Question

2．工業上用共沉淀法制備活性Fe₃O₄的流程如下：

試回答下列問題：
（1）在制備過程中，不但要將塊狀固體原料粉碎、磨成粉末，而且反應池、合成池都要安裝攪拌機．作用都是增加反應物之間的接觸面積，增加反應速率，提高生產效率．
（2）在反應池中幾乎沒有氣體產生．在反應池中生成亞鐵離子的反應的離子方程式為2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe₂O₃+Fe+6H⁺═3Fe²⁺+3H₂O
（3）在合成池里生成Fe₃O₄反應的離子方程式為Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O，反應溫度需控制在50℃，其方法是水浴加熱．
（4）根據以上反應可知，配料中心很可能使混合物中的Fe₂O₃與Fe物質的量之比接近4：1．
（5）在分離車間進行過濾、洗滌和烘干等操作可得活性Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （1）固體的表面積越大，反應速率越快；
（2）三氧化二鐵與鐵單質在酸性條件下反應生成亞鐵離子；
（3）Fe²⁺與Fe³⁺在堿性條件下反應生成Fe₃O₄；水浴加熱方便控制溫度；
（4）沒有氣體產生，說明鐵剛好使三價鐵轉化為二價鐵，由于在1molFe₃O₄中可以認為有二價的氧化亞鐵和三價的三氧化鐵各1mol，設Fe為Xmol，Fe₂O₃為ymol，生成1molFe₃O₄，根據Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺解題；
（5）過濾、洗滌和烘干得到產品．

解答 解：（1）固體的表面積越大，反應速率越快，所以在工業生產中，將塊狀固體磨成粉末，并在反應池中安裝攪拌機，目的是增加反應速率，故答案為：增加反應物之間的接觸面積，增加反應速率，提高生產效率；
（2）三氧化二鐵與鐵單質在酸性條件下反應生成亞鐵離子，離子方程式為Fe₂O₃+Fe+6H⁺═3Fe²⁺+3H₂O，故答案為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe₂O₃+Fe+6H⁺═3Fe²⁺+3H₂O；
（3）Fe²⁺與Fe³⁺在堿性條件下反應生成Fe₃O₄，反應的離子方程式為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O；水浴加熱方便控制溫度，故答案為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O；水浴加熱；
（4）沒有氣體產生，說明鐵剛好使三價鐵轉化為二價鐵，由于在1molFe₃O₄中可以認為有二價的氧化亞鐵和三價的三氧化鐵各1mol，
設Fe為Xmol，Fe₂O₃為ymol，生成1molFe₃O₄，根據Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺則有：
X+2Y=3
3X=1
解得X=$\frac{1}{3}$；
Y=$\frac{4}{3}$，故鐵和三氧化鐵的物質的量為1：4．
故答案為：4：1；
（5）進行過濾、洗滌和烘干可得活性Fe₃O₄，故答案為：過濾、洗滌．

點評 本題考查物質的分離、提純和除雜等實驗問題，題目難度中等，注意實驗基本操作方法，把握實驗原理．