《2025年学霸高考黑题化学人教版》

巩固训练1 (2025·湖南常德一模)以硫铁矿(主要成分是$FeS_{2}$,含少量$Al_{2}O_{3}$和$SiO_{2}$)为原料制备纳米$Fe_{3}O_{4}$的流程如下:

已知:$K_{sp}[Fe(OH)_{3}]=10^{-39}$,$K_{sp}[Fe(OH)_{2}]=10^{-17}$,$K_{sp}[Al(OH)_{3}]=10^{-33}$。
(1)“酸浸”时能够加快浸取速率的操作有适当增大硫酸的浓度、搅拌、加热等(任写两种);基态Fe原子的价层电子排布式是3d⁶4s²。
(2)“滤渣1”的成分是SiO₂。
(3)“还原”过程发生反应的离子方程式是FeS + 2Fe³⁺ = 3Fe²⁺ + S;假设还原后的溶液中金属离子的浓度均为$0.1mol· L^{-1}$,则“调pH”的范围为4.7 ≤ pH ＜ 6.0(保留两位有效数字)。
(4)若不经“还原”,直接“调pH”,会导致Fe³⁺比Al³⁺先沉淀，造成Fe元素的损失。
(5)工业上用电解法制备$Fe_{3}O_{4}$,工作原理如图所示,已知:低共熔溶剂可传导$O^{2-}$,阳极由$Cl^{-}$进行放电。

①甲电极为阴极。
②电解过程中若乙电极生成$Cl_{2}$的体积是3.36L(标准状况下),则理论上甲电极生成的$Fe_{3}O_{4}$的质量为69.6g。

答案： 巩固训练1
(1)适当增大硫酸的浓度、搅拌、加热等 3d⁶4s²
(2)SiO₂
(3)FeS + 2Fe³⁺ = 3Fe²⁺ + S 4.7 ≤ pH ＜ 6.0
(4)Fe³⁺比Al³⁺先沉淀，造成Fe元素的损失
(5)①阴 ②69.6g
解析：
(3)“还原”过程加入FeS还原铁离子为亚铁离子，同时生成硫单质；假设还原后的溶液中金属离子的浓度均为0.1mol·L⁻¹，则“调pH”使得铝离子转化为沉淀而亚铁离子不成为沉淀，铝离子完全沉淀则c(OH⁻) = $\sqrt[3]{\frac{K_{sp}[Al(OH)₃]}{c(Al³⁺)}}$ = $\sqrt[3]{\frac{10^{-33}}{0.1}}$mol·L⁻¹ = 10⁻¹⁰.³³mol·L⁻¹，pOH = 9.3，pH = 4.7，亚铁离子开始沉淀时c(OH⁻) = $\sqrt{\frac{K_{sp}[Fe(OH)₂]}{c(Fe²⁺)}}$ = $\sqrt{\frac{10^{-17}}{0.1}}$mol·L⁻¹ = 10⁻⁸.⁵mol·L⁻¹，pOH = 8.5，pH = 5.5，故“调pH”的范围为4.7 ≤ pH ＜ 6.0。
(4)由于铁离子较铝离子更难溶，若不经“还原”，直接“调pH”，会导致Fe³⁺比Al³⁺先沉淀，造成Fe元素的损失。
(5)①用电解法制备Fe₃O₄，则甲电极上铁元素化合价降低、得到电子被还原，甲电极为阴极；②电解过程中若乙电极上生成Cl₂的体积是3.36L(标准状况下，为0.15mol)：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑，则转移电子0.3mol，Fe₃O₄可以认为是Fe₂O₃·FeO，Fe₃O₄中铁化合价由+3变为+2和变为FeO，结合电子守恒、Fe₃O₄化学式，则转移电子0.3mol生成0.3mol Fe₃O₄，故理论上甲电极生成的Fe₃O₄的质量为0.3mol × 232g·mol⁻¹ = 69.6g。