Question

欲探究某礦石可能是由FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃中的一種或幾種組成，探究過程如下圖所示。（已知：碳酸不能溶解Al(OH)₃沉淀）

（1）用濾渣制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為                                                 
（2）下列說法正確的是             
a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃                             b．結(jié)合質(zhì)子的能力：CO> AlO₂^－>HCO₃^－
c．穩(wěn)定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄                        d．離子半徑：O^2－＜Al³⁺
（3）濾渣和NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式是                                                 
通過                                          現(xiàn)象說明此礦山中不含Al₂O₃
（4）該礦石和稀HNO₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為                                        
（5）工業(yè)上依據(jù)上述實驗原理處理該礦石，將反應(yīng)池逸出的氣體與一定量的O₂混合循環(huán)通入反應(yīng)池中，主要兩個目的是                                  ，                                ；
若處理該礦石2.36×10³ kg，得到濾渣1.2×10³ kg ，理論上至少需要1 mol L^－1 HNO₃的體積為      L。

Answer 1

（共13分）（1）2C+ SiO₂ Si + 2CO↑ （2分）  （2）ac（2分）
（3）SiO₂+2OH^－ = SiO₃^2－+H₂O（2分）   無色溶液中通入CO₂無白色沉淀生成（1分）
（4）3FeCO₃+10H⁺+NO₃^－ = 3Fe³⁺ +3CO₂↑+NO↑+5H₂O（2分）
（5）NO循環(huán)使用能減少環(huán)境污染；   NO跟H₂O、O₂反應(yīng)后又得到硝酸提高原料利用率 （2分）
3.33×10⁴（2分）

試題分析：（1）碳在高溫下還原二氧化硅即得到粗硅，所以用濾渣制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為2C+ SiO₂ Si + 2CO↑。
（2）碳元素的非金屬性強于硅元素的，則碳酸的酸性強于硅酸的，a正確；酸性越弱，相應(yīng)的酸根越容易結(jié)合氫離子，則b不正確，結(jié)合質(zhì)子的能力應(yīng)該是> AlO₂^－CO>HCO₃^－。非金屬性越強，氫化物的穩(wěn)定性越強，c正確；核外電子排布相同的微粒，微粒半徑隨原子序數(shù)的增大而減小，則d不正確，離子半徑應(yīng)該是O^2－＞Al³⁺，因此答案選ac。
（3）濾渣中含有二氧化硅，所以濾渣和NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式是SiO₂+2OH^－＝SiO₃^2－+H₂O。如果含有氧化鋁，則濾液中含有偏鋁酸鈉。偏鋁酸鈉能和CO₂反應(yīng)生成白色沉淀氫氧化鋁，據(jù)此可以判斷，即無色溶液中通入CO₂無白色沉淀生成。
（4）礦石中的碳酸亞鐵能把硝酸氧化，所以反應(yīng)的離子方程式是3FeCO₃＋10H⁺＋NO₃^－ ＝3Fe³⁺＋3CO₂↑＋NO↑＋5H₂O。
（5）由于NO是有毒氣體，不能隨意排放，所以這樣做的目的是NO循環(huán)使用能減少環(huán)境污染，且NO跟H₂O、O₂反應(yīng)后又得到硝酸提高原料利用率。根據(jù)以上分析可知，該礦石中含有碳酸亞鐵和二氧化硅，其中碳酸亞鐵的質(zhì)量是2.36×10³ kg－1.2×10³ kg＝1.16×10³kg，物質(zhì)的量是10000mol，則根據(jù)（4）中的方程式可知，消耗硝酸的物質(zhì)的量是，所以理論上至少需要1 mol L^－1 HNO₃的體積為L3.33×10⁴。
點評：：該題是高考中的常見題型，難度較大，試題綜合性強，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)，有助于培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力，提高學(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力。該試題還通過鼓勵學(xué)生去大膽的猜想及拓展探究實驗，考查學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)。該類試題綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學(xué)生必須認真、細致的審題，聯(lián)系所學(xué)過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結(jié)論。