Question

【題目】納米級Fe3O4呈黑色，因其有磁性且粒度小而在磁記錄材料、生物功能材料等諸多領域有重要應用，探究其制備和用途意義重大。

（1）還原-沉淀法：①用還原劑Na2SO3將一定量Fe3+可溶鹽溶液中的Fe3+還原，使Fe2+和Fe3+的物質的量比為1：2。②然后在①所得體系中加入氨水，鐵元素完全沉淀形成納米Fe3O4。檢驗溶液中還存在Fe2+的方法是___。寫出②過程的離子方程式：____。當還原后溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1時，由下表數(shù)據(jù)可知，產品磁性最大，可能的原因是___。

（2）電化學法也可制備納米級Fe3O4，用面積為4cm2的不銹鋼小球(不含鎳、鉻)為工作電極，鉑絲作陰極，用Na2SO4溶液作為電解液，電解液的pH維持在10左右，電流50mA。生成Fe3O4的總反應方程式為___。

（3）已知：H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H=+285．5kJ·mol-1，以太陽能為熱源分解Fe3O4，經(jīng)由熱化學鐵氧化合物循環(huán)分解水制H2的過程如下，完善以下過程I的熱化學方程式。

過程I．____，

過程II：3FeO(s)+H2O(1)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ·mol-1。

Answer 1

【答案】取少量溶液，滴加酸性高錳酸鉀溶液，酸性高錳酸鉀溶液褪色（或取少量溶液，加入鐵氰酸鉀，生成藍色沉淀（KFe[Fe(CN)6]） Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O=Fe3O4＋8NH4＋＋4H2O Fe2＋容易被氧化為Fe3＋ 3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 2Fe3O4（s）=6FeO（s）＋O 2（g）ΔH3=+313.2kJ·mol－1（或Fe3O4（s）=3FeO（s）＋O2（g）ΔH3=+156.6kJ·mol－1）

【解析】

（1）Fe2+具有還原性，能還原酸性高錳酸鉀；②過程中Fe2+和Fe3+的物質的量比為1：2的溶液加入氨水，生成Fe3O4；Fe2＋容易被氧化為Fe3＋，生產過程中部分Fe2＋可能被氧氣氧化；

（2）根據(jù)題意，不銹鋼小球作陽極，制備納米級Fe3O4，Fe3O4是陽極產物，陰極氫離子得電子生成氫氣。

（3）由圖示可知，過程I是Fe3O4分解為FeO和氧氣，根據(jù)蓋斯定律計算焓變；

（1）Fe2+具有還原性，能還原酸性高錳酸鉀，檢驗溶液中還存在Fe2+的方法是：取少量溶液，滴加酸性高錳酸鉀溶液，酸性高錳酸鉀溶液褪色；②過程中Fe2+和Fe3+的物質的量比為1：2的溶液加入氨水，生成Fe3O4，反應的離子方程式是Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O=Fe3O4＋8NH4＋＋4H2O；Fe2＋容易被氧化為Fe3＋，生產過程中部分Fe2＋可能被氧氣氧化，所以當還原后溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1時，產品磁性最大；

（2）根據(jù)題意，不銹鋼小球作陽極，制備納米級Fe3O4，Fe3O4是陽極產物，陽極反應式是3Fe-8e-+8OH-= Fe3O4+4H2O；陰極氫離子得電子生成氫氣，陰極反應式是2H2O+2e-=H2+2OH-；總反應式是3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 ；

（3）①H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H=+285．5kJ·mol-1，

②3FeO(s)+H2O(1)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律，①×2－②×2得2Fe3O4（s）=6FeO（s）＋O 2（g）ΔH3=+313.2kJ·mol－1；