Question

某興趣小組用廢鐵泥（主要成分為Fe₂O₃、FeO和少量Fe）制備磁性Fe₃O₄納米材料的流程示意圖如下：

Fe

已知：R＝，步驟⑤中，相同條件下測得Fe₃O₄的產率與R的關系如圖所示。

（1）步驟②中，主要反應的離子方程式是______。
（2）已知：Fe³⁺在pH＝2.8時沉淀完全； Fe²⁺在pH＝6.3時開始沉淀，在pH＝8.3時沉淀完全。
步驟③中，用NaOH溶液調pH至9，原因是______。
（3）濁液D中鐵元素以FeOOH形式存在。步驟④中，反應的化學方程式是______。
（4）下列說法正確的是______（選填字母）。
a．步驟④中，當反應完成后需再加熱一段時間
b．步驟⑤中，反應過程中需要不斷補充堿液
c．步驟⑤恰好反應時，n(FeOOH)/n(Fe²⁺)="2:1"
d．當n(濁液D中FeOOH)/n(濾液B中的鐵元素)=4/7時，Fe₃O₄的產率最高

Answer 1

（1）2Fe³⁺＋Fe＝3Fe²⁺
（2）使亞鐵離子沉淀完全
（3）2Fe(OH)₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O
（4）a b c

試題分析：（1）濾液A中含有Fe³⁺，加入Fe后發生反應：2Fe³⁺＋Fe＝3Fe²⁺
（2）Fe²⁺在pH＝8.3時沉淀完全，所以步驟③中，用NaOH溶液調pH至9，亞鐵離子沉淀完全。
（3）濁液C含有Fe(OH)₂，加入H₂O₂，發生氧化還原反應，生成FeOOH，化學方程式為：2Fe(OH)₂+H₂O₂=2FeOOH+2H₂O。
（4）a、步驟④中，當反應完成后需再加熱一段時間，可除去剩余的H₂O₂，正確；b、步驟⑤發生的反應為：2FeOOH+Fe²⁺+2OH?=Fe₃O₄+2H₂O，消耗OH?，所以需要不斷補充堿液，正確；c、步驟⑤恰好反應時，生成Fe₃O₄，+3價的Fe與+2價的Fe物質的量之比為2:1，所以n(FeOOH)/n(Fe²⁺)=2:1，正確；d、根據圖像可知，Fe₃O₄的產率最高時，+3價Fe與+2價Fe物質的量之比為1.75，所以當n(濁液D中FeOOH)/n(濾液B中的鐵元素)=4/7時，Fe₃O₄的產率不是最高，錯誤。