Question

6．某碳素钢锅炉内水垢的主要成分是碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、铁锈、二氧化硅等． 水垢会形成安全隐患，需及时清洗除去．清洗流程如下：
Ⅰ．加入NaOH和Na₂CO₃混合液，加热，浸泡数小时；
Ⅱ．放出洗涤废液，清水冲洗锅炉，加入稀盐酸，浸泡；
Ⅲ．向洗液中加入Na₂SO₃溶液；
Ⅳ．清洗达标，用NaNO₂溶液钝化锅炉．
（1）用NaOH溶解二氧化硅的化学方程式是SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O．
（2）已知：20℃时溶解度/g

CaCO3	CaSO4	Mg（OH）2	MgCO3
1.4×10-3	2.55×10-2	9×10-4	1.1×10-2

则步骤Ⅰ中加入Na₂CO₃可除去水垢中的CaSO₄．
（3）在步骤Ⅱ中：
①被除掉的水垢除铁锈外，还有CaCO₃、Mg（OH）₂、SiO₂．
②清洗过程中，溶解的铁锈会加速锅炉腐蚀，用离子方程式解释其原因2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
（4）步骤Ⅲ中，加入Na₂SO₃的目的是SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，将Fe³⁺还原成Fe²⁺，防止Fe³⁺腐蚀锅炉．（结合离子方程式用文字表达）
（5）步骤Ⅳ中，钝化后的锅炉表面会覆盖一层致密的Fe₃O₄保护膜．
①完成并配平其反应的离子方程式：

②如果有16.8g铁被钝化，则转移的电子数为4.82×10²³（保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）用NaOH溶解二氧化硅，反应生成硅酸钠和水；
（2）由表格中数据可知，碳酸钙更难溶；
（3）①加入稀盐酸，与碳酸钙、氢氧化镁、铁锈均反应、二氧化硅与HF酸反应；
②溶解的铁锈会加速锅炉腐蚀，发生铁与铁离子的反应；
（4）步骤Ⅲ中，加入Na₂SO₃，与铁离子发生氧化还原反应；
（5）①由Fe+□NO₂^-+□H₂O═□N₂↑，可知Fe元素的化合价升高，N元素的化合价降低，由电子守恒可知，还生成氧化铁，由电荷守恒可知还生成OH^-；
②16.8g铁为0.3mol，钝化时表面生成致密的四氧化三铁，根据氧化还原反应方程式进行计算；

解答 解：（1）用NaOH溶解二氧化硅，反应生成硅酸钠和水，反应为SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O，
故答案为：SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O；
（2）由表格中数据可知，碳酸钙更难溶，则清洗CaSO₄的过程为CaSO₄在水中存在平衡CaSO₄（s）?Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），用Na₂CO₃溶液浸泡后，Ca²⁺与CO₃^2-结合成更难溶的CaCO₃，使上述平衡右移，CaSO₄转化成CaCO₃，然后用盐酸除去，所以步骤Ⅰ中加入Na₂CO₃可除去水垢中的CaSO₄，
故答案为：CaSO₄；
（3）①加入稀盐酸，与碳酸钙、氢氧化镁、铁锈均反应，二氧化硅与HF酸反应，则还有CaCO₃、Mg（OH）₂、SiO₂，
故答案为：CaCO₃、Mg（OH）₂、SiO₂；
②溶解的铁锈会加速锅炉腐蚀，发生铁与铁离子的反应，离子反应为2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（4）步骤Ⅲ中，加入Na₂SO₃，与铁离子发生氧化还原反应，其目的为将Fe³⁺还原成Fe²⁺，防止Fe³⁺腐蚀锅炉，反应的离子方程式为SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，
故答案为：SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，将Fe³⁺还原成Fe²⁺，防止Fe³⁺腐蚀锅炉；
（5）①由Fe+□NO₂^-+□H₂O═□N₂↑，可知Fe元素的化合价升高，N元素的化合价降低，由电子守恒可知，还生成四氧化三铁，由电荷守恒可知还生成OH^-，则该反应为
9Fe+8NO₂^-+4H₂O═4N₂↑+3Fe₃O₄+8OH^-，
故答案为：9、8、4、4、3Fe₃O₄、8OH^-；
②16.8g铁为0.3mol，钝化时表面生成致密的四氧化三铁，根据氧化还原反应方程式9Fe+8NO₂^-+4H₂O═4N₂↑+3Fe₃O₄+8OH^-可知，每9mol铁反应可以转移24mol电子，所以0.3mol铁反应转移的电子数为0.8×6.022×10²³=4.82×10²³，
故答案为：4.82×10²³．

点评 本题考查较综合，涉及混合物分离提纯、溶解平衡及氧化还原反应的配平等，侧重高考高频考点的考查，注意利用铁的性质来解答，题目难度中等．