Question

【題目】納米Fe3O4在磁流體、催化劑、醫(yī)學等領域具有廣闊的應用前景。氧化共沉淀制備納米Fe3O4的方法如下：

I．Fe2+的氧化：將FeSO4溶液用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至a，再加入H2O2溶液，立即得到 FeO( OH)紅棕色懸濁液。

（1）①若用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH過高會產(chǎn)生灰白色沉淀，該反應的離子方程式是 _____________。

②上述反應完成后，測得a值與FeO(OH)產(chǎn)率及其生成后溶液pH的關系，結(jié)果如下：

用離子方程式解釋FeO( OH)生成后溶液pH下降的原因：____。

（2）經(jīng)檢驗：當a=7時，產(chǎn)物中存在大量Fe2O3。對Fe2 O3的產(chǎn)生提出兩種假設：

i．反應過程中溶液酸性增強，導致FeO( OH)向Fe2 O3的轉(zhuǎn)化；

ii．溶液中存在少量Fe2+，導致FeO( OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化。

①經(jīng)分析，假設i不成立的實驗依據(jù)是____。

②其他條件相同時，向FeO( OH)濁液中加入不同濃度Fe2+，30 min后測定物質(zhì)的組成，結(jié)果如下：

以上結(jié)果表明：____。

③ a=7和a =9時，FeO( OH)產(chǎn)率差異很大的原因是____。

Ⅱ．Fe2+和Fe3+共沉淀：向FeO( OH)紅棕色懸濁液中同時加入FeSO4溶液和NaOH濃溶液進行共沉淀，再將此混合液加熱回流、冷卻、過濾、洗滌、干燥，得到納米Fe3O4。

（3）共沉淀時的反應條件對產(chǎn)物純度和產(chǎn)率的影響極大。

①共沉淀pH過高時，會導致FeSO4溶液被快速氧化；共沉淀pH過低時，得到的納米Fe3O4中會混有的物質(zhì)是____。

②已知N=n[FeO(OH)]/n(Fe2+)，其他條件一定時，測得納米Fe3O4的產(chǎn)率隨N的變化曲線如下圖所示：

經(jīng)理論分析，N=2共沉淀時納米Fe3O4產(chǎn)率應最高，事實并非如此的可能原因是_________。

Answer 1

【答案】 a=8或9時反應后溶液的pH均接近4，即反應過程中溶液的酸性均增強 溶液中存在少量Fe2+可導致FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化，且溶液中Fe2+含量越高相同時間內(nèi), FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化的越多 a=9時，溶液中幾乎沒有Fe2+，而a=7時，溶液中還存在Fe2+ Fe2O3 在實驗操作過程中，會有部分Fe2+被氧氣氧化成Fe3+，故N=2時，參與共沉淀的Fe2+的量減少，導致生成的Fe3O4產(chǎn)率下降

【解析】

（1）①若用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH過高會產(chǎn)生灰白色沉淀是亞鐵離子結(jié)合氫氧根離子生成氫氧化亞鐵沉淀，反應的離子方程式：，故答案為：。

②FeSO4溶液用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至a，再加入H2O2溶液，立即得到FeO( OH)紅棕色懸濁液，消耗氫氧根離子，溶液pH降低，反應的離子方程式為：，故答案為：。

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，a=8或9時反應后溶液pH均接近于4即反應過程中溶液酸性均增強，說明假設i.反應過程中溶液酸性增強，導致FeO( OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化不正確。故答案為：a=8或9時反應后溶液的pH均接近4，即反應過程中溶液的酸性均增強。

②表中數(shù)據(jù)分析可知，其他條件相同時，向FeO( OH)濁液中加入不同濃度Fe2+，溶液中存在少量Fe2+可導致FeO( OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化，且溶液中亞鐵離子含量越高，相同時間內(nèi)FeO( OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化的越多。故答案為：溶液中存在少量Fe2+可導致FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化，且溶液中Fe2+含量越高相同時間內(nèi)， FeO( OH)向Fe2O3轉(zhuǎn)化的越多

③a=7和a=9時，FeO( OH)產(chǎn)率差異很大的原因是：a=9時溶液中幾乎無亞鐵離子，而a=7時溶液中還存在亞鐵離子。故答案為：a=9時，溶液中幾乎沒有Fe2+，而a=7時，溶液中還存在Fe2+。

（3）①共沉淀pH過低時，F(xiàn)e2+導致FeO( OH)向Fe2O3的轉(zhuǎn)化，則共沉淀pH過低時，得到的納米Fe3O4中會混有的物質(zhì)是：Fe2O3，故答案為：Fe2O3。

②經(jīng)理論分析，N=2共沉淀時納米Fe3O4產(chǎn)率應最高，事實并非如此的可能原因是：實際操作過程中會有部分亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，故N=2時，參與共沉淀的亞鐵離子減少，導致生成的Fe3O4的產(chǎn)率減小。故答案為：在實驗操作過程中，會有部分Fe2+被氧氣氧化成Fe3+，故N=2時，參與共沉淀的Fe2+的量減少，導致生成的Fe3O4產(chǎn)率下降。