题目内容

【题目】纳米级Fe3O4呈黑色,因其有磁性且粒度小而在磁记录材料、生物功能材料等诸多领域有重要应用,探究其制备和用途意义重大。

(1)还原-沉淀法:用还原剂Na2SO3将一定量Fe3可溶盐溶液中的Fe3还原,使Fe2Fe3的物质的量比为1 : 2然后在所得体系中加入氨水,铁元素完全沉淀形成纳米Fe3O4。写出过程的离子方程式:__________

(2)电化学法也可制备纳米级Fe3O4,用面积为4 cm2的不锈钢小球(不含镍、铬)为工作电极,铂丝作阴极,用Na2SO4溶液作为电解液,电解液的pH维持在10左右,电流50 mA。生成Fe3O4的电极反应为______

(3)已知:H2O(1) === H2(g)O2(g) △H =285.5 kJ·moll,以太阳能为热源分解Fe3O4,经由热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下,完善以下过程I的热化学方程式。过程I__________。过程3FeO(s)H2O(l) === H2(g)Fe3O4(s) H =128.9 kJ·mol1

(4)磁铁矿(Fe3O4)常作冶铁的原料,主要反应为Fe3O4(s)4CO(g)3Fe(s)4CO2 (g),该反应的△H < 0T℃时,在1 L恒容密闭容器中,加入Fe3O4CO0.5 mol10 min后反应达到平衡时,容器中CO2的浓度是0.4 mol·L1

①T℃时,10 min内用Fe3O4表示的平均反应速率为___g·min1

②T℃时,该反应的平衡常数为____________

【答案】Fe22Fe38NH3·H2O === Fe3O4↓+84H2O 3Fe8e8OH=== Fe3O4↓+2H2O 2Fe3O4(s) === 6FeO(s)O2(g) H =313.2 kJ·moll 2.32 256

【解析】

可以表示为,即中铁的价态为既有+2价也有+3价,+2价和+3价的铁原子之比为1:2

1的物质的量比为1 : 2,加入氨水制得,一水合氨是弱碱,离子方程式为:

答案为:

(2)不锈钢小球(铁)为阳极,失电子生成,且溶液为碱性环境,故电极方程式为:

答案为:

3)过程I分解生成和氧气,故化学方程式为:,根据图像可以推知,整个过程为水分解生成氢气和氧气,即反应I和反应叠加得到总反应: △H1 =285.5 kJ·moll,设反应焓变为△H2,则反应I的焓变为:,故反应I的热化学方程式为:

故答案为:

4)①根据方程式10 min的浓度是0.4 mol·L1,体积为1L,故的物质的量增加0.4mol,根据方程式减少0.1mol23.2g),故用Fe3O4表示的平均反应速率为

故答案为:2.32 ;

②列三段式,,故平衡常数

故答案为256

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