Question

某碳素钢锅炉内水垢的主要成分是碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、铁锈、二氧化硅等。水垢会形成安全隐患，需及时清洗除去。清洗流程如下：

Ⅰ．加入NaOH和Na₂CO₃混合液，加热，浸泡数小时；

Ⅱ．放出洗涤废液，清水冲洗锅炉，加入稀盐酸和少量NaF溶液，浸泡；

Ⅲ．向洗液中加入Na₂SO₃溶液；

Ⅳ．清洗达标，用NaNO₂溶液钝化锅炉。

（1）用NaOH溶解二氧化硅的化学方程式是                                   。

（2）已知：20℃时溶解度/g

CaCO3	CaSO4	Mg(OH)2	MgCO3
1.4×10^-3	2.55×10^-2	9×10^-4	1.1×10^-2

根据数据，结合化学平衡原理解释清洗CaSO₄的过程                              。

（3）在步骤Ⅱ中：

① 被除掉的水垢除铁锈外，还有                                           。

② 清洗过程中，溶解的铁锈会加速锅炉腐蚀，用离子方程式解释其原因                  。

（4）步骤Ⅲ中，加入Na₂SO₃的目的是                                            。

（5）步骤Ⅳ中，钝化后的锅炉表面会覆盖一层致密的Fe₂O₃保护膜。

① 完成并配平其反应的离子方程式：

②下面检测钝化效果的方法合理的是       。

a．在炉面上滴加浓H₂SO₄，观察溶液出现棕黄色的时间

b．在炉面上滴加酸性CuSO₄溶液，观察蓝色消失的时间

c．在炉面上滴加酸性K₃[Fe(CN)₆]溶液，观察出现蓝色沉淀的时间

d．在炉面上滴加浓HNO₃，观察出现红棕色气体的时间

Answer

（1）SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O (2分）

（2）CaSO4在水中存在平衡CaSO4(s)Ca2+(aq) + SO42-(aq)，用Na2CO3溶液浸泡后，Ca2+与CO32-结合成更难溶的CaCO3，使上述平衡右移，CaSO4转化成CaCO3，然后用盐酸除去。(2分）

（3）① CaCO3、Mg(OH)2、SiO2 (3分） ② 2Fe3+ + Fe == 3Fe2+(2分）

（4）将Fe3+还原成Fe2+，防止Fe3+腐蚀锅炉(2分）

（5）① 2 2 1 1 1Fe2O3 2OH- (2分） ② b c(2分）

【解析】

试题分析：（1）二氧化硅是酸性氧化物，与NaOH反应的化学方程式是SiO2 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O。

（2）CaSO4在水中存在平衡CaSO4（s)Ca2+（aq) + SO42-（aq)，用Na2CO3溶液浸泡后，根据表中数据可判断Ca2+与CO32-结合成更难溶的CaCO3，使上述平衡右移，CaSO4转化成CaCO3，最后再用盐酸除去碳酸钙即可。

（3）①氟化钠与盐酸反应生成HF，HF能与二氧化硅反应，所以被除掉的水垢除铁锈外，还有CaCO3、Mg（OH)2、SiO2。

②清洗过程中，溶解的铁锈会加速锅炉腐蚀，这是由于铁离子具有氧化性，能与铁反应，反应的离子方程式为2Fe3+ + Fe＝3Fe2+。

（4）用于铁离子能腐蚀铁锅，而亚硫酸钠具有还原性，所以步骤Ⅲ中，加入Na2SO3的目的是将Fe3+还原成Fe2+，防止Fe3+腐蚀锅炉。

（5）① 根据方程式可知铁元素的化合价从0价升高到+3价，失去3个电子。氮元素的化合价从+3价降低到0价，得到3个电子，所以根据电子得失守恒可知反应的方程式为2Fe +2NO2- +H2O＝N2↑+ Fe2O3+ 2OH-。

②a. 在炉面上滴加浓H2SO4，浓硫酸能使铁钝化，所以不能通过观察溶液出现棕黄色的时间检测钝化效果，a错误；b. 硫酸铜能与铁发生置换反应，所以在炉面上滴加酸性CuSO4溶液，通过观察蓝色消失的时间可以检测钝化效果，b正确；c. 铁离子能与铁反应生成亚铁离子，而亚铁离子能与K3[Fe（CN)6]反应产生蓝色沉淀，因此通过观察出现蓝色沉淀的时间可以检测钝化效果，c正确；d. 在炉面上滴加浓HNO3，浓硝酸遇铁钝化，所以不能通过观察出现红棕色气体的时间检测钝化效果，d错误，答案选bc。

【考点定位】本题主要是考查溶解平衡、氧化还原反应方程式配平、实验设计与探究

【名师点晴】氧化还原反应的实质是反应过程中发生了电子转移，而氧化剂得电子的总数(或元素化合价降低总数)必然等于还原剂失电子总数(或元素化合价升高总数)，根据这一原则可以对氧化还原反应的化学方程式进行配平。配平的步骤：（1）标好价：正确标出反应前后化合价有变化的元素的化合价。（2）列变化：列出元素化合价升高和降低的数值。（3）求总数：求元素化合价升高数和降低数的总数，确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数。（4）配系数：用观察法配平其他各物质的化学计量数。（5）细检查：利用“守恒”三原则(即质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒)，逐项检查配平的方程式是否正确。