Question

13．纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一，常用作记录材料，磁流体材料，催化剂，电子材料等．其在生物技术领域和医学领域也有很好的应用前景．共沉淀法是目前制备纳米四氧化三铁的重要方法，其流程如图示：

请回答下列问题：（1）实验室保存溶液A时，需加入铁粉、硫酸．
（2）为了得到较纯的纳米Fe₃O₄，FeSO₄•7H₂O 和 FeCl₃•6H₂O的物质的量之比最好应为1：2，在此条件下，检验铁元素是否沉淀完全的实验操作是取少量上层清液，加入KSCN溶液，若溶液不变红色证明铁元素沉淀完全．
（3）写出制备纳米Fe₃O₄的离子反应方程式Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O．
（4）共沉淀法的主要不足是：①得到的Fe₃O₄纳米粒子间存在团聚现象②Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，很难控制FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物质的量之比为1：2，产品含有杂质．
（5）磁流体是电子材料的新秀，它既具有固体的磁性，又具有液体的流动性，下列关于纳米Fe₃O₄磁硫体的说法中不正确的是：A．
A、纳米Fe₃O₄磁硫体分散系属于溶液．
B、纳米Fe₃O₄磁硫体可以通过渗析法得到提纯．
C、当一束可见光通过该磁硫体时会出现光亮的通路．
D、纳米Fe₃O₄磁硫体比较稳定．

Answer 1

分析 硫酸亚铁晶体溶解得到溶液A，氯化铁晶体溶解得到溶液B，二者混合加入氢氧化钠溶液加热发生反应Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O，过滤得到纳米级四氧化三铁，
（1）硫酸亚铁易被氧化为硫酸铁，硫酸亚铁为强酸弱碱盐，易发生水解；
（2）FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O在氢氧化钠溶液中生成四氧化三铁、水、氯化钠；根据电荷守恒可写出该方程式，根据方程式求解理论上FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物质的量之比；铁元素沉淀完全的实验设计应依据铁离子的检验方法设计，铁离子遇到硫氰酸钾溶液变红色；
（3）FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O在氢氧化钠溶液中生成四氧化三铁、水、氯化钠；根据电荷守恒可写出该反应的离子方程式；
（4）共沉淀法制备纳米级Fe₃O₄的关键为FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物质的量之比为1：2，Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，产品有杂质；
（5）根据题意磁流体分散系分散质粒子直径在10纳米以下，属于胶体的范畴，所以应具备胶体的性质，根据胶体的性质分析．

解答 解：（1）硫酸亚铁易被氧化为硫酸铁，常加入少量铁粉防止亚铁离子被氧化，加入硫酸防止其水解，
故答案为：铁粉、硫酸；
（2）生成Fe₃O₄的反应物为Fe²⁺、Fe³⁺和OH^-，根据电荷守恒可写出该离子方程式为Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O，化学方程式为FeSO₄•7H₂O+2FeCl₃•6H₂O+8NaOH=Fe₃O₄↓+17H₂O+Na₂SO₄+6NaCl，FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物质的量之比为1：2，在此条件下，检验铁元素是否沉淀完全的实验操作是取少量上层清液，加入KSCN溶液，若溶液不变红色证明铁元素沉淀完全，
故答案为：1：2，取少量上层清液，加入KSCN溶液，若溶液不变红色证明铁元素沉淀完全；
（3）制备纳米Fe₃O₄的离子反应方程式为：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O，
故答案为：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O；
（4）共沉淀法制备纳米级Fe₃O₄的反应为FeSO₄•7H₂O+2FeCl₃•6H₂O+8NaOH=Fe₃O₄↓+17H₂O+Na₂SO₄+6NaCl，Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，无法控制FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物质的量之比为1：2，产品有杂质，
故答案为：Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，很难控制FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物质的量之比为1：2，产品含有杂质；
（5）根据题意磁流体分散系分散质粒子直径在10纳米以下，属于胶体的范畴，具备胶体的性质．
A．分散质粒子直径在10纳米以下，所得分散系为胶体，所以不是溶液，故A错误；
B．该分散性属于胶体，胶体可以通过渗析法得到提纯，故B正确；
C．该分散性属于胶体，胶体有丁达尔效应，所以当一束强光通过此磁流体时会出现光亮的通路，故C正确；
D．所得分散系为胶体，较稳定，属于介稳体系，故D正确；
故答案为：A．

点评 本题考查含氮、铁化合物的性质以及氧化还原反应，题目难度中等，注意从化合价变化的角度分析氧化还原反应的有关概念和计算，注意把握题给信息，为解答该题的关键．