Question

5．“9•11”事件已过去多年，但其留给人们的伤害还存在．科学家曾警告说，随着美国世贸大厦的轰然倒下，原来在建筑大厦时用的大量石棉将释放出来污染环境（石棉有毒，能使人患肺癌）．石棉是一种具有压伸强度大、柔韧性强、耐热、耐火焰、耐酸碱腐蚀、价格低廉的硅酸盐．完成下列问题：
（1）有一种石棉叫矿青石棉，其分子式为Na₂Fe₅Si₈O₂₂（OH）₂，其中铁的平均化合价为+2.4，铁的氧化物的物质的量分数为FeO的物质的量分数为75%，Fe₂O₃的物质的量分数为25%（铁用氧化物的形式表示）．
（2）研究表明，在硅酸盐中，Al³⁺很容易取代Si⁴⁺，取代后不会引起原硅酸盐结构大的变化．从立体几何的知识看，Al³⁺与Si⁴⁺最直接的关系是Al³⁺和Si⁴⁺的半径相差不大．

Answer 1

分析 （1）钠元素的化合价为+1价，氧元素化合价为-2价，硅元素化合价为+4价氢元素化合价为+1价，根据化合价规则确定铁元素的化合价；根据硅酸盐改写成氧化物形式时：活泼的金属氧化物写在前面，再写SiO₂，含有氢元素的H₂O最后写，将矿青石棉改成氧化物形式，据此求算铁的氧化物的物质的量分数；
（2）在硅酸盐中，Al³⁺很容易取代Si⁴⁺，取代后不会引起原硅酸盐结构大的变化，可能两者微粒半径相差不大．

解答 解：（1）钠元素的化合价为+1价，氧元素化合价为-2价，硅元素化合价为+4价氢元素化合价为+1价，根据化合价规则，设铁的化合价为x，则1×2+5x+4×8-2×22-1×2=0，得x=2.4，确定铁元素的化合价为+2.4，Na₂Fe₅Si₈O₂₂（OH）₂氧化物的形式：Na₂Fe₅Si₈O₂₂（OH）₂→Na₂O•8SiO₂•H₂O，但还有5个Fe和6个O，联想常见Fe的氧化物，可写出Fe₂O₃•3FeO，故其氧化物形式为Na₂O•3FeO•Fe₂O₃•8SiO₂•H₂O，因Fe的氧化物可写出Fe₂O₃•3FeO，故FeO的物质的量分数为75%，Fe₂O₃的物质的量分数为25%，
故答案为：+2.4；FeO的物质的量分数为75%，Fe₂O₃的物质的量分数为25%；
（2）“硅酸盐结构”“立体几何”都启示我们从Al³⁺和Si⁴⁺的半径考虑：因Al³⁺和Si⁴⁺的半径相差不大，故插入后不会引起晶体结构的变化，
故答案为：Al³⁺和Si⁴⁺的半径相差不大．

点评 本题以社会热点为背景，依托石棉知识考查了硅酸盐的有关知识，题目难度中等，侧重考查了学生摄取信息、分析问题的能力．