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

第三周期、ⅣA族

．
（2）下列說法正確的是

abc

．
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

FeCO₃和SiO₂

，濾渣和NaOH溶液反應的離子方程式是

SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O

．
（4）該礦石和1mol L^-1HNO₃反應的離子方程式

3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O

．
（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

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

；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1mol L^-1 HNO₃的體積為

3×10⁴

L．

Answer 1

分析：（1）根據硅的原子核外電子排布確定在周期表中的位置；
（2）a．元素的非金屬性越強，對應的最高價氧化物的水化物的酸性越強；
b．根據同周期元素從左到右原子半徑逐漸減小，同主族元素從上到下原子半徑逐漸增大判斷；
c．元素的非金屬性越強，對應的氫化物越穩定；
d．兩種離子核外電子排布相同，核電荷數越大，離子半徑越小；
（3）礦石加硝酸生成氣體，可說明含有FeCO₃，加入過量NaoH溶液后通入過量二氧化碳沒有沉淀生成，說明沒有Al₂O₃，濾渣溶解后加入鹽酸生成膠狀沉淀，說明含有SiO₂；
（4）礦石含有FeCO₃，可與HNO₃反應；
（5）處理該礦石，逸出的氣體為NO，可與氧氣反應生成硝酸，可循環利用，結合反應的方程式計算．

解答：解：（1）硅的原子核外有3個電子層，最外層電子數為4，則應位于周期表第三周期、ⅣA族，
故答案為：第三周期、ⅣA族；
（2）a．非金屬性：C＞Si，元素的非金屬性越強，對應的最高價氧化物的水化物的酸性越強，故a正確；
b．同周期元素從左到右原子半徑逐漸減小，O＜C、Si＜Al，同主族元素從上到下原子半徑逐漸增大，則C＜Si，故b正確；
c．非金屬性O＞C＞Si，元素的非金屬性越強，對應的氫化物越穩定，故c正確；
d．兩種離子核外電子排布相同，核電荷數越大，離子半徑越小，則O^2-＞Al³⁺，故d錯誤；
故答案為：abc；
（3）礦石加硝酸生成氣體，可說明含有FeCO₃，加入過量NaoH溶液后通入過量二氧化碳沒有沉淀生成，說明沒有Al₂O₃，濾渣溶解后加入鹽酸生成膠狀沉淀，說明含有SiO₂，
濾渣和NaOH溶液反應的離子方程式是SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：FeCO₃和SiO₂；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（4）礦石含有FeCO₃，可與HNO₃反應，離子方程式為3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O，
故答案為：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

105

3

mol，所以理論上至少需要1molL^-1 HNO₃的體積為3.0×10⁴L．
故答案為：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．

點評：該題綜合考查粗硅的制備、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，是高考中的常見題型，難度較大，試題綜合性強，側重對學生能力的培養和解題方法的指導，有助于培養學生邏輯推理能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力．該試題還通過鼓勵學生去大膽的猜想及拓展探究實驗，考查學生的基本科學素養．該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結論．