Question

13．蛭石为一种层状结构的含镁的铝硅酸盐，是黑云母等天然矿物风化蚀变的产物，因为其受热膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故此得名蛭石．膨化后的蛭石呈颗粒状，有隔热、耐冻、抗菌、防火、吸声等优异性能，但不耐酸．
（1）某硅酸盐矿石的组成可以看作SiO₂中有1/4的Si被Al置换，再由Mg平衡其电荷形成的．该矿石的组成以氧化物形式表示为MgO•Al₂O₃•6SiO₂．
（2）某校研究性学习小组取得了某种牌号的膨化蛭石样品，其成分可以用氧化物（MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、H₂O）的形式表示．为研究蛭石的组成，拟进行实验探究，实验流程及相关数据如下：

①固体A的化学式是SiO₂；
②固体F的物质的量是0.040mol；
③通过计算，给出用氧化物的形式表示某种膨化蛭石组成的化学式4MgO•Al₂O₃•Fe₂O₃•2SiO₂•H₂O．

Answer 1

分析 （1）设某含Si的盐矿石的组成可以看作其氧化物中有$\frac{1}{4}$的Si被Al替换，再由Mg平衡其电荷形成的，
二氧化硅中硅的化合价是+4价，铝在化合物中是+3价，镁在化合物中是+2价，二氧化硅的化学式为SiO₂，有$\frac{1}{4}$的Si被铝原子取代，设镁原子个数是x，根据化合价的代数和为0得，$\frac{3}{4}$×4+$\frac{1}{4}$×3+2x=2×2，x=$\frac{1}{4}$，则该化学式中硅、铝、镁、氧原子个数之比=$\frac{3}{4}$：$\frac{1}{4}$：$\frac{1}{8}$：2=6：2：1：16，；
（2）膨化蛭石与盐酸反应生成氯化镁、氯化铁、氯化铝和没有反应的二氧化硅以及多余的盐酸，然后过滤，滤液中含有镁离子、铁离子和铝离子，向滤液中加入氢氧化钠得到氢氧化铁、氢氧化镁沉淀，和偏铝酸钠溶液，然后分析解题．

解答 解：（1）设某含Si的盐矿石的组成可以看作其氧化物中有$\frac{1}{4}$的Si被Al替换，再由Mg平衡其电荷形成的，
二氧化硅中硅的化合价是+4价，铝在化合物中是+3价，镁在化合物中是+2价，二氧化硅的化学式为SiO₂，有$\frac{1}{4}$的Si被铝原子取代，设镁原子个数是x，根据化合价的代数和为0得，$\frac{3}{4}$×4+$\frac{1}{4}$×3+2x=2×2，x=$\frac{1}{4}$，则该化学式中硅、铝、镁、氧原子个数之比=$\frac{3}{4}$：$\frac{1}{4}$：$\frac{1}{8}$：2=6：2：1：16，所以其化学式为MgO．Al₂O₃.6SiO₂，
故答案为：MgO．Al₂O₃.6SiO₂；
（2）①膨化蛭石与盐酸反应生成氯化镁、氯化铁、氯化铝和没有反应的二氧化硅以及多余的盐酸，
故答案为：SiO₂；
②固体F是氢氧化铝，n=$\frac{m}{M}$=$\frac{3.12g}{78g/mol}$=0.04mol，故答案为：0.04mol；
③设固体G中氧化铁的物质量为xmol，氧化镁为ymol，则由题意可知：
160x+40y=6.4
214x+58y=8.92
解之得：x=0.02mol，y=0.08mol，
而二氧化硅的物质的量为$\frac{2.40g}{60g/mol}$=0.04mol，所以水的物质量为=$\frac{11.2-2.4-6.4-\frac{0.04}{2}×102}{18}$=0.02mol，
则n（MgO）：n（Fe₂O₃）：n（Al₂O₃）：n（SiO₂）：n（H₂O）=0.08：0.02：0.02：0.04：0.02=4：1：1：2：1即组成为：4MgO•Al₂O₃•Fe₂O₃•2SiO₂•H₂O，
故答案为：4MgO•Al₂O₃•Fe₂O₃•2SiO₂•H₂O．

点评 本题考查Mg、Al、Fe、Si等元素化合物知识与物质的分离提纯的应用、物质的量计算等知识点，难度中等，理解工艺流程图是解题关键，是对知识的综合运用与对学生能力考查．