Question

【题目】Fe3O4呈黑色、有磁性，应用广泛。以Fe3O4为吸附剂去除水中含磷物质是一种新的除磷措施。

(1)检验Fe3O4中铁元素的价态：用盐酸溶解Fe3O4，取少量滴加______，溶液变红；另取少量滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀。

(2)氧化—沉淀法制备Fe3O4

Ⅰ．向稀硫酸中加入过量铁粉，得到FeSO4溶液。空气中存在O2，由于_______(用离子方程式表示)，可产生Fe3+。过量铁粉的作用是除去Fe3+。

Ⅱ．在N2保护下，向热NaOH溶液中加入FeSO4溶液，搅拌，得到Fe(OH)2浊液。将NaNO3溶液滴入浊液中，充分反应得到Fe3O4。

①用湿润红色石蕊试纸检验产物，_______（填现象），证明生成了NH3。

②____Fe(OH)2+_____NO3-=________（将反应补充完整）。

(3)含磷各微粒在溶液中的物质的量分数与pH的关系如下图所示。

下列分析正确的是________。

a．KH2PO4的水溶液中：c(H+)＞c(OH-)

b．K2HPO4 溶液显碱性，原因是HPO42-的水解程度大于其电离程度

c．H3PO4是强电解质，在溶液中完全电离

(4)将Fe3O4加到KH2PO4溶液中，调节溶液pH。pH对吸附剂Fe3O4表面所带电荷的影响：pH＜6.8，Fe3O4表面带正电荷；pH＞6.8，Fe3O4表面带负电荷；pH=6.8，Fe3O4表面不带电荷。Fe3O4对含磷微粒的去除率随pH的变化如下。

①pH=3时，吸附的主要微粒是_______。

②与pH=5时相比，pH=9时的去除率明显下降，原因是：_________。

Answer 1

【答案】KSCN溶液 4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O 试纸变蓝 12 1 4Fe3O4+NH3↑+OH-+10H2O ab H2PO4- pH=5时，Fe3O4带正电荷，含磷的主要微粒是H2PO4-；pH=9时，Fe3O4带负电荷，含磷的主要微粒是HPO42-。因此在pH=9时，吸附剂和含磷的主要微粒之间的静电排斥作用强于pH =5时

【解析】

(1) Fe3O4与HCl反应产生FeCl2、FeCl3，向溶液中加入KSCN溶液，溶液变为血红色，证明含有Fe3+；向溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，证明含有Fe2+；

(2)I.空气中的氧气与溶液中的Fe2+会发生氧化还原反应，4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，产生Fe3+；若加入Fe粉，就会发生2Fe3++Fe=3Fe2+，从而可除去Fe3+，防止溶液变质；

II.①氨气的水溶液显碱性，能够使湿润的红色石蕊试纸变为蓝色；

②Fe(OH)2被NO3-氧化为Fe3O4，NO3-被还原为NH3，根据电子守恒，可知Fe(OH)2的系数是12，Fe3O4的系数是4，NO3-、NH3的系数是1，根据电荷守恒可知生成物中还有OH-，根据元素守恒，可知生成物还有H2O，系数是10，所以配平的方程式为12Fe(OH)2+NO3-= 4Fe3O4+NH3+OH-+10H2O；

(3) a．根据图示可知H2PO4-存在的pH<5，溶液显酸性，所以KH2PO4的水溶液中：c(H+)＞c(OH-)，a正确；

b．K2HPO4是三元弱酸的酸式盐，在溶液中HPO42-既存在电离作用，也存在水解作用。电离产生H+使溶液显酸性；水解消耗水电离产生的H+，当最终达到平衡时溶液中c(OH-)>c(H+)，使溶液又显碱性。现在K2HPO4溶液显碱性，说明HPO42-的水解程度大于其电离程度，溶液中c(OH-)>c(H+)，b正确；

c．由于溶液的pH不同，溶液中磷元素的主要存在的微粒种类不同，说明H3PO4是弱电解质，在溶液中存在电离平衡，不能完全电离，c错误；

故合理选项是ab；

(4)①根据pH对吸附剂Fe3O4表面所带电荷的影响：pH＜6.8，溶液中主要存在微粒是H2PO4-；Fe3O4表面带正电荷，现在溶液的pH=3，所以Fe3O4吸附的就是正电荷，主要微粒是H2PO4-；

②pH=9时，Fe3O4带负电荷，含磷的主要微粒是HPO42-。因此在pH=9时，吸附剂和含磷的主要微粒之间的静电排斥作用强于pH =5时。