Question

【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：①用还原剂Na2SO3将一定量Fe3+可溶盐溶液中的1/3Fe3+还原，使Fe2+和Fe3+的物质的量比为1：2。②然后在①所得体系中加入氨水，铁元素完全沉淀形成纳米Fe3O4。写出②过程的离子方程式：__________________________。

当还原后溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1时，由下表数据可知，产品磁性最大，可能的原因是___________________________ 。

c(Fe2+)：c(Fe3+)	沉淀性状	磁性大小
1：3	红棕色	92.7%
1：2	棕色	96.5%
2：1	黑色	100%

(2)电化学法也可制备纳米级Fe3O4，用面积为4cm2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50mA。生成Fe3O4的电极反应为________________________。

(3)已知：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g) △H=+285.5kJ·mol-1，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Ⅱ：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ·mol-1

(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<0，T℃时，在IL恒容密闭容器中，加入Fe3O4、CO各0.5mol，10min后反应达到平衡时，容器中CO2的浓度是0.4mol·L-1。

①T℃时，10min内用Fe3O4表示的平均反应速率为_____g·min-1。

②其他条件不变时，该反应在不同温度下，CO2含量随时间的变化φ(CO2)-t曲线如图所示，温度T1、T2、T3由大到小的关系是_________________，判断依据是___________________。

Answer 1

【答案】 Fe2++2Fe3++8NH3·H2O==Fe3O4↓+8NH4++4H2O Fe2+容易被氧化为Fe3+ 3Fe-8e-+8OH-=Fe3O4↓+2H2O 2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) △H=+313.2kJ·mo1-1 2.32 T3>T2>T1 其他条件相同时，图像斜率：T3>T2>T1而温度越高，反应速率越快，所以T3>T2>T1

【解析】(1)根据题意可知，混合液中使Fe2+和Fe3+的物质的量比为1：2，加入氨水后，铁元素完全沉淀形成纳米Fe3O4，反应的离子方程式：Fe2++2Fe3++8NH3·H2O==Fe3O4↓+8NH4++4H2O； 当还原后的溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1时，由于Fe2+还原性较强，被氧气氧化为Fe3+，生成Fe3O4的量增多，产品磁性最大；正确答案：Fe2++2Fe3++8NH3·H2O==Fe3O4↓+8NH4++4H2O；Fe2+容易被氧化为Fe3+ 。

(2) 不锈钢小球(不含镍、铬)为电解池的阳极，金属铁在阳极失电子，在碱性环境下，生成Fe3O4，电极反应为3Fe-8e-+8OH-=Fe3O4↓+2H2O；正确答案：3Fe-8e-+8OH-=Fe3O4↓+2H2O。

(3) 已知：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g) △H=+285.5kJ·mol-1，过程Ⅱ：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ·mol-1，根据盖斯定律可知：总反应减去反应Ⅱ，再乘以2，得过程Ⅰ为：2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)△H=+313.2kJ·mo1-1 ；正确答案：2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)△H=+313.2kJ·mo1-1 。

(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<0，T℃时，在IL恒容密闭容器中，加入Fe3O4、CO各0.5mol，10min后反应达到平衡时，容器中CO2的浓度是0.4mol·L-1。

①10min后反应达到平衡时，容器中CO2的浓度是0.4mol·L-1，CO2的量是0.4mol，则消耗Fe3O4的量0.1mol，质量为0.1×232=23.2 g，所以10min内用Fe3O4表示的平均反应速率为23.2/10=2.32g·min-1；正确答案：2.32。

②其它条件相同时，图像斜率：T3>T2>T1，而温度越高，反应速率越快，所以T3>T2>T1；正确答案：T3>T2>T1；其他条件相同时，图像斜率：T3>T2>T1而温度越高，反应速率越快，所以T3>T2>T1。