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，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

则步骤Ⅰ中加入Na₂CO₃可除去水垢中的______________________。

(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______________________。（结合离子方程式用文字表达）

(5)步骤Ⅳ中，钝化后的锅炉表面会覆盖一层致密的Fe₃O₄保护膜。

①完成并配平其反应的离子方程式：

____Fe+____NO₂^-+____H₂O=______N₂↑+__________+_______。

②如果有16.8 g铁被钝化,则转移的电子数为___________________(保留三位有效数字)。

Answer

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O CaSO4 CaCO3、Mg(OH)2 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ SO32- + 2Fe3+ + H2O = SO42- + 2Fe2+ +2H+，将Fe3+还原成Fe2+，防止Fe3+腐蚀锅炉 9、8、4、4、3Fe3O4、8OH- 4.82×1023

【解析】

(1)NaOH与二氧化硅反应生成硅酸钠和水，反应的化学方程式为SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O；

(2)由表格中数据可知，碳酸钙更难溶，则清洗CaSO4的过程为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，所以步骤Ⅰ中加入Na2CO3可除去水垢中的CaSO4，故答案为：CaSO4；

(3)①加入稀盐酸，盐酸能够溶解碳酸钙、氢氧化镁、铁锈，二氧化硅不溶，因此被除掉的水垢除铁锈外，还有CaCO3、Mg(OH)2，故答案为：CaCO3、Mg(OH)2；

②溶解的铁锈会生成Fe3+，铁与铁离子能够反应，2Fe3++Fe＝3Fe2+，加速锅炉腐蚀，故答案为：2Fe3++Fe＝3Fe2+；

(4)步骤Ⅲ中，加入Na2SO3，与铁离子发生氧化还原反应，其目的为将Fe3+还原成Fe2+，防止Fe3+腐蚀锅炉，反应的离子方程式为SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe2++2H+，故答案为：SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe2++2H+，将Fe3+还原成Fe2+，防止Fe3+腐蚀锅炉；

(5)①由方程式可知，Fe元素的化合价升高，N元素的化合价降低，由得失电子守恒可知，还生成四氧化三铁，由电荷守恒可知还生成OH-，则该反应的离子方程式为9Fe+8NO2-+4H2O＝4N2↑+3Fe3O4+8OH-；

②16.8g铁的物质的量为=0.3mol，钝化时表面生成致密的四氧化三铁，根据氧化还原反应方程式9Fe+8NO2-+4H2O＝4N2↑+3Fe3O4+8OH-可知，每9mol铁反应可以转移24mol电子，所以0.3mol铁反应转移×24mol=0.8mol电子，电子数为0.8mol×6.02×1023/mol=4.82×1023，故答案为：4.82×1023。