Question

四氧化三铁纳米微粒可用于涂料、油墨、隐身材料、磁记录、电极材料、催化剂等多领域，实验室可用如下的方法来制备这种材料并进行检测．
I．制备

（l）溶解、沉淀操作中不断通入氮气有两个作用：①是通过在反应过程中通入气体形成微型气泡，将刚生成的四氧化三铁微粒包围，来阻止微粒的长大或聚集成团；②

 

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（2）操作Ⅲ的名称是

 

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Ⅱ．产品检测
（一）定性检测：产品中铁元素价态检测
试剂主要有：3mol?L^-1硫酸溶液、0.1mol?L^-1氢氧化钠溶液、20%硫氰化钾溶液、0.01mol?L^-1酸性高锰酸钾溶液、氯水（其他用品任选）
（3）请选用上述试剂完成表格

步骤	实验操作	实验现象、结论
1	取一定量3mol/L硫酸溶液于试管中，加热煮沸去除溶解氯气	/
2	取少量产品于试管中，加适量步骤1处理好的溶液，溶解、配成溶液	固体溶解，溶液呈浅黄色
3	取少量步骤2配好的溶液于试管中，滴加几滴20%硫氰化钾溶液，振荡	产品含有Fe3+
4		产品含有Fe2+

（二）定量测定：
称取23.2g产品于烧杯中，加入加热煮沸后的稀硫酸充分溶解，并不断加热、搅拌，待固体完全溶解后，向所得溶液中加入10.0g铜粉充分反应后过滤、洗涤、干燥得剩余固体3.6g．取滤液体积的

1

10

用浓度为0.2000mol?L^-1的酸性KMn0₄溶液滴定，至终点时消耗KMnO₄溶液29.80mL．
（4）①配制KMnO₄溶液：准确称取m g KMnO₄，置于烧杯中，加适量蒸馏水，

 

，将溶液转入250ml．容量瓶中，洗涤，定容，摇匀．此过程中使用的仪器除天平、药匙、玻璃棒、烧杯、量筒、250mL容量瓶外，还需要的玻璃仪器是

 

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②产品中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量之比为

 

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Ⅲ．结果讨论
（5）产品中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量之比略大于2：1的可能原因是

 

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Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,配制一定物质的量浓度的溶液

专题：实验设计题

分析：（1）亚铁离子易被氧化；
（2）经过滤、洗涤干燥后得到产品；
（3）铁的氧化物中可能含有亚铁离子为防止氧化加入酸溶解之前应将酸加热煮沸除去氧气．经煮沸的酸溶解样品后加入硫氰化钾溶液若溶液呈现血红色则说明铁的氧化物中含有铁离子，加入具有氧化性的高锰酸钾溶液紫色褪去说明铁的氧化物中含有亚铁离子；
（4）①配制溶液应先溶解，根据配制一定物质的量浓度的溶液实验需要的仪器进行分析；
②根据铜和三价铁离子的反应及高锰酸钾和亚铁离子的反应计算出其物质的量之比；
（5）二价铁离子易被氧化．

解答： 解：（1）亚铁离子易被氧化吹入氮气形成保护气流能防止氧化，故答案为：做保护气，防止二价铁离子被氧化；
（2）经操作Ⅲ过滤、洗涤干燥后得到产品，故答案为：过滤、洗涤；
（3）经煮沸的酸溶解样品后加入硫氰化钾溶液若溶液呈现血红色则说明铁的氧化物中含有铁离子，加入具有氧化性的高锰酸钾溶液紫色褪去说明铁的氧化物中含有亚铁离子，
故答案为：3：溶液呈血红色；4：取少量步骤2配好的溶液于试管中滴加几滴0.01mol?L^-1酸性高锰酸钾溶液振荡；高锰酸钾溶液紫色褪去；
（4）①配制溶液应先溶解并恢复至室温，配制一定物质的量浓度的溶液所必需的仪器有：一定规格的容量瓶，托盘天平、烧杯、玻璃棒、胶头滴管，量筒可用可不用，故答案为：充分溶解并恢复至室温；胶头滴管；
②固体有剩余，说明铜质量，反应的铜的质量：10g-3.6g=6.4g，物质的量是：0.1mol，根据电子守恒找出关系式：2Fe³⁺～Cu，n（Fe³⁺）=0.2mol；
高锰酸钾溶液氧化亚铁离子，根据电子守恒得出关系式：MnO₄～5Fe²⁺，消耗的高锰酸钾的物质的量是：10×0.200mol?L^-1×0.02980L=0.0596mol，亚铁离子的物质的量是：0.0596mol×5=0.298mol，0.298mol-0.2mol=0.098，
所以产品中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量之比是：0.2：0.098=100：49，故答案为：100：49；
（5）若在制备过程中亚铁离子被氧化则产品中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量之比略大于2：1，故答案为：制备或测定过程中少量二价铁离子被氧化了．

点评：本题考查了制取四氧化三铁纳米微粒、计算亚铁离子和铁离子含量，注意分析题中信息，本题难度中等．