Question

3．Co_xFe_3-xO₄磁粉是一種比較好的高矯頑力磁粉．工業(yè)上以FeSO₄為原料制備Co_xFe_3-xO₄的主要步驟如下：
FeSO₄$\stackrel{①}{→}$FeOOH晶種$\stackrel{②}{→}$FeOOH$\stackrel{③}{→}$Fe₂O₃ $\stackrel{④}{→}$Fe₃O₄$→_{⑤}^{CoSO_{4}}$Co_xFe_3-xO₄
（1）步驟①是在FeSO₄溶液中加入NaOH溶液，在40℃下攪拌生成FeOOH晶種．生成晶種的化學(xué)方程式4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）步驟②將晶種移到放有FeSO₄溶液和鐵皮的生長槽中，升溫到60℃，吹入空氣，待晶種長大到一定尺寸后，過濾、水洗、干燥，得FeOOH粉末．生長槽中放入鐵皮的目的是消耗硫酸，生成FeSO₄，吹入空氣的作用為氧化FeSO₄生成FeOOH，使晶種生長．
（3）步驟③將FeOOH在200～300℃下加熱脫水，生成紅色Fe₂O₃．實(shí)驗(yàn)室完成該操作需要下列儀器中的cde （填字母）．
a．蒸發(fā)皿　　b．燒杯　　c．坩堝　　d．泥三角　　e．酒精燈
（4）步驟④通入H₂，加熱至300～400℃，生成Fe₃O₄．通入H₂前要向加熱爐中通入N₂，其作用為排盡裝置中的空氣，防止氫氣與氧氣混合反應(yīng)爆炸．
（5）步驟⑤加入CoSO₄溶液，所得粗產(chǎn)品經(jīng)過濾、洗滌、干燥即得成品．檢驗(yàn)粗產(chǎn)品洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈．
（6）某研究小組欲用鋰離子電池正極廢料（含LiCoO₂、鋁箔、鐵的氧化物）制備CoSO₄•7H₂O晶體．為除去雜質(zhì)鐵，必須將+2價(jià)的鐵氧化為+3價(jià)的鐵，你選擇H₂O₂氧化．
（可選用的試劑：KMnO₄、H₂O₂、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液）

Answer 1

分析 （1）由題目信息，二價(jià)Fe被氧化為三價(jià)Fe，可知該反應(yīng)的反應(yīng)物為FeSO₄、NaOH和O₂，產(chǎn)物為FeOOH，同時(shí)生成Na₂SO₄，配平書寫方程式；
（2）硫酸亞鐵溶液呈酸性，含有硫酸，會(huì)對(duì)導(dǎo)致晶種溶解，鐵反應(yīng)消耗掉生成的硫酸，同時(shí)補(bǔ)充原料FeSO₄；溶液中鐵為+2價(jià)，通入氧氣為氧化劑，使其被氧化為+3鐵；
（3）加熱固體用坩堝，與其配套的有泥三角、三腳架、坩堝鉗、酒精燈等；
（4）氫氣易燃，在有氧氣存在下加熱會(huì)發(fā)生爆炸，故先用氮?dú)馀疟M空氣；
（5）取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，檢驗(yàn)是否含有硫酸根離子；
（6）選擇具有氧化性物質(zhì)，且不能引入新雜質(zhì)．

解答 解：（1）由題目信息，二價(jià)Fe被氧化為三價(jià)Fe，可知該反應(yīng)的反應(yīng)物為FeSO₄、NaOH和O₂，產(chǎn)物為FeOOH，同時(shí)生成Na₂SO₄，反應(yīng)方程式為：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O，
故答案為：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）硫酸亞鐵溶液呈酸性，含有硫酸，會(huì)對(duì)導(dǎo)致晶種溶解，鐵反應(yīng)消耗掉硫酸，同時(shí)補(bǔ)充原料FeSO₄；
溶液中鐵為+2價(jià)，通入氧氣為氧化劑，使其被氧化為+3鐵，氧化FeSO₄生成FeOOH，使晶種生長，
故答案為：消耗硫酸，生成FeSO₄；氧化FeSO₄生成FeOOH，使晶種生長；
（3）加熱固體用坩堝，與其配套的有泥三角、三腳架、坩堝鉗、酒精燈等，故選：cde；
（4）氫氣易燃，在有氧氣存在下加熱會(huì)發(fā)生爆炸，故先用氮?dú)馀疟M空氣，防止氫氣與氧氣混合反應(yīng)爆炸，
故答案為：排盡裝置中的空氣，防止氫氣與氧氣混合反應(yīng)爆炸；
（5）產(chǎn)品洗滌不干凈，會(huì)附著硫酸鹽，檢驗(yàn)洗滌濾出液中是否含有硫酸根離子判斷是否洗滌干凈，檢驗(yàn)粗產(chǎn)品洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是：取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈；
（6）稀硫酸、氫氧化鈉溶液不能氧化亞鐵離子，酸性高錳酸鉀、過氧化氫、稀硝酸均具有氧化性，可以氧化亞鐵離子為鐵離子，過氧化氫的還原產(chǎn)物為水，而酸性高錳酸鉀、硝酸均會(huì)引入新雜化，故選H₂O₂最好，
故答案為：H₂O₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案，涉及基本操作、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的分析評(píng)價(jià)、離子檢驗(yàn)、物質(zhì)的分離提純等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與運(yùn)用知識(shí)分析解決問題的能力，難度中等．