纳米\(\rm{Fe_{3}O_{4}}\)在磁流体、催化剂、医学等领域具有广阔的应用前景。氧化共沉淀制备纳米\(\rm{Fe_{3}O_{4}}\)的方法如下:
\(\rm{I. Fe^{2+}}\)的氧化:将\(\rm{FeSO_{4}}\)溶液用\(\rm{NaOH}\)溶液调节\(\rm{pH}\)至\(\rm{a}\),再加入\(\rm{H_{2}O_{2}}\)溶液,立即得到\(\rm{FeO(OH)}\)红棕色悬浊液。
\(\rm{(1) ①}\) 若用\(\rm{NaOH}\)溶液调节\(\rm{pH}\)过高会产生白色沉淀,该反应的离子方程式是________。
\(\rm{②}\) 上述反应完成后,测得\(\rm{a}\)值与\(\rm{FeO(OH)}\)产率及其生成后溶液\(\rm{pH}\) 的关系,结果如下:
\(\rm{a}\) | \(\rm{7.0}\) | \(\rm{8.0}\) | \(\rm{0}\) |
\(\rm{FeO(OH)}\)的产率 | \(\rm{ < 50\%}\) | \(\rm{95\%}\) | \(\rm{ > 95\%}\) |
\(\rm{FeO(OH)}\)生成后的\(\rm{pH}\) | 接近\(\rm{4}\) | 接近\(\rm{4}\) | 接近\(\rm{4}\) |
用离子方程式解释\(\rm{FeO(OH)}\)生成后溶液\(\rm{pH}\)下降的原因:________。
\(\rm{(2)}\)经检验:当\(\rm{a = 7}\)时,产物中存在大量\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)。对\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)的产生提出两种假设:
\(\rm{i.}\) 反应过程中溶液酸性增强,导致\(\rm{FeO(OH)}\)向\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)的转化;
\(\rm{ii.}\) 溶液中存在少量\(\rm{Fe^{2+}}\),导致\(\rm{FeO(OH)}\)向\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)的转化。
\(\rm{①}\) 经分析,假设\(\rm{i}\)不成立的实验依据是________。
\(\rm{②}\) 其他条件相同时,向\(\rm{FeO(OH)}\)浊液中加入不同浓度\(\rm{Fe^{2+}}\), \(\rm{30 min}\)后测定物质的组成,结果如下:
\(\rm{c(Fe^{2+})/mol·L^{-1}}\) | \(\rm{FeO(OH)}\)百分含量\(\rm{/}\)\(\rm{\%}\) | \(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)百分含量\(\rm{/}\)\(\rm{\%}\) |
\(\rm{0.00}\) | \(\rm{100}\) | \(\rm{0}\) |
\(\rm{0.01}\) | \(\rm{40}\) | \(\rm{60}\) |
\(\rm{0.02}\) | \(\rm{0}\) | \(\rm{100}\) |
以上结果表明:________。
\(\rm{③ a = 7}\)和\(\rm{a = 9}\)时,\(\rm{FeO(OH)}\)产率差异很大的原因是________。
\(\rm{II. Fe^{2+}}\)和\(\rm{Fe^{3+}}\)共沉淀:向\(\rm{FeO(OH)}\)红棕色悬浊液中同时加入\(\rm{FeSO_{4}}\)溶液和 \(\rm{NaOH}\)浓溶液进行共沉淀,再将此混合液加热回流、冷却、过滤、洗涤、干燥,得到纳米\(\rm{Fe_{3}O_{4}}\)。
\(\rm{(3)}\)共沉淀时的反应条件对产物纯度和产率的影响极大。
\(\rm{①}\) 共沉淀\(\rm{pH}\)过高时,会导致\(\rm{FeSO_{4}}\)溶液被快速氧化;共沉淀\(\rm{pH}\)过低时,得到的纳米\(\rm{Fe_{3}O_{4}}\)中会混有的物质是________。
\(\rm{②}\) 已知\(\rm{N = n[FeO(OH)]/n(Fe^{2+})}\),其他条件一定时,测得纳米\(\rm{Fe_{3}O_{4}}\)的产率随\(\rm{N}\)的变化曲线如下图所示:
经理论分析,\(\rm{N = 2}\)共沉淀时纳米\(\rm{Fe_{3}O_{4}}\)产率应最高,事实并非如此的可能原因是________。