Question

（12分）利用染化廠的廢料鐵泥（主要成分是Fe₂O₃、FeO和鐵）制備可用于隱形飛機涂層的納米四氧化三鐵的生產流程為：

請回答：

（1）過程①主要反應的離子方程式為                     。

（2）已知氫氧化亞鐵的K_sp=4.87×10^-17，氫氧化鐵的K_sp=2.6×10^-39。

當溶液中某離子濃度不高于1×10^-5 mol·L^-1時，可以認為該離子已經完全沉淀。通過計算所得數據說明過程②調節pH=9的原因是                   。

（3）物質D的主要產物中鐵、氫、氧三種元素的質量比為56∶1∶32， 則過程③主要反應的化學方程式為         。

（4）已知Fe²⁺在弱堿性溶液中還原性較強，圖11是研究過程④的實驗所得，則該反應所需的時間控制在     小時左右，較為適宜。

（5）某工廠處理廢鐵泥（測得鐵元素含量為16.8 %）的能力為10噸/小時，生產納米四氧化三鐵的產量為4.64噸/小時。如不考慮過程④以后生產中Fe²⁺的氧化，則該工廠每小時消耗鐵粉的質量為           千克。

 

Answer 1

【答案】

（1）2Fe³⁺ + Fe ＝ 3Fe²⁺   （2分）   （2）當pH=9時，c(Fe²⁺)＝4.87×10^-7mol·L^—1 （2分）

（3）2Fe(OH)₂ +H₂O₂＝2FeO(OH)+2H₂O（物質D寫成Fe(OH)O或FeHO₂、FeO₂H均可以）（2分）     （4）0.16（2分）       （5）560（4分）

【解析】（1）濾液A中含有鐵離子，所以方程式為2Fe³⁺ + Fe ＝ 3Fe²⁺。

（2）根據氫氧化亞鐵的溶度積常數可知，當pH＝9時，c(Fe²⁺)＝4.87×10^-7mol·L^—1，此時已經完全沉淀。

（3）鐵、氫、氧三種元素的質量比為56∶1∶32，則原子個數之比時1︰1︰2，即化學式為FeO(OH)，所以反應式是2Fe(OH)₂ +H₂O₂＝2FeO(OH)+2H₂O。

（4）根據圖11可知，當溶液顯弱堿性時，對應的時間大約是0.16h。

（5）4.64噸四氧化三鐵中鐵的質量是＝3.36噸，其中相當于氧化鐵的質量是2.24噸，另外的鐵來自于亞鐵離子。10噸鐵泥中鐵的質量是16.8 %×10＝1.68噸，所以需要鐵粉的質量是2.24噸－1.68噸＝0.56噸。