Question

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圖1：

請回答：
（1）過程①主要反應的離子方程式為

2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺

．
（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

當pH=9時，Fe²⁺的濃度為5×10^-5mol?L^-1，已完全沉淀

．
（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

2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeO（OH）+2H₂O

．
（4）已知Fe²⁺在弱堿性溶液中還原性較強，圖2是研究過程④的實驗所得，則該反應所需的時間控制在

0.16

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

560

千克．

Answer 1

分析：（1）過程①為Fe³⁺與Fe反應；
（2）根據水的離子積為1×10^-14，當pH=9時，OH^-的濃度為1×10^-4mol?L^-1，根據氫氧化亞鐵的K_sp=1×10^-13，得Fe²⁺的濃度為5×10^-5mol?L^-1；
（3）根據鐵、氫、氧三種元素的質量比求D原子最簡個數比；
（4）已知Fe²⁺在弱堿性溶液中還原性較強，當時間超過0.16小時，Fe²⁺易氧化，所以最佳反應時間為0.16h；
（5）廢料鐵泥（主要成分是Fe₂O₃、FeO和鐵），依據反應過程分析，最后得到四氧化三鐵中鐵元素質量除二價鐵離子是加入的，三價鐵離子全部來源于加入的鐵和鐵妮中鐵元素的質量，依據質量守恒計算得到；

解答：解：（1）Fe³⁺與Fe反應生成Fe²⁺，反應的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）根據水的離子積為1×10^-14，當pH=9時，OH^-的濃度為1×10^-4mol?L^-1，根據氫氧化亞鐵的K_sp=1×10^-13，得Fe²⁺的濃度為5×10^-5mol?L^-1，
故答案為：當pH=9時，Fe²⁺的濃度為5×10^-5mol?L^-1，已完全沉淀；
（3）根據物質D鐵、氫、氧三種元素的質量比為56：1：32，則它們的個數比為：1：1：2，故物質D為：FeO（OH），反應的化學方程式為：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeO（OH）+2H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₂+H₂O₂=2FeO（OH）+2H₂O （物質D寫成Fe（OH）O或FeHO₂、FeO₂H均可以）；
（4）Fe²⁺在弱堿性溶液中還原性較強，因此我們PH值要在酸性或者強堿性，但Ⅰ．工業生產要考慮生產效率，時間越短要好．Ⅱ．堿性（PH＞9）太強使Fe²⁺沉淀，綜合考慮最佳反應時間為0.16h，
故答案為：隨著反應時間的增加，溶液的PH下降，可確定該反應的最佳時間是0.16h；
（5）處理廢鐵泥（測得鐵元素含量為16.8%）的能力為10噸/小時，計算每1小時處理的廢鐵泥得到含鐵元素質量=16.8%×10噸=1.68噸；生產納米四氧化三鐵的產量為4.64噸/小時，不考慮過程④以后生產中Fe²⁺的氧化，說明最后得到四氧化三鐵中鐵元素質量除二價鐵離子是加入的，三價鐵離子全部來源于加入的鐵和鐵妮中鐵元素的質量，依據鐵元素質量守恒計算得到：
每小時生成Fe₃O₄質量為4.64噸，含三價鐵元素質量=4.64噸×

2Fe

Fe3O4

×100%=4.64×

2×56

232

=2.24噸，所以加入的鐵粉質量=2，24噸-1.68噸=0.56噸=560Kg；
故答案為：560

點評：本題考查鐵的氫氧化物和離子積常數的應用，四氧化三鐵的工業生產流程的分析判斷，調節PH沉淀離子的原理應用，元素守恒的分析計算，掌握實驗方案的設計是解題的關鍵．