Question

10．高中化学教材介绍了钠、镁、铝、铁、氯、硫、氮、硅等元素及其化合物的知识，是学习研究其它化学知识的载体．
（1）从以上元素中选择，在自然界中有游离态存在的除铁、硫外还有N元素（填元素符号）．
（2）离子交换膜是一类具有离子交换功能的高分子材料．一容器被离子交换膜分成左右两部分，如图所示．若该交换膜为阳离子交换膜（只允许阳离子自由通过），左边充满盐酸酸化的H₂O₂溶液，右边充满滴有KSCN溶液的FeCl₂溶液（足量），一段时间后可观察到右边的现象为溶液由浅绿色变红色，左边发生反应的离子方程式：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺；；
若该交换膜为阴离子交换膜（只允许阴离子自由通过），左边充满含2molNH₄Al（SO₄）₂的溶液，右边充满含3molBa（OH）₂的溶液，当有2molSO₄^2-通过交换膜时（若反应迅速完全），则左右两室沉淀的物质的量之比为2：3．
（3）某初级石墨中含SiO₂（7.8%）、Al₂O₃（5.1%）、Fe₂O₃（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质，利用相关工艺可进行提纯与综合利用．通入一定量的N₂后，在1500℃下与Cl₂充分反应得到纯化石墨与气体混合物，然后降温至80℃，分别得到不同状态的两类物质a和b．（注：石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃．）
①若a与过量的NaOH溶液反应，可得两种盐，其中一种盐的水溶液具有粘合性，化学反应方程式为SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O．
②若b与过量的NaOH溶液充分反应后，过滤，所得滤液中阴离子有Cl^-、OH^-、AlO₂^-；然后向滤液中继续加适量乙酸乙酯并加热可得沉淀，写出生成沉淀的离子方程式CH₃COOCH₂CH₃+AlO₂^-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al（OH）₃↓+CH₃COO^-+CH₃CH₂OH．

Answer 1

分析 （1）N、S、Fe在自然界中有游离态存在，Na、Mg、Al、Cl、Si在自然界中全部以化合态存在；
（2）亚铁离子通过阳离子交换膜进入左边被盐酸酸化的H2O2氧化，铁离子通过阳离子交换膜进入右边与KSCN溶液接触，溶液变成血红色，离子方程式为：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺；当有2mol SO₄^2-通过交换膜时，根据电荷守恒则有4molOH^-进入左室，左室生成氢氧化铝$\frac{4}{3}$mol，右室生成2mol硫酸钡，则左右两室沉淀的物质的量之比为2：3；
（3）根据题意，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃；
①a应该是SiCl₄，结合a与过量的NaOH溶液反应，可得两种盐，其中一种盐的水溶液具有粘合性（Na₂SiO₃）；
②b是AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂的混合物，与过量的NaOH溶液充分反应后，过滤，所得滤液中阴离子有Cl^-、OH^-、AlO₂^-；向滤液中继续加适量乙酸乙酯并加热可得沉淀氢氧化铝．

解答 解：（1）Na、Mg、Al、Cl、Si在自然界中全部以化合态存在，N、S、Fe在自然界中有游离态存在，故答案为：N；
（2）离子交换膜是一类具有离子交换功能的高分子材料．一容器被离子交换膜分成左右两部分，如图所示．若该交换膜为阳离子交换膜（只允许阳离子自由通过），左边充满盐酸酸化的H₂O₂溶液，右边充满滴有KSCN溶液的FeCl₂溶液（足量），亚铁离子通过阳离子交换膜进入左边被盐酸酸化的H2O2氧化，铁离子通过阳离子交换膜进入右边与KSCN溶液接触，溶液变成血红色，离子方程式为：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺；若该交换膜为阴离子交换膜（只允许阴离子自由通过），左边充满含2mol NH₄Al（SO₄）₂的溶液，右边充满含3mol Ba（OH）₂的溶液，当有2mol SO₄^2-通过交换膜时（若反应迅速完全），当有2mol SO₄^2-通过交换膜时，根据电荷守恒则有4molOH^-进入左室，左室生成氢氧化铝$\frac{4}{3}$mol，右室生成2mol硫酸钡，则左右两室沉淀的物质的量之比为2：3；
故答案为：溶液由浅绿色变红色；2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺；2：3；
（3）根据题意，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃；
①a应该是SiCl₄，结合a与过量的NaOH溶液反应，可得两种盐，其中一种盐的水溶液具有粘合性（Na₂SiO₃）得：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
故答案为：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
②b是AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂的混合物，与过量的NaOH溶液充分反应后，过滤，所得滤液中阴离子有Cl^-、OH^-、AlO₂^-；向滤液中继续加适量乙酸乙酯并加热可得沉淀氢氧化铝，生成沉淀的离子方程式为：CH₃COOCH₂CH₃+AlO₂^-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al（OH）₃↓+CH₃COO^-+CH₃CH₂OH；
故答案为：Cl^-、OH^-、AlO₂^-，CH₃COOCH₂CH₃+AlO₂^-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al（OH）₃↓+CH₃COO^-+CH₃CH₂OH．

点评 本题考查了铝、铁、镁及化合物的性质，理解离子交换膜的作用是关键，掌握题干信息和物质性质是解题关键，题目难度中等．