Question

1．某兴趣小组用废铁泥（主要成分为Fe₂O₃、FeO和少量Fe）制备磁性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）步骤②中，主要反应的离子方程式是2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）已知：Fe³⁺在pH=2.8时沉淀完全； Fe²⁺在pH=6.3时开始沉淀，在pH=8.3时沉淀完全．步骤③中，用NaOH溶液调pH至9，原因是使亚铁离子沉淀完全．
（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2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O．
（4）下列说法正确的是abc（选填字母）．
a．步骤④中，当反应完成后需再加热一段时间
b．步骤⑤中，反应过程中需要不断补充碱液
c．步骤⑤恰好反应时，n（FeOOH）/n（Fe²⁺）=2：1
d．当n（浊液D中的FeOOH）/n（滤液B中的铁元素）=4/7时，Fe₃O₄的产率最高．

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：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，
（1）步骤②中，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⁺；
（2）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，Fe²⁺在pH=6.3时开始沉淀，在pH=8.3时沉淀完全，所以用NaOH溶液调pH至9使亚铁离子沉淀完全；
故答案为：使亚铁离子沉淀完全；
（3）Fe（OH）₂浑浊液中加入双氧水氧化，反应后浊液D中铁元素以FeOOH形式存在，则反应的离子方程式为：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；
故答案为：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O；
（4）a．步骤④中，反应完成后需再加热一段时间除去剩余H₂O₂，故a正确；
b．FeOOH与氯化亚铁加热搅拌发生反应：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，反应消耗碱，所以步骤⑤中，反应过程中需要不断补充碱液，故b正确；
c．步骤⑤恰好反应时，发生反应：2FeOOH+Fe²⁺+2OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+2H₂O，由方程式可知：n（FeOOH）/n（Fe²⁺）=2：1，故c正确；
d．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，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=1.75时，Fe₃O₄的产率最高，则$\frac{a}{b-a}$=1.75，解得：$\frac{a}{b}$=$\frac{7}{11}$，故d错误；
故答案为：abc．

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、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，侧重于考查学生的分析能力和应用能力．