Question

1．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（R=$\frac{n（\stackrel{+3}{Fe}）}{n（\stackrel{+2}{Fe}）}$）的关系如图所示．
（1）为提高步骤①的反应速率，可采取的措施是搅拌、适当升高温度．
（2）步骤②中，主要反应的离子方程式是2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）常温下Fe³⁺、Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如图．该温度下K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2
完全沉淀物PH	3.0	8.3

（4）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2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；
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
（5）⑤反应的离子方程式为2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O；步骤⑤中的“分离”包含的步骤有过滤、洗涤．
（6）设浊液D中FeOOH的物质的量为a，滤液B中的铁元素的物质的量为b．为使Fe₃O₄的产率最高，则$\frac{a}{b}$=0.636．（填数值，小数点后保留3位）

Answer 1

分析 铁泥（主要成分为Fe₂O₃、FeO和少量Fe）与稀盐酸反应得到的滤液A溶质为氯化铁、氯化亚铁、过量的稀盐酸，加入铁粉还原铁离子：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，过滤过量的铁，滤液B的溶质为氯化亚铁，加入氢氧化钠溶液，生成Fe（OH）₂浑浊液，向浑浊液中加入双氧水氧化：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O，反应完成后需再加热一段时间除去剩余H₂O₂，再与氯化亚铁加热搅拌发生反应：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，过滤、洗涤、干燥得产品Fe₃O₄，据此分析解答．

解答 解：（1）搅拌、适当升高温度可提高铁泥与盐酸的反应速率；
故答案为：搅拌；适当升高温度；
（2）滤液A溶质为氯化铁、氯化亚铁、过量的稀盐酸，加入铁粉还原铁离子和反应过量的盐酸：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）由表可知Fe（OH）₃完全沉淀的pH为3.0，即c（H⁺）=1×10^-3mol/L，则c（OH^-）=1×10¹¹mol/L，该温度下K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c（OH^-）³=1×10^-5•（1×10^-11）³=1.0×10^-38；
故答案为：1.0×10^-38；
（4）步骤④中，浊液D中的氢氧化亚铁与过氧化氢反应生成FeOOH，反应为：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；步骤④中，防止其在步骤⑤中继续氧化+2价铁元素，反应完成后需再加热一段时间除去剩余H₂O₂；
故答案为：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；
（5）⑤为FeOOH与氯化亚铁加热搅拌发生反应生成产品Fe₃O₄，反应为：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，过滤、洗涤、干燥得产品Fe₃O₄；
故答案为：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O； 过滤；洗涤；
（6）浊液D中FeOOH的物质的量为a，滤液B中的铁元素的物质的量为b，则滤液B中与FeOOH反应的亚铁离子物质的量为b-a，由图可知R（R=$\frac{n（\stackrel{+3}{Fe}）}{n（\stackrel{+2}{Fe}）}$）=1.75时，Fe₃O₄的产率最高，则$\frac{a}{b-a}$=1.75，解得：$\frac{a}{b}$=0.636；
故答案为：0.636．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．