Question

【題目】Fe3O4呈黑色、有磁性，應用廣泛。以Fe3O4為吸附劑去除水中含磷物質是一種新的除磷措施。

(1)檢驗Fe3O4中鐵元素的價態：用鹽酸溶解Fe3O4，取少量滴加______，溶液變紅；另取少量滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產生藍色沉淀。

(2)氧化—沉淀法制備Fe3O4

Ⅰ．向稀硫酸中加入過量鐵粉，得到FeSO4溶液。空氣中存在O2，由于_______(用離子方程式表示)，可產生Fe3+。過量鐵粉的作用是除去Fe3+。

Ⅱ．在N2保護下，向熱NaOH溶液中加入FeSO4溶液，攪拌，得到Fe(OH)2濁液。將NaNO3溶液滴入濁液中，充分反應得到Fe3O4。

①用濕潤紅色石蕊試紙檢驗產物，_______（填現象），證明生成了NH3。

②____Fe(OH)2+_____NO3-=________（將反應補充完整）。

(3)含磷各微粒在溶液中的物質的量分數與pH的關系如下圖所示。

下列分析正確的是________。

a．KH2PO4的水溶液中：c(H+)＞c(OH-)

b．K2HPO4 溶液顯堿性，原因是HPO42-的水解程度大于其電離程度

c．H3PO4是強電解質，在溶液中完全電離

(4)將Fe3O4加到KH2PO4溶液中，調節溶液pH。pH對吸附劑Fe3O4表面所帶電荷的影響：pH＜6.8，Fe3O4表面帶正電荷；pH＞6.8，Fe3O4表面帶負電荷；pH=6.8，Fe3O4表面不帶電荷。Fe3O4對含磷微粒的去除率隨pH的變化如下。

①pH=3時，吸附的主要微粒是_______。

②與pH=5時相比，pH=9時的去除率明顯下降，原因是：_________。

Answer 1

【答案】KSCN溶液 4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O 試紙變藍 12 1 4Fe3O4+NH3↑+OH-+10H2O ab H2PO4- pH=5時，Fe3O4帶正電荷，含磷的主要微粒是H2PO4-；pH=9時，Fe3O4帶負電荷，含磷的主要微粒是HPO42-。因此在pH=9時，吸附劑和含磷的主要微粒之間的靜電排斥作用強于pH =5時

【解析】

(1) Fe3O4與HCl反應產生FeCl2、FeCl3，向溶液中加入KSCN溶液，溶液變為血紅色，證明含有Fe3+；向溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液，產生藍色沉淀，證明含有Fe2+；

(2)I.空氣中的氧氣與溶液中的Fe2+會發生氧化還原反應，4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，產生Fe3+；若加入Fe粉，就會發生2Fe3++Fe=3Fe2+，從而可除去Fe3+，防止溶液變質；

II.①氨氣的水溶液顯堿性，能夠使濕潤的紅色石蕊試紙變為藍色；

②Fe(OH)2被NO3-氧化為Fe3O4，NO3-被還原為NH3，根據電子守恒，可知Fe(OH)2的系數是12，Fe3O4的系數是4，NO3-、NH3的系數是1，根據電荷守恒可知生成物中還有OH-，根據元素守恒，可知生成物還有H2O，系數是10，所以配平的方程式為12Fe(OH)2+NO3-= 4Fe3O4+NH3+OH-+10H2O；

(3) a．根據圖示可知H2PO4-存在的pH<5，溶液顯酸性，所以KH2PO4的水溶液中：c(H+)＞c(OH-)，a正確；

b．K2HPO4是三元弱酸的酸式鹽，在溶液中HPO42-既存在電離作用，也存在水解作用。電離產生H+使溶液顯酸性；水解消耗水電離產生的H+，當最終達到平衡時溶液中c(OH-)>c(H+)，使溶液又顯堿性。現在K2HPO4溶液顯堿性，說明HPO42-的水解程度大于其電離程度，溶液中c(OH-)>c(H+)，b正確；

c．由于溶液的pH不同，溶液中磷元素的主要存在的微粒種類不同，說明H3PO4是弱電解質，在溶液中存在電離平衡，不能完全電離，c錯誤；

故合理選項是ab；

(4)①根據pH對吸附劑Fe3O4表面所帶電荷的影響：pH＜6.8，溶液中主要存在微粒是H2PO4-；Fe3O4表面帶正電荷，現在溶液的pH=3，所以Fe3O4吸附的就是正電荷，主要微粒是H2PO4-；

②pH=9時，Fe3O4帶負電荷，含磷的主要微粒是HPO42-。因此在pH=9時，吸附劑和含磷的主要微粒之間的靜電排斥作用強于pH =5時。