Question

9．新型纳米材料氧缺位铁酸盐（MFe₂O_x，3＜x＜4，M=Mn、Zn或Ni且均显+2价，下同）由铁酸盐（MFe₂O₄）经高温还原而得，常温下，它能使工业废气中的酸性氧化物分解除去．转化流程如图所示：
（1）将纳米材料氧缺位铁酸盐分散在蒸馏水中，所形成的分散系属于胶体．
（2）写出MFe₂O_x分解SO₂的化学方程式MFe₂O_x+$\frac{4-x}{2}$SO₂=MFe₂O₄+$\frac{4-x}{2}$S
（3）已知铁酸盐（MFe₂O₄）被H₂高温还原时，发生反应的MFe₂O₄与H₂的物质的量之比为2：1，则还原产物MFe₂O_x中x=3.5，MFe₂O_x中+2价铁与+3价铁的物质的量之比为1：1．
（4）在酸性溶液中，Fe₂O₄^2-易转化为Fe²⁺：Fe₂O₄^2-+2e^-+8H⁺═2Fe²⁺+4H₂O，有K₂MnO₄、Na₂CO₃、Cu₂O、Fe₂（SO₄）₃四种物质中的一种能使上述还原过程发生，写出该氧化还原反应的离子方程式并配平：Fe₂CO₄^2-+Cu₂O+10H⁺=2Fe²⁺+2Cu²⁺+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）纳米材料氧缺位铁酸盐微粒直径达到胶体微粒直径；
（2）由示意图可知MFe₂O_x与SO₂反应，生成MFe₂O₄，SO₂被还原，应生成S；
（3）反应的方程式为2MFe₂O₄+H₂=2MFe₂O_x+H₂O，根据质量守恒确定x的值；计算Fe元素平均化合价，进而计算+2价铁与+3价铁的物质的量之比；
（4）Fe₂O₄^2-+2e^-+8H⁺→2Fe²⁺+4H₂O为还原反应，则应加入还原性物质，只有Cu₂O符合．

解答 解：（1）纳米材料氧缺位铁酸盐微粒直径达到胶体微粒直径，分散在蒸馏水中，所形成的分散系属于胶体，
故答案为：胶体；
（2）由示意图可知MFe₂O_x与SO₂反应，生成MFe₂O₄，SO₂被还原，应生成S，反应可表示为：MFe₂O_x+$\frac{4-x}{2}$SO₂=MFe₂O₄+$\frac{4-x}{2}$S，故答案为：MFe₂O_x+$\frac{4-x}{2}$SO₂=MFe₂O₄+$\frac{4-x}{2}$S；
（3）反应的方程式为：2MFe₂O₄+H₂=2MFe₂O_x+H₂O，由质量守恒可知2x+1=2×4，解得x=3.5，则MFe₂O_3.5中，Fe元素的化合价为 $\frac{2×3.5-2}{2}$=2.5，则MFe₂O_x中+2价铁与+3价铁的量之比为1：1，
故答案为：3.5；1：1；
（4）Fe₂O₄^2-+2e^-+8H⁺→2Fe²⁺+4H₂O为还原反应，则应加入还原性物质，只有Cu₂O符合，反应的化学方程式为：Fe₂CO₄^2-+Cu₂O+10H⁺=2Fe²⁺+2Cu²⁺+5H₂O，
故答案为：Fe₂CO₄^2-+Cu₂O+10H⁺=2Fe²⁺+2Cu²⁺+5H₂O．

点评 本题综合考查氧化还原反应知识等，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意理解题目信息从元素化合价的角度解答该题，难度不大．