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Fe3＋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：__________。

(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·mol－l，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 =＋128.9 kJ·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1 L恒容密闭容器中，加入Fe3O4、CO各0.5 mol，10 min后反应达到平衡时，容器中CO2的浓度是0.4 mol·L－1。

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

②T℃时，该反应的平衡常数为____________。

Answer 1

【答案】Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O === Fe3O4↓＋8＋4H2O 3Fe－8e－＋8OH－=== Fe3O4↓＋2H2O 2Fe3O4(s) === 6FeO(s)＋O2(g) △H =＋313.2 kJ·mol－l 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）和的物质的量比为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为分解生成和氧气，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Ⅱ叠加得到总反应： △H1 =＋285.5 kJ·mol－l，设反应Ⅱ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后的浓度是0.4 mol·L－1，体积为1L，故的物质的量增加0.4mol，根据方程式减少0.1mol（23.2g），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。