Question

某兴趣小组用废铁泥(主要成分为Fe₂O₃、FeO和少量Fe)制备磁性Fe₃O₄纳米材料的流程示意图如下：

已知：R＝，步骤⑤中，相同条件下测得Fe₃O₄的产率与R的关系如图所示。

(1)步骤②中，主要反应的离子方程式是__________________。

(2)已知：Fe^3＋在pH＝2.8时沉淀完全；Fe^2＋在pH＝6.3时开始沉淀，在pH＝8.3时沉淀完全。

步骤③中，用NaOH溶液调pH至9，原因是_________________。

(3)浊液D中铁元素以FeOOH形式存在。步骤④中，反应的化学方程式是_________________________________________________。

(4)下列说法正确的是________(填选项字母)。

a．步骤④中，当反应完成后需再加热一段时间

b．步骤⑤中，反应过程中需要不断补充碱液

c．步骤⑤恰好反应时，＝2:1

d．当＝时，Fe₃O₄的产率最高

Answer 1

解析　(1)根据题目信息知滤液A中含有Fe^3＋、Fe^2＋、H^＋，加入Fe，发生反应：Fe＋2Fe^3＋===3Fe^2＋、Fe＋2H^＋===Fe^2＋＋H₂↑，主要反应是前者。(2)溶液的pH≥8.3时，可使Fe^2＋沉淀完全。(3)步骤④中的反应物是Fe(OH)₂、H₂O₂，生成物中含有FeOOH。根据得失电子守恒、元素守恒完成方程式的书写。(4)步骤④中反应完成后，浊液D中可能含有过量的H₂O₂，需加热使其分解除去，防止其在步骤⑤中继续氧化＋2价铁元素，a正确。步骤⑤是FeOOH与Fe^2＋反应制备纳米Fe₃O₄，根据反应环境可知其反应的离子方程式为2FeOOH＋Fe^2＋＋2OH^－===Fe₃O₄＋2H₂O，所以反应过程中需要不断补充碱液，b正确。Fe₃O₄中Fe^3＋与Fe^2＋的物质的量之比为2:1，所以步骤⑤恰好反应时，FeOOH与Fe^2＋的物质的量之比为2:1，c正确。观察图象可知，Fe₃O₄的产率最高时，R＝＝1.75＝，即d项中所给的物质的量之比应为7:4，故d错误。

答案　(1)2Fe^3＋＋Fe===3Fe^2＋

(2)使亚铁离子沉淀完全

(3)2Fe(OH)₂＋H₂O₂===2FeOOH＋2H₂O

(4)abc