=1.75時(shí)，F(xiàn)e₃O₄的產(chǎn)率最高，則$\frac{a}{b-a}$=1.75，解得：$\frac{a}$=$\frac{7}{11}$，故d錯(cuò)誤；
故答案為：abc．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對(duì)工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對(duì)條件的控制選擇與理解、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，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和應(yīng)用能力．