Question

（14分）欲探究某矿石可能是由FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃中的一种或几种组成，探究过程如下图所示。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）下列说法正确的是      。

a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃

b．原子半径：O＜C＜Si＜Al

c．稳定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄

d．离子半径：O^2－＜Al³⁺

（3）该矿石的组成是      ，滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是      。

（4）该矿石和1 molL^－1HNO₃反应的离子方程式      。

（5）工业上依据上述实验原理处理该矿石，将反应池逸出的气体与一定量的O₂混合循环通入反应池中，目的是      ；若处理该矿石2.36×10³ kg，得到滤渣1.2×10³ kg，理论上至少需要1 molL^－1 HNO₃的体积为      L。

Answer

（1）（2分）第三周期、ⅣA族；（2）（2分）abc

（3）（2分）FeCO3和SiO2 （2分）SiO2+2OH— = SiO32—+H2O

（4）（2分）3FeCO3+10H++NO3— = 3Fe3+ +3CO2↑+NO↑+5H2O

（5）（2分）NO循环使用能减少环境污染，NO跟H2O、O2反应后又得到硝酸提高原料利用率；

（2分）3×104

【解析】

试题分析：（1）14号元素硅核外电子排布是2、8、4，可见硅元素在周期表中位于第三周期、第ⅣA族；（2）a.元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性就越强。元素的非金属性：C>Si，所以酸性：H2CO3＞H2SiO3，正确；b.同一周期的元素，原子序数越大，原子半径就越小；不同周期的元素，原子核外电子层数越多，原子半径就越大，所以原子半径：O＜C＜Si＜Al，正确；c.元素的非金属性越强，其相应的简单氢化物的稳定性就越强。由于元素的非金属性：O>C>Si，所以氢化物的稳定性：H2O＞CH4＞SiH4，正确；d.电子层结构相同的阴阳离子，离子半径随着原子序数的增大而减小，所以离子半径：O2－>Al3+，错误，故选正确选项是a、b、c。（3）该矿石可能是由FeCO3、SiO2、Al2O3中的一种或几种组成，和硝酸反应生成气体，由于硝酸有强的氧化性，说明含有还原性物质碳酸亚铁，还含有滤渣，由于SiO2是酸性氧化物，与硝酸不能发生反应，滤渣和氢氧化钠能反应生成无色溶液，说明含有二氧化硅；向滤液中加入过量的NaOH溶液产生红褐色沉淀，证明滤液中含有Fe3+，再向发生该反应后的滤液中通入CO2气体，没有形成沉淀，说明在该滤液中无AlO2-，即在原固体中无Al2O3，故该矿石的组成是FeCO3和SiO2 。滤渣SiO2和NaOH溶液反应的离子方程式是SiO2+2OH— = SiO32—+H2O。（4）1 molL－1HNO3是稀硝酸，碳酸亚铁和稀硝酸反应，亚铁离子能被氧化生成铁离子，且同时生成二氧化碳气体，硝酸被还原为NO，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式为3FeCO3+10H++NO3— = 3Fe3+ +3CO2↑+NO↑+5H2O。（5）NO是有毒气体，若将逸出气体与氧气混合，会发生反应：2NO+O2=2NO2，当通入溶液中时，会发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，这样就可以转换为硝酸，既能使物质循环使用能减少环境污染，NO跟H2O、O2反应后又得到硝酸提高原料利用率；矿石2.36×103 kg，得到滤渣1.2×103 kg，则和硝酸反应的固体FeCO3质量是2.36×103 kg -1.2×103 kg =1.16×103 kg ，n(FeCO3)=m÷M= 1.16×106 g÷116g/mol=1×104mol，由于NO通过NO的循环利用完全转化为HNO3，反应后物质中的Fe、N元素都转化为Fe(NO3)3，所以根据元素守恒可得反应消耗硝酸的物质的量是n(HNO3)=3n(FeCO3)= 3×104mol。根据c=n/V，可得V=n/c=3×104mol÷1mol/L= 3×104 L。

考点：考查元素周期表、元素周期律的应用、物质成分的确定、离子方程式的书写、氧化还原反应的有关计算的知识。