Question

【題目】納米Fe3O4在磁流體、催化劑、醫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溶液調節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溶液調節pH過高會產生灰白色沉淀，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)產率及其生成后溶液pH的關系，結果如下：

用離子方程式解釋FeO( OH)生成后溶液pH下降的原因：____。

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

i．反應過程中溶液酸性增強，導致FeO( OH)向Fe2 O3的轉化；

ii．溶液中存在少量Fe2+，導致FeO( OH)向Fe2O3的轉化。

①經分析，假設i不成立的實驗依據是____。

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

以上結果表明：____。

③ a=7和a =9時，FeO( OH)產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物純度和產率的影響極大。

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中會混有的物質是____。

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

經理論分析，N=2共沉淀時納米Fe3O4產率應最高，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轉化，且溶液中Fe2+含量越高相同時間內, FeO( OH)向Fe2O3轉化的越多 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產率下降

【解析】

（1）①若用NaOH溶液調節pH過高會產生灰白色沉淀是亞鐵離子結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溶液調節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根據表中數據，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表中數據分析可知，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的轉化，且溶液中亞鐵離子含量越高，相同時間內FeO( OH)向Fe2O3的轉化的越多。故答案為：溶液中存在少量Fe2+可導致FeO( OH)向Fe2O3轉化，且溶液中Fe2+含量越高相同時間內， FeO( OH)向Fe2O3轉化的越多

③a=7和a=9時，FeO( OH)產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，Fe2+導致FeO( OH)向Fe2O3的轉化，則共沉淀pH過低時，得到的納米Fe3O4中會混有的物質是：Fe2O3，故答案為：Fe2O3。

②經理論分析，N=2共沉淀時納米Fe3O4產率應最高，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產率下降。