Question

【题目】纳米级Fe3O4呈黑色，因其有磁性且粒度小而在磁记录材料、生物功能材料等诸多领域有重要应用，探究其制备和用途意义重大。

（1）还原-沉淀法：①用还原剂Na2SO3将一定量Fe3+可溶盐溶液中的Fe3+还原，使Fe2+和Fe3+的物质的量比为1：2。②然后在①所得体系中加入氨水，铁元素完全沉淀形成纳米Fe3O4。检验溶液中还存在Fe2+的方法是___。写出②过程的离子方程式：____。当还原后溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1时，由下表数据可知，产品磁性最大，可能的原因是___。

（2）电化学法也可制备纳米级Fe3O4，用面积为4cm2的不锈钢小球(不含镍、铬)为工作电极，铂丝作阴极，用Na2SO4溶液作为电解液，电解液的pH维持在10左右，电流50mA。生成Fe3O4的总反应方程式为___。

（3）已知：H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H=+285．5kJ·mol-1，以太阳能为热源分解Fe3O4，经由热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下，完善以下过程I的热化学方程式。

过程I．____，

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

Answer 1

【答案】取少量溶液，滴加酸性高锰酸钾溶液，酸性高锰酸钾溶液褪色（或取少量溶液，加入铁氰酸钾，生成蓝色沉淀（KFe[Fe(CN)6]） Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O=Fe3O4＋8NH4＋＋4H2O Fe2＋容易被氧化为Fe3＋ 3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 2Fe3O4（s）=6FeO（s）＋O 2（g）ΔH3=+313.2kJ·mol－1（或Fe3O4（s）=3FeO（s）＋O2（g）ΔH3=+156.6kJ·mol－1）

【解析】

（1）Fe2+具有还原性，能还原酸性高锰酸钾；②过程中Fe2+和Fe3+的物质的量比为1：2的溶液加入氨水，生成Fe3O4；Fe2＋容易被氧化为Fe3＋，生产过程中部分Fe2＋可能被氧气氧化；

（2）根据题意，不锈钢小球作阳极，制备纳米级Fe3O4，Fe3O4是阳极产物，阴极氢离子得电子生成氢气。

（3）由图示可知，过程I是Fe3O4分解为FeO和氧气，根据盖斯定律计算焓变；

（1）Fe2+具有还原性，能还原酸性高锰酸钾，检验溶液中还存在Fe2+的方法是：取少量溶液，滴加酸性高锰酸钾溶液，酸性高锰酸钾溶液褪色；②过程中Fe2+和Fe3+的物质的量比为1：2的溶液加入氨水，生成Fe3O4，反应的离子方程式是Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O=Fe3O4＋8NH4＋＋4H2O；Fe2＋容易被氧化为Fe3＋，生产过程中部分Fe2＋可能被氧气氧化，所以当还原后溶液中c(Fe2+)：c(Fe3+)=2：1时，产品磁性最大；

（2）根据题意，不锈钢小球作阳极，制备纳米级Fe3O4，Fe3O4是阳极产物，阳极反应式是3Fe-8e-+8OH-= Fe3O4+4H2O；阴极氢离子得电子生成氢气，阴极反应式是2H2O+2e-=H2+2OH-；总反应式是3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2 ；

（3）①H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H=+285．5kJ·mol-1，

②3FeO(s)+H2O(1)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ·mol-1

根据盖斯定律，①×2－②×2得2Fe3O4（s）=6FeO（s）＋O 2（g）ΔH3=+313.2kJ·mol－1；