Question

【題目】納米Fe3O4在磁流體、催化劑、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。氧化共沉淀制備納米Fe3O4的方法如下：

Ⅰ.Fe2+的氧化：將FeSO4溶液用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至a，再加入H2O2溶液，立即得到FeO(OH)紅棕色懸濁液。

(1)①若用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH過(guò)高會(huì)產(chǎn)生灰白色沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是___。

②上述反應(yīng)完成后，測(cè)得a值與FeO(OH)產(chǎn)率及其生成后溶液pH的關(guān)系，結(jié)果如下：

a	7.0	8.0	9.0
FeO(OH)的產(chǎn)率	<50%	95%	>95%
FeO(OH)生成后pH	接近4	接近4	接近4

用離子方程式解釋FeO(OH)生成后溶液pH下降的原因：___。

(2)經(jīng)檢驗(yàn)：當(dāng)a=7時(shí)，產(chǎn)物中存在大量Fe2O3。對(duì)Fe2O3的產(chǎn)生提出兩種假設(shè)：

i.反應(yīng)過(guò)程中溶液酸性增強(qiáng)，導(dǎo)致FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化；

ii.溶液中存在少量Fe2+，導(dǎo)致FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化。

①分析，假設(shè)i不成立的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是___。

②其他條件相同時(shí)，向FeO(OH)濁液中加入不同濃度Fe2+，30 min后測(cè)定物質(zhì)的組成，結(jié)果如表：

c(Fe2+)/molL-1	FeO(OH)百分含量/%	Fe2O3百分含量/%
0.00	100	0
0.01	40	60
0.02	0	100

以上結(jié)果表明：___。

(3)a=7和a=9時(shí)，FeO(OH)產(chǎn)率差異很大的原因是___。

Ⅱ.Fe2+和Fe3+共沉淀：向FeO(OH)紅棕色懸濁液中同時(shí)加入FeSO4溶波和NaOH濃溶液進(jìn)行共沉淀，再將此混合液加熱回流、冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥，得到納米Fe34。

(4)共沉淀時(shí)的反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物純度和產(chǎn)率的影響極大。

①共沉淀pH過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致FeSO4溶液被快速氧化；共沉淀pH過(guò)低時(shí)，得到的納米Fe3O4中會(huì)混有的物質(zhì)是___。

②已知N=，其他條件一定時(shí)，測(cè)得納米Fe3O4的產(chǎn)率隨N的變化曲線如圖所示：

經(jīng)理論分析，N=2共沉淀時(shí)納米Fe3O4產(chǎn)率應(yīng)最高，事實(shí)并非如此的可能原因是___。

Answer 1

【答案】Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 2Fe2++4OH-+H2O2=2FeO(OH)+2H2O a=8或9時(shí)反應(yīng)后溶液pH均接近于4即反應(yīng)過(guò)程中溶液酸性均增強(qiáng) 溶液中存在少量Fe2+可導(dǎo)致FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化，且溶液中亞鐵離子含量越高，相同時(shí)間內(nèi)FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化的越多 a=9時(shí)溶液中幾乎無(wú)亞鐵離子，而a=7時(shí)溶液中還存在亞鐵離子 Fe2O3 實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)有部分亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，故N=2時(shí)，參與共沉淀的亞鐵離子減少，導(dǎo)致生成的Fe3O4的產(chǎn)率減小

【解析】

Ⅰ．(1)①若用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH過(guò)高會(huì)產(chǎn)生灰白色沉淀是亞鐵離子結(jié)合氫氧根離子生成氫氧化亞鐵沉淀；

②FeSO4溶液用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至a，再加入H2O2溶液，立即得到FeO(OH)紅棕色懸濁液，消耗氫氧根離子；

(2)①圖表數(shù)據(jù)分析，pH=7、8、9 時(shí)FeO(OH)生成后pH均接近于4；

②其他條件相同時(shí)，向FeO(OH)濁液中加入不同濃度Fe2+，濃度越大會(huì)導(dǎo)致FeO(OH)越向Fe2O3的轉(zhuǎn)化；

(3)a=7和a=9時(shí)，FeO(OH)產(chǎn)率差異很大，和含有亞鐵離子多少有關(guān)；

Ⅱ．(4)①反應(yīng)過(guò)程中溶液酸性增強(qiáng)，導(dǎo)致FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化；

②經(jīng)理論分析，N=2共沉淀時(shí)納米Fe3O4產(chǎn)率應(yīng)最高，圖中是N=1.75最高，可能是亞鐵離子被氧化導(dǎo)致四氧化三鐵減少。

I.(1)①若用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH過(guò)高會(huì)產(chǎn)生灰白色沉淀是亞鐵離子結(jié)合氫氧根離子生成氫氧化亞鐵沉淀，反應(yīng)的離子方程式：Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓；

②FeSO4溶液用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至a，再加入H2O2溶液，立即得到FeO(OH)紅棕色懸濁液，消耗氫氧根離子，溶液pH降低，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2++4OH-+H2O2=2FeO(OH)+2H2O；

(2)①a=8或9時(shí)反應(yīng)后溶液pH均接近于4即反應(yīng)過(guò)程中溶液酸性均增強(qiáng)，說(shuō)明假設(shè)i.反應(yīng)過(guò)程中溶液酸性增強(qiáng)，導(dǎo)致FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化不正確；

②表中數(shù)據(jù)分析可知，其他條件相同時(shí)，溶液中存在少量Fe2+可導(dǎo)致FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化，且溶液中亞鐵離子含量越高，相同時(shí)間內(nèi)FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化的越多；

(3)a=7和a=9時(shí)，FeO(OH)產(chǎn)率差異很大的原因是：a=9時(shí)溶液中幾乎無(wú)Fe2+，而a=7時(shí)溶液中還存在Fe2+；

II.(4)①反應(yīng)過(guò)程中溶液酸性增強(qiáng)，導(dǎo)致FeO(OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化，所以共沉淀pH過(guò)低時(shí)，得到的納米Fe3O4中會(huì)混有的物質(zhì)是Fe2O3；

②經(jīng)理論分析，N=2共沉淀時(shí)納米Fe3O4產(chǎn)率應(yīng)最高，事實(shí)并非如此的可能原因是：實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)有部分亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，故N=2時(shí)，參與共沉淀的亞鐵離子減少，導(dǎo)致生成的Fe3O4的產(chǎn)率減小。