Question

【題目】制備鈣摻雜納米Fe3O4，并模擬吸附廢水中磷元素的主要實驗流程如下：

已知：①CaO2能氧化溶液中的FeCl2，反應生成Fe(OH)3和Fe3＋。

②摻雜的Ca2＋嵌入Fe3O4中，洗滌時不損失，吸附時不形成Ca3(PO4)2等沉淀。

③溶液的pH對吸附劑表面所帶電荷有影響。pH越高，表面所帶負電荷越多； pH越低，表面所帶正電荷越多。

（1）向FeCl2、FeCl3混合溶液中滴加NaOH溶液，一定條件下反應生成Fe3O4，其離子方程式為___________。

（2）步驟Ⅱ調節pH至11，共沉淀需在70℃條件下進行，適宜的加熱方式為________。為提高共沉淀效果，還可采取的措施為_______________。

（3）磷元素的吸附效果、H3PO4水溶液中含磷物種分布分數與pH的關系分別如圖1和圖2所示。

①步驟Ⅳ用KH2PO4溶液模擬廢水，測得酸性條件下(pH > 2)對磷元素吸附量較大，原因是：pH越低，吸附劑表面所帶正電荷越多，有利于吸附陰離子；___________________

②步驟Ⅴ將吸附劑取出，用堿液解吸回收磷。結合表中數據，分析鈣摻雜納米Fe3O4吸附劑與其他類型吸附劑相比的優勢有：________。

不同類型吸附劑對磷酸鹽吸附能力比較

吸附劑	本產品	純Fe3O4	陶瓷材質
吸附量/mg·g－1	24.1	5.0	12.5

（4）請設計從步驟Ⅱ反應結束后的燒瓶中獲取鈣摻雜納米Fe3O4產品的實驗方案：用磁鐵將沉淀物和溶液分離，______________，用篩網篩分得到產品 (實驗中須使用的試劑和儀器有：蒸餾水、無水乙醇、pH計、研缽、烘箱)。

Answer 1

【答案】Fe2＋＋2Fe3＋＋8OH－= Fe3O4 ↓+ 4H2O 水浴加熱 攪拌 磷元素酸性條件下主要以H2PO4-形態存在，比HPO42-所帶負電荷少，有利于被吸附 吸附量大（或解吸后可以循環利用） 用蒸餾水洗滌沉淀物至洗出液用pH計檢測接近中性，再用無水乙醇洗滌，將所得固體置于烘箱中烘干后，在研缽中研磨

【解析】

根據流程：FeCl24H2O用CaO2氧化，部分被氧化為Fe(OH)3和Fe3+，加入水得到FeCl2、FeCl3混合溶液，加入NaOH溶液制得鈣摻雜納米Fe3O4，鈣摻雜納米Fe3O4吸附KH2PO4溶液，加入NaOH溶液解吸回收磷，

（1）根據電荷守恒、質量守恒書寫可得；

（2）100℃以下與水浴加熱；攪拌可以促進混合；

（3）①根據圖，磷元素酸性條件下主要以H2PO4-形態存在，結合已知③分析；

②由表可知，鈣摻雜納米Fe3O4吸附劑吸附能力強；

（4）從步驟Ⅱ反應結束后的燒瓶中獲取鈣摻雜納米Fe3O4產品，用磁鐵將沉淀物和溶液分離，用蒸餾水洗滌至洗滌液顯中性，再用無水乙醇洗滌，最后烘干研磨。

(1)FeCl2、FeCl3混合溶液中滴加NaOH溶液，一定條件下反應生成Fe3O4，離子反應為：Fe2++2Fe3++8OH=Fe3O4↓+4H2O；

故答案為：Fe2++2Fe3++8OH=Fe3O4↓+4H2O；

(2)共沉淀需在70℃條件下進行，選用水浴加熱；攪拌可以促進反應物混合，提高共沉淀效果；

故答案為：水浴加熱；攪拌；

(3)①已知：pH越低，吸附劑表面所帶正電荷越多，有利于吸附陰離子，由圖可知,磷元素酸性條件下主要以H2PO4形態存在，比HPO42所帶負電荷少，有利于被吸附；

故答案為：磷元素酸性條件下主要以H2PO4形態存在，比HPO42所帶負電荷少，有利于被吸附；

②由表可知，鈣摻雜納米Fe3O4吸附劑吸附能力強，故其吸附量大，同時解吸后可以循環利用；

故答案為：吸附量大(或解吸后可以循環利用)；

(4)從步驟Ⅱ反應結束后的燒瓶中獲取鈣摻雜納米Fe3O4產品：用磁鐵將沉淀物和溶液分離，用蒸餾水洗滌沉淀物至洗出液用pH計檢測接近中性，再用無水乙醇洗滌，將所得固體置于烘箱中烘干后，在研缽中研磨，用篩網篩分得到產品；

故答案為：用蒸餾水洗滌沉淀物至洗出液用pH計檢測接近中性，再用無水乙醇洗滌，將所得固體置于烘箱中烘干后，在研缽中研磨。