Question

【題目】某學習小組用鐵泥（主要成分為Fe2O3、FeO和少量Fe）制備Fe3O4納米材料的流程示意圖如下：

已知：步驟⑤中，相同條件下測得Fe3O4的產率與R()的關系如圖所示。

（1）為提高步驟①的反應速率，可采取的措施是_______________(任寫一點) 。

（2）步驟②中，主要反應的離子方程式是________________________。

（3）濁液D中鐵元素以FeOOH形式存在。步驟④中，反應的化學方程式是___________________；步驟④中，反應完成后需再加熱一段時間除去剩余H2O2目的是____________________________

（4）⑤反應的離子方程式為_________________ ；步驟⑤中的“分離”包含的步驟有______________________。

（5）設濁液D中FeOOH的物質的量為amol，濾液B中的鐵元素的物質的量為bmol。為使Fe3O4的產率最高，則＝_________。（填數值，小數點后保留3位）

Answer 1

【答案】 攪拌、適當升高溫度 2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+ 2Fe(OH)2 +H2O2＝2FeOOH + 2H2O 加熱使其分解除去，防止其在步驟⑤中繼續(xù)氧化＋2價鐵元素 2FeOOH＋Fe2＋＋2OH－Fe3O4＋2H2O 過濾、洗滌 0.636

【解析】(1)這是在溶液中進行的反應，為了提高反應速率，可采用攪拌，或適當升高溫度，或者適當增大鹽酸的濃度；

(2)由鐵泥的主要成分為Fe2O3、FeO和少量Fe可知，在與鹽酸反應后的濾液A中有FeCl3、FeCl2及剩余的HCl，所以加入鐵粉后的反應有：2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+和Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑，其中主要的反應為2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+；

(3)濁液C為Fe(OH)2，而濁液D為FeOOH，所以步驟④的反應方程式為2Fe(OH)2 +H2O2

＝2FeOOH + 2H2O，反應完成后繼續(xù)加熱，是為了除去H2O2，防止在與濾液B(即FeCl2)混合時氧化Fe2+；

(4)根據轉化關系可知，步驟⑤中反應物為濁液D中的FeOOH和濾液B中的Fe2+，結合反應環(huán)境，可寫出反應的離子方程式為2FeOOH＋Fe2＋＋2OH－Fe3O4＋2H2O；為了除去納米Fe3O4中的濁液雜質，可用過濾、洗滌的方法進行分離；

(5)已知濁液D中FeOOH的物質的量為amol，即Fe3＋的物質的量為amol，濾液B中的鐵元素的物質的量為bmol，則與濁液D中FeOOH反應的Fe2＋的物質的量為(b-a)mol，由圖象可知當Fe3O4的產率最高時，=1.75=，則＝0.636。