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反應方程式為

 

（2）下列說法正確的是

 

a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃  b．結合質子的能力：CO

2- 3

＞AlO₂^-＞HCO₃^-
c．穩(wěn)定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄       d．離子半徑：O^2-＜Al³⁺
（3）濾渣和NaOH溶液反應的離子方程式是

 

通過

 

現象說明此礦山中不含Al₂O₃
（4）該礦石和稀HNO₃發(fā)生氧化還原反應的離子方程式為

 

（5）工業(yè)上依據上述實驗原理處理該礦石，將反應池逸出的氣體與一定量的O₂混合循環(huán)通入反應池中，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1molL^-1 HNO₃的體積為

 

L．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,硅和二氧化硅,鎂、鋁的重要化合物,鐵的氧化物和氫氧化物

專題：實驗設計題,元素及其化合物

分析：（1）濾渣中含有二氧化硅，高溫下碳與二氧化硅反應生成硅和CO；
（2）a．元素的非金屬性越強，對應的最高價氧化物的水化物的酸性越強；
b．酸性越弱，相應的酸根越容易結合氫離子；
c．元素的非金屬性越強，對應的氫化物越穩(wěn)定；
d．兩種離子核外電子排布相同，核電荷數越大，離子半徑越�。�
（3）礦石加硝酸生成氣體，可說明含有FeCO₃，加入過量NaoH溶液后通入過量二氧化碳沒有沉淀生成，說明沒有Al₂O₃，濾渣溶解后加入鹽酸生成膠狀沉淀，說明含有SiO₂；
（4）礦石含有FeCO₃，可與HNO₃反應生成鐵離子、二氧化碳、一氧化氮氣體，據此寫出碳酸亞鐵與稀硝酸反應的離子方程式；
（5）處理該礦石，逸出的氣體為NO，可與氧氣反應生成硝酸，可循環(huán)利用，結合反應的方程式計算．

解答： 解：（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反應方程式為：2C+SiO₂

高溫  .

Si+2CO↑，故答案為：2C+SiO₂

高溫  .

Si+2CO↑；
（2）a．非金屬性：C＞Si，元素的非金屬性越強，對應的最高價氧化物的水化物的酸性越強，則酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃，故a正確；
b．酸性越弱，相應的酸根越容易結合氫離子，則結合質子的能力大小為：AlO₂^-＞CO₃^2-＞HCO₃^-，故b錯誤；
c．非金屬性O＞C＞Si，元素的非金屬性越強，對應的氫化物越穩(wěn)定，故c正確；
d．兩種離子核外電子排布相同，核電荷數越大，離子半徑越小，則O^2-＞Al³⁺，故d錯誤；
故答案為：ac；
（3）濾渣中含有二氧化硅，所以濾渣和NaOH溶液反應的離子方程式為：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反應生成白色沉淀氫氧化鋁，據此可以判斷，即無色溶液中通入CO₂無白色沉淀生成，證明不含氧化鋁，
故答案為：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；無色溶液中通入CO₂無白色沉淀生成；
（4）礦石含有FeCO₃，可與HNO₃發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為：3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O，
故答案為：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反應后又得到硝酸提高原料利用率；
根據以上分析可知，該礦石中含有碳酸亞鐵和二氧化硅，其中碳酸亞鐵的質量是：2.36×10³ kg-1.2×10³ kg=1.16×10³kg，
碳酸亞鐵物質的量為

1.16×106g

116g/mol

=10000mol，
則根據3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O可知，消耗硝酸的物質的量為：n（HNO₃）=

10

3

n（FeCO₃）=

105

3

mol≈3.33×10⁴mol，
所以理論上至少需要1molL^-1 HNO₃的體積為：

3.33×104mol

1mol/L

=3.33×10⁴L，
故答案為：NO循環(huán)使用能減少環(huán)境污染；NO跟H₂O、O₂反應后又得到硝酸提高原料利用率；3.33×10⁴．

點評：該題綜合考查粗硅的制備、元素周期律的應用、物質的檢驗及有關計算等知識，是高考中的常見題型，題目難度較大，試題綜合性強，側重對學生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導，有助于培養(yǎng)學生邏輯推理能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力；該試題還通過鼓勵學生去大膽的猜想及拓展探究實驗，考查學生的基本科學素養(yǎng)．