Question

【題目】納米級Fe3O4呈黑色，因其有磁性且粒度小而在磁記錄材料、生物功能材料等諸多領域有重要應用，探究其制備和用途意義重大。

（1）還原-沉淀法：①用還原劑Na2SO3將一定量Fe3+可溶鹽溶液中的Fe3+還原，使Fe2+和Fe3+的物質的量比為1：2。②然后在①所得體系中加入氨水，鐵元素完全沉淀形成納米Fe3O4。寫出②過程的離子方程式：_______。當還原后溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1時，由下表數據可知，產品磁性最大，可能的原因是________________。

（2）電化學法也可制備納米級Fe3O4，用面積為4cm2的不銹鋼小球(不含鎳、鉻)為工作電極，鉑絲作陰極，用Na2SO4溶液作為電解液，電解液的pH維持在10左右，電流50mA。生成Fe3O4的電極反應為__________。

（3）已知：H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H=+285．5kJ·mol-1，以太陽能為熱源分解Fe3O4，經由熱化學鐵氧化合物循環分解水制H2的過程如下，完善以下過程I的熱化學方程式。

過程I．____________________________________________________。

過程II：3FeO(s)+H2O(1)===H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128．9kJ·mol-1。

Answer 1

【答案】Fe2++2Fe3++8NH3·H2O=Fe3O4↓+8NH4++4H2O Fe2+容易被氧化為Fe3+3Fe-8e-+8OH-=Fe3O4↓+2H2O2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) △H=+313.2kJ·mo1-1

【解析】

（1）反應①中Fe2＋與Fe3＋物質的量比為1：2，即離子反應方程式為Fe2＋與Fe3＋的系數比為1：2,然后加入氨水，生成Fe3O4，即反應②離子方程式為Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O=Fe3O4＋8NH4＋＋4H2O；當c(Fe2＋):c(Fe3＋)=2:1時，根據表格中數據，產品磁性最大，其原因是Fe2＋溶液被氧化為Fe3＋；（2）不銹鋼應作陽極，因為pH維持10左右，因此電解液的環境為堿性，因此生成Fe3O4的電極反應式為3Fe＋8OH－－8e－=Fe3O4＋2H2O；（3）根據過程，Fe3O4轉化成FeO和O2，方程式為2Fe3O4=6FeO＋O2↑，因此用總反應減去過程II×2，得出2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) △H=+313.2kJ·mol－1。