Question

1．鐵、氮的化合物在生產、生活中有著廣泛的應用，請回答下列有關問題：
Ⅰ、三氟化氮（NF₃）是一種無色，無味的氣體，它是微電子工業技術的關鍵原料之一，三氟化氮在潮濕的空氣中與水蒸氣能發生氧化還原反應，其反應的產物有：HF、NO和HNO₃，請根據要求回答下列問題：
（1）寫出該反應的化學方程式3NF₃+5H₂O=2NO+HNO₃+9HF，反應中生成0.2mol HNO₃，轉移的電子數目為0.4N_A．
（2）三氟化氮可由氨氣和氟氣反應得到：4NH₃+3F₂=NF₃+3NH₄F，據題意推測NF₃、F₂、NO三種氣體中，氧化性由弱到強的順序為F₂＞NF₃＞NO．
（3）NF₃無色、無臭，但一旦在空氣中泄漏，還是易于發現，判斷該氣體泄漏時的現象是產生紅棕色氣體，產生刺激性氣味氣體，產生白霧．
Ⅱ、納米線四氧化三鐵是應用最為廣泛的軟磁性材料之一，共沉淀法是目前制備納米四氧化三鐵的重要方法，其流程如圖示，請回答下列問題：

（4）實驗室保存溶液A時，需加入鐵粉、硫酸．為了得到較純的納米Fe₃O₄，理論上FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物質的量之比為1：2．制備納米Fe₃O₄的離子反應方程式為Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O．
（5）共沉淀法的主要不足是：
①得到的Fe₃O₄納米粒子間存在團聚現象
②Fe²⁺易被氧化為Fe³⁺，很難控制FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物質的量之比為1：2，產品含有雜質．
（6）磁流體是電子材料的新秀，它是由直徑為納米量級（10納米以下）的磁性固體顆粒、基載液以及界面活性劑三者混合而成的分散系，既具有固體的磁性，又具有液體的流動性，下列關于納米Fe₃O₄磁流體的說法中不正確的是A．
A、納米Fe₃O₄磁流體分散系屬于溶液
B、納米Fe₃O₄磁流體可以通過滲析法得到提純
C、當一束可見光通過該磁流體時會出現光亮的通路
D、納米Fe₃O₄磁流體比較穩定．

Answer 1

分析 （1）根據反應物、生成物書寫方程式，該反應中N元素化合價由+3價變為+2價、+5價，根據硝酸和轉移電子之間的關系式計算；
（2）根據氧化劑氧化性強于氧化產物氧化性分析；
（3）反應中生成NO，NO易與空氣中氧氣反應生成紅棕色的NO₂氣體，同時形成酸霧；
（4）硫酸亞鐵易被氧化為硫酸鐵，硫酸亞鐵為強酸弱堿鹽，易發生水解，FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O在氫氧化鈉溶液中生成四氧化三鐵、水、氯化鈉；根據電荷守恒可寫出該方程式，根據方程式求解理論上FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物質的量之比；
（5）共沉淀法制備納米級Fe₃O₄的關鍵為FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物質的量之比為1：2，Fe²⁺易被氧化為Fe³⁺，產品有雜質；
（6）根據題意磁流體分散系分散質粒子直徑在10納米以下，屬于膠體的范疇，所以應具備膠體的性質，根據膠體的性質分析．

解答 解：（1）由反應物和生成物可寫出反應的化學方程式為3NF₃+5H₂O=2NO+HNO₃+9HF，NF₃→NO，化合價降低1價，被還原，NF₃→HNO₃，化合價升高2價，被氧化，由方程式可知若反應中生成0.2mol HNO₃，轉移的電子的物質的量為0.2mol×（5-3）=0.4mol，轉移的電子數目為0.4N_A個，
故答案為：3NF₃+5H₂O=2NO+HNO₃+9HF；0.4N_A；
（2）由4NH₃+3F₂=NF₃+3NH₄F可知氧化劑：F₂、氧化產物：NF₃，所以氧化性F₂＞NF₃，由3NF₃+5H₂O=2NO+HNO₃+9HF可知氧化劑：NF₃、氧化產物：HNO₃，硝酸氧化性強于NO，所以氧化性NF₃＞NO，則氧化性F₂＞NF₃＞NO，
故答案為：F₂＞NF₃＞NO；
（3）NO易與空氣中氧氣反應生成紅棕色的NO₂氣體，同時生成的HF和HNO₃易結合空氣中的水蒸氣形成酸霧，有刺激性氣味，
故答案為：產生紅棕色氣體，產生刺激性氣味氣體，產生白霧；
（4）硫酸亞鐵易被氧化為硫酸鐵，常加入少量鐵粉防止亞鐵離子被氧化，加入硫酸防止其水解，生成Fe₃O₄的反應物為Fe²⁺、Fe³⁺和OH^-，根據電荷守恒可寫出該離子方程式為Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄+4H₂O，化學方程式為FeSO₄•7H₂O+2FeCl₃•6H₂O+8NaOH=Fe₃O₄↓+17H₂O+Na₂SO₄+6NaCl，FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物質的量之比為1：2，
故答案為：鐵粉、硫酸；1：2；
（5）共沉淀法制備納米級Fe₃O₄的反應為FeSO₄•7H₂O+2FeCl₃•6H₂O+8NaOH=Fe₃O₄↓+17H₂O+Na₂SO₄+6NaCl，Fe²⁺易被氧化為Fe³⁺，無法控制FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物質的量之比為1：2，產品有雜質，
故答案為：Fe²⁺易被氧化為Fe³⁺，很難控制FeSO₄•7H₂O和FeCl₃•6H₂O的物質的量之比為1：2，產品含有雜質；
（6）根據題意磁流體分散系分散質粒子直徑在10納米以下，屬于膠體的范疇，具備膠體的性質．
A．分散質粒子直徑在10納米以下，所得分散系為膠體，所以不是溶液，故A錯誤；
B．該分散性屬于膠體，膠體可以通過滲析法得到提純，故B正確；
C．該分散性屬于膠體，膠體有丁達爾效應，所以當一束強光通過此磁流體時會出現光亮的通路，故C正確；
D．所得分散系為膠體，較穩定，屬于介穩體系，故D正確；
故答案為：A．

點評 本題考查含氮、鐵化合物的性質以及氧化還原反應，題目難度中等，注意從化合價變化的角度分析氧化還原反應的有關概念和計算，注意把握題給信息，為解答該題的關鍵．