Question

2．某种磁铁矿主要成分是Fe₃O₄和SiO₂，工业上利用该矿石冶炼金属铁和高纯硅，主要工艺流程如图所示（部分试剂和产物略）：

回答下列问题：
（1）下列关于Si或SiO₂的叙述中，不正确的是C．
A．高纯单质Si是制造太阳能电池的重要材料
B．SiO₂可用于制造光导纤维
C．SiO₂是酸性氧化物，所以不溶于任何酸
（2）步骤①中发生反应的离子方程式为Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O．
（3）步骤⑤中由SiO₂制得Si（粗硅）的化学方程式为SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；该反应的副产物可用于为生产流程中的步骤④提供原料（填步骤序号）．
（4）粗硅中所含的杂质主要是过量的焦炭．
（5）用离子方程式表示步骤②中加H₂O₂的作用是H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（6）若矿石中的铁元素全部转化为单质Fe，现有Fe₃O₄质量分数为58%的矿石200t，理论上最多能得到单质Fe的物质的量为1.5×10⁶mol．

Answer 1

分析 磁铁矿主要成分是Fe₃O₄和SiO₂，步骤①溶于稀硫酸，二氧化硅与酸不反应，四氧化三铁与酸反应：Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，步骤②加入过氧化氢氧化亚铁离子H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，调节溶液的PH得到溶液b和铁离子沉淀，步骤③氢氧化铁受热分解2Fe（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O生成氧化铁，步骤④铝热反应2Al+Fe₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，生成铁，步骤⑤二氧化硅和焦炭反应制取粗硅SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，步骤⑥粗硅的提纯：硅和氯气反应Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄，生成四氯化硅，氢气在高温下与四氯化硅反应提纯粗硅，反应为SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+4HCl，得到纯硅．
（1）A．Si是重要的半导体材料；
B．SiO₂是制造光导纤维的主要材料；
C．SiO₂具有酸性氧化物的通性，但SiO₂能与HF反应；
（2）四氧化三铁与盐酸反应生成亚铁离子、铁离子和水；
（3）晶体硅（Si）是一种重要的半导体材料．冶炼硅时常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅；
（4）粗硅中所含的杂质主要是过量的焦炭；
（5）酸性溶液中过氧化氢具有氧化性，能氧化硫酸亚铁为硫酸铁，过氧化氢被还原为水；
（6）根据铁元素守恒计算．

解答 解：（1）A．硅在元素周期表中位于金属元素和非金属元素的分界线处，是良好的半导体，晶体硅可导电，晶体硅是目前应用最成熟、最广泛的太阳能电池材料太阳能电池材料，故A正确；
B．二氧化硅是制造光导纤维的主要材料，是利用了光全反射原理，故B正确；
C．SiO₂ 能与氢氟酸反应：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，故C错误；
故答案为：C；
（2）步骤①溶于稀硫酸，二氧化硅与酸不反应，四氧化三铁与酸反应，四氧化三铁与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水，反应的离子方程式为：Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（3）步骤⑤二氧化硅和焦炭反应制取粗硅，碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅，反应的化学方程式为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
故答案为：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（4）步骤⑤制取粗硅气体产物为一氧化碳，需大量焦炭，所以粗硅中含有过量的焦炭，
故答案为：过量的焦炭；
（5）酸性条件下H₂O₂氧化硫酸亚铁生成硫酸铁和水，反应的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（6）若矿石中的铁元素全部转化为单质Fe，现有Fe₃O₄质量分数为58%的矿石200t，根据铁元素守恒，最多能得到单质Fe的物质的量为$\frac{200×1{0}^{6}×58%}{232}×3$=1.5×10⁶mol．
故答案为：1.5×10⁶．

点评 本题主要考查了铁、硅及其化合物的性质、阅读题目获取信息的能力等，掌握粗硅的提纯、铁的化合物的性质以及反应的书写方法是解答的关键，需要学生具备运用信息与基础知识分析问题、解决问题的能力，题目难度中等．