Question

3．Co_xFe_3-xO₄磁粉是一种比较好的高矫顽力磁粉．工业上以FeSO₄为原料制备Co_xFe_3-xO₄的主要步骤如下：
FeSO₄$\stackrel{①}{→}$FeOOH晶种$\stackrel{②}{→}$FeOOH$\stackrel{③}{→}$Fe₂O₃ $\stackrel{④}{→}$Fe₃O₄$→_{⑤}^{CoSO_{4}}$Co_xFe_3-xO₄
（1）步骤①是在FeSO₄溶液中加入NaOH溶液，在40℃下搅拌生成FeOOH晶种．生成晶种的化学方程式4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）步骤②将晶种移到放有FeSO₄溶液和铁皮的生长槽中，升温到60℃，吹入空气，待晶种长大到一定尺寸后，过滤、水洗、干燥，得FeOOH粉末．生长槽中放入铁皮的目的是消耗硫酸，生成FeSO₄，吹入空气的作用为氧化FeSO₄生成FeOOH，使晶种生长．
（3）步骤③将FeOOH在200～300℃下加热脱水，生成红色Fe₂O₃．实验室完成该操作需要下列仪器中的cde （填字母）．
a．蒸发皿　　b．烧杯　　c．坩埚　　d．泥三角　　e．酒精灯
（4）步骤④通入H₂，加热至300～400℃，生成Fe₃O₄．通入H₂前要向加热炉中通入N₂，其作用为排尽装置中的空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸．
（5）步骤⑤加入CoSO₄溶液，所得粗产品经过滤、洗涤、干燥即得成品．检验粗产品洗涤干净的实验操作和现象是取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净．
（6）某研究小组欲用锂离子电池正极废料（含LiCoO₂、铝箔、铁的氧化物）制备CoSO₄•7H₂O晶体．为除去杂质铁，必须将+2价的铁氧化为+3价的铁，你选择H₂O₂氧化．
（可选用的试剂：KMnO₄、H₂O₂、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液）

Answer 1

分析 （1）由题目信息，二价Fe被氧化为三价Fe，可知该反应的反应物为FeSO₄、NaOH和O₂，产物为FeOOH，同时生成Na₂SO₄，配平书写方程式；
（2）硫酸亚铁溶液呈酸性，含有硫酸，会对导致晶种溶解，铁反应消耗掉生成的硫酸，同时补充原料FeSO₄；溶液中铁为+2价，通入氧气为氧化剂，使其被氧化为+3铁；
（3）加热固体用坩埚，与其配套的有泥三角、三脚架、坩埚钳、酒精灯等；
（4）氢气易燃，在有氧气存在下加热会发生爆炸，故先用氮气排尽空气；
（5）取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，检验是否含有硫酸根离子；
（6）选择具有氧化性物质，且不能引入新杂质．

解答 解：（1）由题目信息，二价Fe被氧化为三价Fe，可知该反应的反应物为FeSO₄、NaOH和O₂，产物为FeOOH，同时生成Na₂SO₄，反应方程式为：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O，
故答案为：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）硫酸亚铁溶液呈酸性，含有硫酸，会对导致晶种溶解，铁反应消耗掉硫酸，同时补充原料FeSO₄；
溶液中铁为+2价，通入氧气为氧化剂，使其被氧化为+3铁，氧化FeSO₄生成FeOOH，使晶种生长，
故答案为：消耗硫酸，生成FeSO₄；氧化FeSO₄生成FeOOH，使晶种生长；
（3）加热固体用坩埚，与其配套的有泥三角、三脚架、坩埚钳、酒精灯等，故选：cde；
（4）氢气易燃，在有氧气存在下加热会发生爆炸，故先用氮气排尽空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸，
故答案为：排尽装置中的空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸；
（5）产品洗涤不干净，会附着硫酸盐，检验洗涤滤出液中是否含有硫酸根离子判断是否洗涤干净，检验粗产品洗涤干净的实验操作和现象是：取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净；
（6）稀硫酸、氢氧化钠溶液不能氧化亚铁离子，酸性高锰酸钾、过氧化氢、稀硝酸均具有氧化性，可以氧化亚铁离子为铁离子，过氧化氢的还原产物为水，而酸性高锰酸钾、硝酸均会引入新杂化，故选H₂O₂最好，
故答案为：H₂O₂．

点评 本题考查实验制备方案，涉及基本操作、对实验方案的分析评价、离子检验、物质的分离提纯等，需要学生具备扎实的基础与运用知识分析解决问题的能力，难度中等．