Question

（12分）利用染化厂的废料铁泥（主要成分是Fe₂O₃、FeO和铁）制备可用于隐形飞机涂层的纳米四氧化三铁的生产流程为：

请回答：

（1）过程①主要反应的离子方程式为                     。

（2）已知氢氧化亚铁的K_sp=4.87×10^-17，氢氧化铁的K_sp=2.6×10^-39。

当溶液中某离子浓度不高于1×10^-5 mol·L^-1时，可以认为该离子已经完全沉淀。通过计算所得数据说明过程②调节pH=9的原因是                   。

（3）物质D的主要产物中铁、氢、氧三种元素的质量比为56∶1∶32， 则过程③主要反应的化学方程式为         。

（4）已知Fe²⁺在弱碱性溶液中还原性较强，图11是研究过程④的实验所得，则该反应所需的时间控制在     小时左右，较为适宜。

（5）某工厂处理废铁泥（测得铁元素含量为16.8 %）的能力为10吨/小时，生产纳米四氧化三铁的产量为4.64吨/小时。如不考虑过程④以后生产中Fe²⁺的氧化，则该工厂每小时消耗铁粉的质量为           千克。

Answer

（1）2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+   （2分）   （2）当pH=9时，c(Fe2+)＝4.87×10-7mol·L—1 （2分）

（3）2Fe(OH)2 +H2O2＝2FeO(OH)+2H2O（物质D写成Fe(OH)O或FeHO2、FeO2H均可以）（2分）     （4）0.16（2分）       （5）560（4分）

【解析】（1）滤液A中含有铁离子，所以方程式为2Fe3+ + Fe ＝ 3Fe2+。

（2）根据氢氧化亚铁的溶度积常数可知，当pH＝9时，c(Fe2+)＝4.87×10-7mol·L—1，此时已经完全沉淀。

（3）铁、氢、氧三种元素的质量比为56∶1∶32，则原子个数之比时1︰1︰2，即化学式为FeO(OH)，所以反应式是2Fe(OH)2 +H2O2＝2FeO(OH)+2H2O。

（4）根据图11可知，当溶液显弱碱性时，对应的时间大约是0.16h。

（5）4.64吨四氧化三铁中铁的质量是＝3.36吨，其中相当于氧化铁的质量是2.24吨，另外的铁来自于亚铁离子。10吨铁泥中铁的质量是16.8 %×10＝1.68吨，所以需要铁粉的质量是2.24吨－1.68吨＝0.56吨。