Question

【題目】納米級(jí)Fe3O4呈黑色，因其有磁性且粒度小而在磁記錄材料、生物功能材料等諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用，探究其制備和用途意義重大。

(1)還原-沉淀法：①用還原劑Na2SO3將一定量Fe3+可溶鹽溶液中的1/3Fe3+還原，使Fe2+和Fe3+的物質(zhì)的量比為1：2。②然后在①所得體系中加入氨水，鐵元素完全沉淀形成納米Fe3O4。寫出②過程的離子方程式：__________________________。

當(dāng)還原后溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1時(shí)，由下表數(shù)據(jù)可知，產(chǎn)品磁性最大，可能的原因是___________________________ 。

c(Fe2+)：c(Fe3+)	沉淀性狀	磁性大小
1：3	紅棕色	92.7%
1：2	棕色	96.5%
2：1	黑色	100%

(2)電化學(xué)法也可制備納米級(jí)Fe3O4，用面積為4cm2的不銹鋼小球(不含鎳、鉻)為工作電極，鉑絲作陰極，用Na2SO4溶液作為電解液，電解液的pH維持在10左右，電流50mA。生成Fe3O4的電極反應(yīng)為________________________。

(3)已知：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g) △H=+285.5kJ·mol-1，以太陽能為熱源分解Fe3O4，經(jīng)由熱化學(xué)鐵氧化合物循環(huán)分解水制H2的過程如下，完善以下過程Ⅰ的熱化學(xué)方程式。

過程Ⅰ：________________________________，

過程Ⅱ：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ·mol-1

(4)磁鐵礦(Fe3O4)常作冶鐵的原料，主要反應(yīng)為：Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)，該反應(yīng)的△H<0，T℃時(shí)，在IL恒容密閉容器中，加入Fe3O4、CO各0.5mol，10min后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO2的濃度是0.4mol·L-1。

①T℃時(shí)，10min內(nèi)用Fe3O4表示的平均反應(yīng)速率為_____g·min-1。

②其他條件不變時(shí)，該反應(yīng)在不同溫度下，CO2含量隨時(shí)間的變化φ(CO2)-t曲線如圖所示，溫度T1、T2、T3由大到小的關(guān)系是_________________，判斷依據(jù)是___________________。

Answer 1

【答案】 Fe2++2Fe3++8NH3·H2O==Fe3O4↓+8NH4++4H2O Fe2+容易被氧化為Fe3+ 3Fe-8e-+8OH-=Fe3O4↓+2H2O 2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) △H=+313.2kJ·mo1-1 2.32 T3>T2>T1 其他條件相同時(shí)，圖像斜率：T3>T2>T1而溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以T3>T2>T1

【解析】(1)根據(jù)題意可知，混合液中使Fe2+和Fe3+的物質(zhì)的量比為1：2，加入氨水后，鐵元素完全沉淀形成納米Fe3O4，反應(yīng)的離子方程式：Fe2++2Fe3++8NH3·H2O==Fe3O4↓+8NH4++4H2O； 當(dāng)還原后的溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1時(shí)，由于Fe2+還原性較強(qiáng)，被氧氣氧化為Fe3+，生成Fe3O4的量增多，產(chǎn)品磁性最大；正確答案：Fe2++2Fe3++8NH3·H2O==Fe3O4↓+8NH4++4H2O；Fe2+容易被氧化為Fe3+ 。

(2) 不銹鋼小球(不含鎳、鉻)為電解池的陽極，金屬鐵在陽極失電子，在堿性環(huán)境下，生成Fe3O4，電極反應(yīng)為3Fe-8e-+8OH-=Fe3O4↓+2H2O；正確答案：3Fe-8e-+8OH-=Fe3O4↓+2H2O。

(3) 已知：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g) △H=+285.5kJ·mol-1，過程Ⅱ：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知：總反應(yīng)減去反應(yīng)Ⅱ，再乘以2，得過程Ⅰ為：2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)△H=+313.2kJ·mo1-1 ；正確答案：2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)△H=+313.2kJ·mo1-1 。

(4)磁鐵礦(Fe3O4)常作冶鐵的原料，主要反應(yīng)為：Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)，該反應(yīng)的△H<0，T℃時(shí)，在IL恒容密閉容器中，加入Fe3O4、CO各0.5mol，10min后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO2的濃度是0.4mol·L-1。

①10min后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO2的濃度是0.4mol·L-1，CO2的量是0.4mol，則消耗Fe3O4的量0.1mol，質(zhì)量為0.1×232=23.2 g，所以10min內(nèi)用Fe3O4表示的平均反應(yīng)速率為23.2/10=2.32g·min-1；正確答案：2.32。

②其它條件相同時(shí)，圖像斜率：T3>T2>T1，而溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以T3>T2>T1；正確答案：T3>T2>T1；其他條件相同時(shí)，圖像斜率：T3>T2>T1而溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以T3>T2>T1。