Question

17．硅藻土是由硅藻死亡后的遺骸沉積形成的，主要成分是SiO₂和有機質，并含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO等雜質．精致硅藻土因為吸附性強、化學性質穩定等特點被廣泛應用．如圖是生產精制硅藻土并獲得A1（OH）₃的工藝流程．

（1）精制硅藻土的主要成分是SiO₂．反應II后，過濾獲得的濾渣主要成分是Fe（OH）₃、Mg（OH）₂．
（2）反應III的離子方程式是AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；氫氧化鋁常用作阻燃劑，其原因是氫氧化鋁受熱分解吸收熱量，且生成高熔點的氧化鋁覆蓋在表面
（3）實臉室用酸堿滴定法測定硅藻土中硅含量的步驟如下：
步驟1：準確稱取樣品mg，加入適量KOH固體，在高溫下充分灼燒，冷卻，加水溶解．
步驟2：將所得溶液完全轉移至塑料燒杯中．加入硝酸至強酸性，得硅酸濁液．
步驟3：向硅酸濁液中加人NH₄F溶液、飽和KCI溶液，得K₂SiF₆沉淀，用塑料漏斗過濾并洗滌．
步驟4：將K₂SiF₆轉移至另一燒杯中，加入一定量蒸餾水，采用70℃水浴加熱使其充分水解（K₂SiF₆+3H₂O═H₂SiO₃+4HF+2KF），抽濾．
步驟5：向上述濾液中加入數滴酚酞，趁熱用濃度為cmol•L^-1NaOH的標準溶液滴定至終點，消耗NaOH標準溶液VmL．
①步驟1中高溫灼燒實驗所需的儀器除三角架、泥三角、酒精噴燈外還有d．
a．蒸發皿  b．表面皿  c．瓷坩禍  d．鐵坩堝
②步驟2、3中不使用玻璃燒杯、玻璃漏斗的原因是實驗中產生的HF能與玻璃儀器中的二氧化硅
③步驟5中滴定終點的現象為最后一滴滴入后溶液由無色變為粉紅色，且30s不褪色．
④樣品中SiO₂的質量分數為$\frac{15cV×1{0}^{-3}}{m}$ （用m、c、V表示）

Answer 1

分析 硅藻土煅燒時，有機物能燃燒形成一些礦物鹽，向煅燒所得固體中加入稀硫酸，發生的反應為：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₃O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、MgO+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O，礦物鹽溶解，二氧化硅不反應，過濾后得到的固體主要成分是SiO₂，然后烘干得到精制硅藻土．
向濾液中加入過量NaOH溶液，發生反應Fe₂（SO₄）₃+6NaOH=2Fe（OH）₃↓+3Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃+8NaOH=2NaAlO₂+3Na₂SO₄+4H₂O、MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，然后過濾，向濾液中通入過量二氧化碳，發生反應NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，過濾得到固體Al（OH）₃．
（1）精制硅藻土的主要成分是二氧化硅，反應II后，過濾獲得的濾渣主要成分是氫氧化鐵、氫氧化鎂；
（2）反應Ⅲ發生反應：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
氫氧化鋁受熱分解生成氧化鋁和水蒸氣且吸收熱量，氧化鋁熔點較高，一般條件下不熔融；
（3）①氫氧化鉀與二氧化硅反應，應在鐵質坩堝中灼燒；
②實驗中產生HF，能與二氧化硅反應；
③濾液呈酸性，滴入酚酞溶液為無色，用氫氧化鈉得到濾液中HF，HF反應完畢，再滴入最后一滴NaOH溶液后溶液呈堿性，酚酞遇堿呈紅色；
④根據關系式SiO₂～K₂SiF₆～4HF～4NaOH計算．

解答 解：硅藻土煅燒時，有機物能燃燒形成一些礦物鹽，向煅燒所得固體中加入稀硫酸，發生的反應為：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₃O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、MgO+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O，礦物鹽溶解，二氧化硅不反應，過濾后得到的固體主要成分是SiO₂，然后烘干得到精制硅藻土．
向濾液中加入過量NaOH溶液，發生反應Fe₂（SO₄）₃+6NaOH=2Fe（OH）₃↓+3Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃+8NaOH=2NaAlO₂+3Na₂SO₄+4H₂O、MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，然后過濾，向濾液中通入過量二氧化碳，發生反應NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，過濾得到固體Al（OH）₃．
（1）由上述分析可知，精制硅藻土的主要成分是SiO₂，反應II后，過濾獲得的濾渣主要成分是Fe（OH）₃、Mg（OH）₂，
故答案為：SiO₂；Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；
（2）反應Ⅲ發生反應：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，反應離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，氫氧化鋁常用作阻燃劑，其原因是：氫氧化鋁受熱分解吸收熱量，且生成高熔點的氧化鋁覆蓋在表面，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；氫氧化鋁受熱分解吸收熱量，且生成高熔點的氧化鋁覆蓋在表面；
（3）①在坩堝中進行高溫灼燒，瓷坩堝含有二氧化硅，能與氫氧化鉀反應，應在鐵質坩堝中灼燒，
故選：d；
②實驗中產生的HF能與玻璃儀器中的二氧化硅，步驟2、3中不使用玻璃燒杯、玻璃漏斗，
故答案為：實驗中產生的HF能與玻璃儀器中的二氧化硅；
③濾液呈酸性，滴入酚酞溶液為無色，用氫氧化鈉得到濾液中HF，HF反應完畢，步驟5中滴定終點的現象為：最后一滴滴入后溶液由無色變為粉紅色，且30 s不褪色；
故答案為：最后一滴滴入后溶液由無色變為粉紅色，且30s不褪色；
④設樣品中SiO₂的質量分數為x，則：
SiO₂～K₂SiF₆～4HF～4NaOH
60g               4mol
mx g              V×10^-3L×cmol/L
所以60g：mx g=4mol：V×10^-3L×cmol/L
解得x=$\frac{15cV×1{0}^{-3}}{m}$
故答案為：$\frac{15cV×1{0}^{-3}}{m}$．

點評 本題屬于化學工藝流程題，考查混合物的分離提純綜合應用、元素化合物知識、對操作步驟與試劑分析評價、物質含量測定等，是對學生綜合能力的考查，屬于高考常考題型，題目難度中等．