Question

【题目】Fe@Fe2O3纳米线是一种新型铁基材料，在催化、生物医药、环境科学等领域具有广阔应用前景。某研究小组以赤泥（铝土矿提取氧化铝过程中产生的固体废弃物，含SiO2、Fe2O3、Al2O3）为原料，设计下列流程制备Fe@Fe2O3纳米线并探究其在水处理中的应用。

回答下列问题：

（1）“浸出”实验中，盐酸起始浓度对铁、铝浸出率的影响如图所示：

①盐酸的合适浓度为______________。

②盐酸起始浓度为2 mol·L﹣1时，铁的浸出率很低，原因是______________。

（2）已知：25℃时，Al(OH)3(s)AlO2－+ H+ + H2O K=4×10－13。若浸出液c(Al3+) = 0.04 mol·L－1，“调节pH”时，pH最小应为______________（设调节pH过程中溶液体积不变）。

（3）Fe@Fe2O3纳米线为壳层结构（核是Fe、壳是Fe2O3），壳是由中心铁核在合成过程中被氧化而形成。

①“合成”时滴加NaBH4溶液过程中伴有气泡产生，滤液Ⅱ中含B(OH)3，合成铁核的离子方程式为____________________________。

②“合成”后，经过滤、______________、______________获得Fe@Fe2O3纳米线。

（4）Fe@Fe2O3纳米线去除水体中Cr2O72－的机理是，纳米线将Cr2O72－吸附在表面并还原。在“无氧”和“有氧”条件下将纳米线分别置于两份相同的水体中，80 min后回收该纳米线，测得其表面元素的原子个数比如下表：

①在水体中Fe@Fe2O3纳米线形成的分散系是____________________________。

②样本2的实验条件是______________（填“有氧”或“无氧”）。

③已知水体中检测不到Cr(Ⅲ)，样本1中Fe@Fe2O3纳米线的表面Cr(Ⅵ)的去除率为____________________________。

Answer 1

【答案】 6 mol·L－1 盐酸起始浓度为2mol·L－1时，Fe3+发生了水解 11 9H2O + 4Fe3+ + 3BH4－ = 4Fe + 6H2↑+ 3B(OH)3 + 9H+ 洗涤 烘干 胶体 有氧 46.8%

【解析】（1）①由图中信息可知，盐酸的浓度为6 mol·L－1时铝、铁的浸出率已经很高，再增大浓度浸出率增大不明显，故合适浓度为6 mol·L－1；②盐酸起始浓度为2mol·L－1时，Fe3+发生了水解，铁的浸出率很低；（2）已知：25℃时，Al(OH)3(s)AlO2－+ H+ + H2O K=c(AlO2－)c(H+)= c(Al3+)c3(OH-)=4×10－13，若浸出液c(Al3+) = 0.04 mol·L－1，由Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)c3(OH-)= 0.4 mol·L－1×c3(OH-)=4×10－13，c(OH-)=10－3，“调节pH”时，pH最小应为11；（3）①“合成”时滴加NaBH4溶液过程中伴有气泡产生为氢气，滤液Ⅱ中含B(OH)3，合成铁核的离子方程式为9H2O + 4Fe3+ + 3BH4－ = 4Fe + 6H2↑+ 3B(OH)3 + 9H+；

②“合成”后，经过滤、洗涤、烘干获得Fe@Fe2O3纳米线；（4）①在水体中Fe@Fe2O3纳米线形成的分散系是胶体；②由表中数据可知，Fe:O:Cr=5.2:16.7:1，设Cr为1mol，则根据Cr2O72－可知含氧3.5mol，剩余的氧为16.7-3.5=13.2mol，若均为氧化铁中的氧，则含铁，但题给铁为5.2mol，故不符合，则应该有部分氧不是氧化铁中的，则样本2的实验条件是有氧；③已知水体中检测不到Cr(Ⅲ)，根据数据中铬元素的含量，样本1中Fe@Fe2O3纳米线的表面Cr(Ⅵ)的去除率为。