Question

欲探究某矿石可能是由FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃中的一种或几种组成，探究过程如下图所示．（已知：碳酸不能溶解Al（OH）₃沉淀）

（1）用滤渣制备粗硅的化学反应方程式为

 

（2）下列说法正确的是

 

a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃  b．结合质子的能力：CO

2- 3

＞AlO₂^-＞HCO₃^-
c．稳定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄       d．离子半径：O^2-＜Al³⁺
（3）滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是

 

通过

 

现象说明此矿山中不含Al₂O₃
（4）该矿石和稀HNO₃发生氧化还原反应的离子方程式为

 

（5）工业上依据上述实验原理处理该矿石，将反应池逸出的气体与一定量的O₂混合循环通入反应池中，主要两个目的是

 

，

 

；若处理该矿石2.36×10³ kg，得到滤渣1.2×10³ kg，理论上至少需要1molL^-1 HNO₃的体积为

 

L．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,硅和二氧化硅,镁、铝的重要化合物,铁的氧化物和氢氧化物

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：（1）滤渣中含有二氧化硅，高温下碳与二氧化硅反应生成硅和CO；
（2）a．元素的非金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强；
b．酸性越弱，相应的酸根越容易结合氢离子；
c．元素的非金属性越强，对应的氢化物越稳定；
d．两种离子核外电子排布相同，核电荷数越大，离子半径越小；
（3）矿石加硝酸生成气体，可说明含有FeCO₃，加入过量NaoH溶液后通入过量二氧化碳没有沉淀生成，说明没有Al₂O₃，滤渣溶解后加入盐酸生成胶状沉淀，说明含有SiO₂；
（4）矿石含有FeCO₃，可与HNO₃反应生成铁离子、二氧化碳、一氧化氮气体，据此写出碳酸亚铁与稀硝酸反应的离子方程式；
（5）处理该矿石，逸出的气体为NO，可与氧气反应生成硝酸，可循环利用，结合反应的方程式计算．

解答： 解：（1）碳在高温下还原二氧化硅即得到粗硅，所以用滤渣制备粗硅的化学反应方程式为：2C+SiO₂

高温  .

Si+2CO↑，故答案为：2C+SiO₂

高温  .

Si+2CO↑；
（2）a．非金属性：C＞Si，元素的非金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强，则酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃，故a正确；
b．酸性越弱，相应的酸根越容易结合氢离子，则结合质子的能力大小为：AlO₂^-＞CO₃^2-＞HCO₃^-，故b错误；
c．非金属性O＞C＞Si，元素的非金属性越强，对应的氢化物越稳定，故c正确；
d．两种离子核外电子排布相同，核电荷数越大，离子半径越小，则O^2-＞Al³⁺，故d错误；
故答案为：ac；
（3）滤渣中含有二氧化硅，所以滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式为：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
如果含有氧化铝，则滤液中含有偏铝酸钠，偏铝酸钠能和CO₂反应生成白色沉淀氢氧化铝，据此可以判断，即无色溶液中通入CO₂无白色沉淀生成，证明不含氧化铝，
故答案为：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；无色溶液中通入CO₂无白色沉淀生成；
（4）矿石含有FeCO₃，可与HNO₃发生氧化还原反应，反应的离子方程式为：3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O，
故答案为：3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O；
（5）由于NO是有毒气体，不能随意排放，所以这样做的目的是NO循环使用能减少环境污染，且NO跟H₂O、O₂反应后又得到硝酸提高原料利用率；
根据以上分析可知，该矿石中含有碳酸亚铁和二氧化硅，其中碳酸亚铁的质量是：2.36×10³ kg-1.2×10³ kg=1.16×10³kg，
碳酸亚铁物质的量为

1.16×106g

116g/mol

=10000mol，
则根据3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O可知，消耗硝酸的物质的量为：n（HNO₃）=

10

3

n（FeCO₃）=

105

3

mol≈3.33×10⁴mol，
所以理论上至少需要1molL^-1 HNO₃的体积为：

3.33×104mol

1mol/L

=3.33×10⁴L，
故答案为：NO循环使用能减少环境污染；NO跟H₂O、O₂反应后又得到硝酸提高原料利用率；3.33×10⁴．

点评：该题综合考查粗硅的制备、元素周期律的应用、物质的检验及有关计算等知识，是高考中的常见题型，题目难度较大，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导，有助于培养学生逻辑推理能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力；该试题还通过鼓励学生去大胆的猜想及拓展探究实验，考查学生的基本科学素养．