Question

欲探究某礦石可能是由FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃中的一種或幾種組成，探究過程如下圖所示。已知：碳酸不能溶解Al(OH)₃沉淀。

（1）Si在周期表中的位置是              。
（2）下列說法正確的是          。
a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃
b．原子半徑：O＜C＜Si＜Al
c．穩定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄
d．離子半徑：O^2－＜Al³⁺
（3）該礦石的組成是               ，濾渣和NaOH溶液反應的離子方程式是                                                           。
（4）該礦石和1 mol L^－1HNO₃反應的離子方程式                                 。
（5）工業上依據上述實驗原理處理該礦石，將反應池逸出的氣體與一定量的O₂混合循環通入反應池中，目的是                                                   ；若處理該礦石2.36×10³ kg，得到濾渣1.2×10³ kg，理論上至少需要1 mol L^－1 HNO₃的體積為       L。

Answer 1

（1）第三周期、Ⅳ族 （2）abc
（3）FeCO₃和SiO₂     SiO₂+2OH?=SiO₃²?+H₂O
（4）3FeCO₃+10H⁺+NO₃?=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O
（5）NO循環使用能減少環境污染，NO跟H₂O、O₂反應后又得到硝酸，提高原料利用率；3×10⁴。

解析試題分析：（1）Si為14號元素，位于周期表第三周期、Ⅳ族 。
（2）碳元素的非金屬性強于硅元素，則碳酸的酸性強于硅酸，a正確；根據原子半徑變化規律可知，原子半徑：O＜C＜Si＜Al，b正確；非金屬性越強，氫化物的穩定性越強，c正確；核外電子排布相同的微粒，微粒半徑隨原子序數的增大而減小，離子半徑應該是O^2－＞Al³⁺，則d不正確，故答案為abc。
（3）根據流程圖，加入HNO₃產生氣體，加過量NaOH溶液產生紅褐色沉淀，說明礦石含FeCO₃,；無色濾液通入CO₂，沒有沉淀生成，說明礦石不含Al₂O₃,；濾渣加入NaOH溶液得到無色濾液，加鹽酸生成膠狀沉淀，說明礦石含SiO₂，所以該礦石的組成是：FeCO₃和SiO₂；SiO₂為酸性氧化物，與NaOH溶液反應的離子方程式為：SiO₂+2OH?=SiO₃²?+H₂O。
（4）礦石中的碳酸亞鐵被硝酸氧化，所以反應的離子方程式是3FeCO₃＋10H⁺＋NO₃^－ ＝3Fe³⁺＋3CO₂↑＋NO↑＋5H₂O。
（5）由于NO是有毒氣體，不能隨意排放，所以這樣做的目的是NO循環使用能減少環境污染，且NO跟H₂O、O₂反應后又得到硝酸，提高原料利用率。根據以上分析可知，該礦石中含有碳酸亞鐵和二氧化硅，其中碳酸亞鐵的質量是2.36×10³ kg－1.2×10³ kg＝1.16×10³kg，物質的量是10000mol，則根據（4）中的方程式可知，消耗硝酸的物質的量是，所以理論上至少需要1 mol L^－1 HNO₃的體積為3.33×10⁴ L。
考點：本題考查流程圖的分析、元素周期律的應用、物質的檢驗、氧化還原反應方程式的書寫、尾氣處理和原料的使用以及有關計算。