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> AlO₂^－>HCO₃^－

c．穩定性：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發生氧化還原反應的離子方程式為                                        

（5）工業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1 mol L^－1 HNO₃的體積為      L。

 

Answer 1

【答案】

（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循環使用能減少環境污染；   NO跟H₂O、O₂反應后又得到硝酸提高原料利用率 （2分）

3.33×10⁴（2分）

【解析】

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反應方程式為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，相應的酸根越容易結合氫離子，則b不正確，結合質子的能力應該是> AlO₂^－CO>HCO₃^－。非金屬性越強，氫化物的穩定性越強，c正確；核外電子排布相同的微粒，微粒半徑隨原子序數的增大而減小，則d不正確，離子半徑應該是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。

（4）礦石中的碳酸亞鐵能把硝酸氧化，所以反應的離子方程式是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循環使用能減少環境污染，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，物質的量是10000mol，則根據（4）中的方程式可知，消耗硝酸的物質的量是，所以理論上至少需要1 mol L^－1 HNO₃的體積為L3.33×10⁴。

考點：考查粗硅的制備、元素周期律的應用、物質的檢驗、氧化還原反應方程式的書寫、尾氣處理和原料的使用以及有關計算

點評：：該題是高考中的常見題型，難度較大，試題綜合性強，側重對學生能力的培養和解題方法的指導，有助于培養學生邏輯推理能力，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。該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，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論。