《2025年一本预备新高一化学》

4.Fe₃O₄纳米粒子由于其独特的物理化学性质，在多个领域具有广泛的应用前景。一种利用去除氧化膜的废旧铁皮制备Fe₃O₄纳米粒子的工艺流程如图所示(已知Fe₃O₄中的铁元素为+2、+3价，Fe²⁺在溶液中易被氧化)：

(1)“氧化”时发生反应的离子方程式如下：
2Fe²⁺ + ClO⁻ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + Cl⁻ + H₂O
在方程式上补全缺项，并用单线桥法标出电子转移的方向和数目。
(2)“氧化”时使用的NaClO不宜过多，是因为防止Fe²⁺全部被氧化。
(3)“酸溶”时宜用硫酸而不用盐酸，是为了防止HCl与NaClO发生反应生成Cl₂污染空气，同时增大NaClO的消耗量。

答案：
(1)$2Fe^{2+}+ClO^{-}+2H^{+}=2Fe^{3+}+Cl^{-}+H_{2}O$
(2)防止$Fe^{2+}$全部被氧化
(3)防止 HCl 与 NaClO 发生反应生成$Cl_{2}$污染空气，同时增大 NaClO 的消耗量
【解析】废旧铁皮加入$H_{2}SO_{4}$酸溶，生成$FeSO_{4}$等；往溶液中加入 NaClO 溶液，将$Fe^{2+}$部分氧化为$Fe^{3+}$，通入$N_{2}$排除装置内的空气，加入弱碱性溶液进行加热沉铁，此时$Fe^{2+}$、$Fe^{3+}$转化为纳米$Fe_{3}O_{4}$颗粒；过滤分离，得到$Fe_{3}O_{4}$纳米粒子和含有$NaCl$、$Na_{2}SO_{4}$的溶液。
(1)在反应中，$Fe^{2+}$作还原剂，$ClO^{-}$作氧化剂，Cl 元素由 +1 价降低到 -1 价，则生成$Cl^{-}$，依据电荷守恒和质量守恒定律，可得出配平的离子方程式为$2Fe^{2+}+ClO^{-}+2H^{+}=2Fe^{3+}+Cl^{-}+H_{2}O$，在此反应中，电子转移的数目为$2e^{-}$。
(2)因为最终生成$Fe_{3}O_{4}$，$Fe^{2+}$不能完全被氧化，所以“氧化”时使用的 NaClO 不宜过多。
(3)“酸溶”时，若使用盐酸，会与 NaClO 反应生成$Cl_{2}$污染空气，同时增大 NaClO 的消耗量，所以宜用硫酸而不用盐酸。

5.硫酸锰广泛用于医药、电子工业等领域。以软锰矿(主要成分是MnO₂，含少量Fe₂O₃、SiO₂等杂质)为原料生产硫酸锰的工艺流程如图所示。请结合资料回答下列问题：

资料1：2MnO₂ + C $\xlongequal{焙烧}$ 2MnO + CO₂↑、2Fe₂O₃ + 3C $\xlongequal{焙烧}$ 4Fe + 3CO₂↑。
资料2：SiO₂不溶于水，也不溶于稀硫酸。
(1)焙烧前将软锰矿和煤炭粉碎的目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，提高反应物的转化率。
(2)加入过量的煤炭可保证软锰矿中的MnO₂充分转化为MnO，MnO₂中Mn元素的化合价是+4；在该转化过程中，Mn元素的化合价降低(填“升高”“降低”或“不变”)，生成的气体a中除了CO₂外，还可能含有CO(填化学式)。
(3)用稀硫酸浸取MnO时发生反应的化学方程式是MnO+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O。
(4)固体a中的某物质可与稀硫酸反应生成气体b，该物质是Fe(填化学式，下同)，生成的气体b是H₂，产生该气体的离子方程式是Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，该反应类型是置换反应。
(5)为了提高原料的利用率，浓缩结晶后剩下的母液应该回收利用(填“回收利用”或“直接排放”)。

答案：
(1)增大反应物接触面积，加快反应速率，提高反应物的转化率
(2)+4 降低 CO
(3)$MnO+H_{2}SO_{4}=MnSO_{4}+H_{2}O$
(4)Fe $H_{2}$ $Fe+2H^{+}=Fe^{2+}+H_{2}\uparrow$ 置换反应
(5)回收利用
【解析】由题图及质量守恒定律可知，向软锰矿中加入煤炭高温焙烧，将二氧化锰转化为一氧化锰，氧化铁转化为铁，煤炭转化为二氧化碳或一氧化碳；向固体 a 中加入稀硫酸浸取，一氧化锰与稀硫酸反应生成硫酸锰和水，铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，二氧化硅与稀硫酸不反应；过滤得到含少量硫酸亚铁的粗硫酸锰溶液，纯化后，通过浓缩、结晶、过滤得到硫酸锰晶体和可以回收利用的母液。