Question

【题目】某学习小组用铁泥（主要成分为Fe2O3、FeO和少量Fe）制备Fe3O4纳米材料的流程示意图如下：

已知：步骤⑤中，相同条件下测得Fe3O4的产率与R()的关系如图所示。

（1）为提高步骤①的反应速率，可采取的措施是_______________(任写一点) 。

（2）步骤②中，主要反应的离子方程式是________________________。

（3）浊液D中铁元素以FeOOH形式存在。步骤④中，反应的化学方程式是___________________；步骤④中，反应完成后需再加热一段时间除去剩余H2O2目的是____________________________

（4）⑤反应的离子方程式为_________________ ；步骤⑤中的“分离”包含的步骤有______________________。

（5）设浊液D中FeOOH的物质的量为amol，滤液B中的铁元素的物质的量为bmol。为使Fe3O4的产率最高，则＝_________。（填数值，小数点后保留3位）

Answer 1

【答案】 搅拌、适当升高温度 2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+ 2Fe(OH)2 +H2O2＝2FeOOH + 2H2O 加热使其分解除去，防止其在步骤⑤中继续氧化＋2价铁元素 2FeOOH＋Fe2＋＋2OH－Fe3O4＋2H2O 过滤、洗涤 0.636

【解析】(1)这是在溶液中进行的反应，为了提高反应速率，可采用搅拌，或适当升高温度，或者适当增大盐酸的浓度；

(2)由铁泥的主要成分为Fe2O3、FeO和少量Fe可知，在与盐酸反应后的滤液A中有FeCl3、FeCl2及剩余的HCl，所以加入铁粉后的反应有：2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+和Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑，其中主要的反应为2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+；

(3)浊液C为Fe(OH)2，而浊液D为FeOOH，所以步骤④的反应方程式为2Fe(OH)2 +H2O2

＝2FeOOH + 2H2O，反应完成后继续加热，是为了除去H2O2，防止在与滤液B(即FeCl2)混合时氧化Fe2+；

(4)根据转化关系可知，步骤⑤中反应物为浊液D中的FeOOH和滤液B中的Fe2+，结合反应环境，可写出反应的离子方程式为2FeOOH＋Fe2＋＋2OH－Fe3O4＋2H2O；为了除去纳米Fe3O4中的浊液杂质，可用过滤、洗涤的方法进行分离；

(5)已知浊液D中FeOOH的物质的量为amol，即Fe3＋的物质的量为amol，滤液B中的铁元素的物质的量为bmol，则与浊液D中FeOOH反应的Fe2＋的物质的量为(b-a)mol，由图象可知当Fe3O4的产率最高时，=1.75=，则＝0.636。