Question

【題目】Fe@Fe2O3納米線是一種新型鐵基材料，在催化、生物醫藥、環境科學等領域具有廣闊應用前景。某研究小組以赤泥（鋁土礦提取氧化鋁過程中產生的固體廢棄物，含SiO2、Fe2O3、Al2O3）為原料，設計下列流程制備Fe@Fe2O3納米線并探究其在水處理中的應用。

回答下列問題：

（1）“浸出”實驗中，鹽酸起始濃度對鐵、鋁浸出率的影響如圖所示：

①鹽酸的合適濃度為______________。

②鹽酸起始濃度為2 mol·L﹣1時，鐵的浸出率很低，原因是______________。

（2）已知：25℃時，Al(OH)3(s)AlO2－+ H+ + H2O K=4×10－13。若浸出液c(Al3+) = 0.04 mol·L－1，“調節pH”時，pH最小應為______________（設調節pH過程中溶液體積不變）。

（3）Fe@Fe2O3納米線為殼層結構（核是Fe、殼是Fe2O3），殼是由中心鐵核在合成過程中被氧化而形成。

①“合成”時滴加NaBH4溶液過程中伴有氣泡產生，濾液Ⅱ中含B(OH)3，合成鐵核的離子方程式為____________________________。

②“合成”后，經過濾、______________、______________獲得Fe@Fe2O3納米線。

（4）Fe@Fe2O3納米線去除水體中Cr2O72－的機理是，納米線將Cr2O72－吸附在表面并還原。在“無氧”和“有氧”條件下將納米線分別置于兩份相同的水體中，80 min后回收該納米線，測得其表面元素的原子個數比如下表：

①在水體中Fe@Fe2O3納米線形成的分散系是____________________________。

②樣本2的實驗條件是______________（填“有氧”或“無氧”）。

③已知水體中檢測不到Cr(Ⅲ)，樣本1中Fe@Fe2O3納米線的表面Cr(Ⅵ)的去除率為____________________________。

Answer 1

【答案】 6 mol·L－1 鹽酸起始濃度為2mol·L－1時，Fe3+發生了水解 11 9H2O + 4Fe3+ + 3BH4－ = 4Fe + 6H2↑+ 3B(OH)3 + 9H+ 洗滌 烘干 膠體 有氧 46.8%

【解析】（1）①由圖中信息可知，鹽酸的濃度為6 mol·L－1時鋁、鐵的浸出率已經很高，再增大濃度浸出率增大不明顯，故合適濃度為6 mol·L－1；②鹽酸起始濃度為2mol·L－1時，Fe3+發生了水解，鐵的浸出率很低；（2）已知：25℃時，Al(OH)3(s)AlO2－+ H+ + H2O K=c(AlO2－)c(H+)= c(Al3+)c3(OH-)=4×10－13，若浸出液c(Al3+) = 0.04 mol·L－1，由Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)c3(OH-)= 0.4 mol·L－1×c3(OH-)=4×10－13，c(OH-)=10－3，“調節pH”時，pH最小應為11；（3）①“合成”時滴加NaBH4溶液過程中伴有氣泡產生為氫氣，濾液Ⅱ中含B(OH)3，合成鐵核的離子方程式為9H2O + 4Fe3+ + 3BH4－ = 4Fe + 6H2↑+ 3B(OH)3 + 9H+；

②“合成”后，經過濾、洗滌、烘干獲得Fe@Fe2O3納米線；（4）①在水體中Fe@Fe2O3納米線形成的分散系是膠體；②由表中數據可知，Fe:O:Cr=5.2:16.7:1，設Cr為1mol，則根據Cr2O72－可知含氧3.5mol，剩余的氧為16.7-3.5=13.2mol，若均為氧化鐵中的氧，則含鐵，但題給鐵為5.2mol，故不符合，則應該有部分氧不是氧化鐵中的，則樣本2的實驗條件是有氧；③已知水體中檢測不到Cr(Ⅲ)，根據數據中鉻元素的含量，樣本1中Fe@Fe2O3納米線的表面Cr(Ⅵ)的去除率為。