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Fe3＋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(xiě)出②過(guò)程的離子方程式：__________。

(2)電化學(xué)法也可制備納米級(jí)Fe3O4，用面積為4 cm2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50 mA。生成Fe3O4的電極反應(yīng)為______。

(3)已知：H2O(1) === H2(g)＋O2(g) △H =＋285.5 kJ·mol－l，以太陽(yáng)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(guò)程如下，完善以下過(guò)程I的熱化學(xué)方程式。過(guò)程I：__________。過(guò)程Ⅱ：3FeO(s)＋H2O(l) === H2(g)＋Fe3O4(s) △H =＋128.9 kJ·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1 L恒容密閉容器中，加入Fe3O4、CO各0.5 mol，10 min后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO2的濃度是0.4 mol·L－1。

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

②T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為____________。

Answer 1

【答案】Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O === Fe3O4↓＋8＋4H2O 3Fe－8e－＋8OH－=== Fe3O4↓＋2H2O 2Fe3O4(s) === 6FeO(s)＋O2(g) △H =＋313.2 kJ·mol－l 2.32 256

【解析】

可以表示為，即中鐵的價(jià)態(tài)為既有+2價(jià)也有+3價(jià)，+2價(jià)和+3價(jià)的鐵原子之比為1:2。

（1）和的物質(zhì)的量比為1 : 2，加入氨水制得,一水合氨是弱堿，離子方程式為： ，

答案為：；

（2）不銹鋼小球（鐵）為陽(yáng)極，失電子生成，且溶液為堿性環(huán)境，故電極方程式為：，

答案為：；

（3）過(guò)程I為分解生成和氧氣，故化學(xué)方程式為：，根據(jù)圖像可以推知，整個(gè)過(guò)程為水分解生成氫氣和氧氣，即反應(yīng)I和反應(yīng)Ⅱ疊加得到總反應(yīng)： △H1 =＋285.5 kJ·mol－l，設(shè)反應(yīng)Ⅱ焓變?yōu)?/span>△H2，則反應(yīng)I的焓變?yōu)椋?/span>，故反應(yīng)I的熱化學(xué)方程式為： ，

故答案為：

（4）①根據(jù)方程式，10 min后的濃度是0.4 mol·L－1，體積為1L，故的物質(zhì)的量增加0.4mol，根據(jù)方程式減少0.1mol（23.2g），故用Fe3O4表示的平均反應(yīng)速率為，

故答案為：2.32 ；

②列三段式，，故平衡常數(shù)，

故答案為256。