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：

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)Fe2 O3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Fe2 O3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經(jīng)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)果如下：

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溶液和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Fe3O4。

（3）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=n[FeO(OH)]/n(Fe2+)，其他條件一定時(shí)，測(cè)得納米Fe3O4的產(chǎn)率隨N的變化曲線如下圖所示：

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】 a=8或9時(shí)反應(yīng)后溶液的pH均接近4，即反應(yīng)過(guò)程中溶液的酸性均增強(qiáng) 溶液中存在少量Fe2+可導(dǎo)致FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化，且溶液中Fe2+含量越高相同時(shí)間內(nèi), FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化的越多 a=9時(shí)，溶液中幾乎沒(méi)有Fe2+，而a=7時(shí)，溶液中還存在Fe2+ Fe2O3 在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，會(huì)有部分Fe2+被氧氣氧化成Fe3+，故N=2時(shí)，參與共沉淀的Fe2+的量減少，導(dǎo)致生成的Fe3O4產(chǎn)率下降

【解析】

（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：，故答案為：。

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：，故答案為：。

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，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)，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。故答案為：a=8或9時(shí)反應(yīng)后溶液的pH均接近4，即反應(yīng)過(guò)程中溶液的酸性均增強(qiáng)。

②表中數(shù)據(jù)分析可知，其他條件相同時(shí)，向FeO( OH)濁液中加入不同濃度Fe2+，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。故答案為：溶液中存在少量Fe2+可導(dǎo)致FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化，且溶液中Fe2+含量越高相同時(shí)間內(nèi)， FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化的越多

③a=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)亞鐵離子，而a=7時(shí)溶液中還存在亞鐵離子。故答案為：a=9時(shí)，溶液中幾乎沒(méi)有Fe2+，而a=7時(shí)，溶液中還存在Fe2+。

（3）①共沉淀pH過(guò)低時(shí)，F(xiàn)e2+導(dǎo)致FeO( OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化，則共沉淀pH過(guò)低時(shí)，得到的納米Fe3O4中會(huì)混有的物質(zhì)是：Fe2O3，故答案為：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。故答案為：在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，會(huì)有部分Fe2+被氧氣氧化成Fe3+，故N=2時(shí)，參與共沉淀的Fe2+的量減少，導(dǎo)致生成的Fe3O4產(chǎn)率下降。