Question

14．欲探究某矿石可能是由FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃中的一种或几种组成，探究过程如图所示．

（1）Si在周期表中的位置是第三周期、ⅣA族．
（2）下列说法正确的是ac．
a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃          b．结合质子的能力：CO₃^2-＞AlO₂^-＞HCO₃^-
c．稳定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄       d．离子半径：O^2-＜Al³⁺
（3）该矿石的组成是FeCO₃和SiO₂，滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（4）该矿石和1mol L^-1HNO₃反应的离子方程式3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O．
（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，用化学方程式解释该方法的目的：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，使NO循环使用减少环境污染，提高原料中N的利用率；若按以上方案：NO与O₂循环通入反应池处理该矿石2.3610³ kg，得到滤渣1.210³ kg，理论上至少需要1mol L^-1 HNO₃的体积为3×10⁴L．

Answer 1

分析 （1）根据硅的原子核外电子排布确定在周期表中的位置；
（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．对应的酸越强，则酸根离子得到质子的能力越弱；
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；
（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）硅的原子核外有3个电子层，最外层电子数为4，则应位于周期表第三周期、ⅣA族，
故答案为：第三周期、ⅣA族；
（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，故a正确；
b．酸性：H₂CO₃＞HCO₃^-＞Al（OH）₃，对应的酸越强，则酸根离子得到质子的能力越弱，则结合质子能力：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）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，
滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：FeCO₃和SiO₂；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（4）矿石含有FeCO₃，可与HNO₃反应，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，4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，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，物质的量是10000mol，则根据（4）中的方程式可知，消耗硝酸的物质的量是$\frac{1{0}^{5}}{3}$mol，所以理论上至少需要1molL^-1 HNO₃的体积为3.0×10⁴L．
故答案为：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，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；3×10⁴．

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、氧化还原反应方程式的书写、尾气处理和原料的使用以及有关计算，是高考中的常见题型，难度较大，试题综合性强．