Question

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）用滤渣制备粗硅的化学反应方程式为                                                 
（2）下列说法正确的是             
a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃                             b．结合质子的能力：CO> AlO₂^－>HCO₃^－
c．稳定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄                        d．离子半径：O^2－＜Al³⁺
（3）滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是                                                 
通过                                          现象说明此矿山中不含Al₂O₃
（4）该矿石和稀HNO₃发生氧化还原反应的离子方程式为                                        
（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，主要两个目的是                                  ，                                ；
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

（共13分）（1）2C+ SiO₂ Si + 2CO↑ （2分）  （2）ac（2分）
（3）SiO₂+2OH^－ = SiO₃^2－+H₂O（2分）   无色溶液中通入CO₂无白色沉淀生成（1分）
（4）3FeCO₃+10H⁺+NO₃^－ = 3Fe³⁺ +3CO₂↑+NO↑+5H₂O（2分）
（5）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）
3.33×10⁴（2分）

试题分析：（1）碳在高温下还原二氧化硅即得到粗硅，所以用滤渣制备粗硅的化学反应方程式为2C+ SiO₂ Si + 2CO↑。
（2）碳元素的非金属性强于硅元素的，则碳酸的酸性强于硅酸的，a正确；酸性越弱，相应的酸根越容易结合氢离子，则b不正确，结合质子的能力应该是> AlO₂^－CO>HCO₃^－。非金属性越强，氢化物的稳定性越强，c正确；核外电子排布相同的微粒，微粒半径随原子序数的增大而减小，则d不正确，离子半径应该是O^2－＞Al³⁺，因此答案选ac。
（3）滤渣中含有二氧化硅，所以滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是SiO₂+2OH^－＝SiO₃^2－+H₂O。如果含有氧化铝，则滤液中含有偏铝酸钠。偏铝酸钠能和CO₂反应生成白色沉淀氢氧化铝，据此可以判断，即无色溶液中通入CO₂无白色沉淀生成。
（4）矿石中的碳酸亚铁能把硝酸氧化，所以反应的离子方程式是3FeCO₃＋10H⁺＋NO₃^－ ＝3Fe³⁺＋3CO₂↑＋NO↑＋5H₂O。
（5）由于NO是有毒气体，不能随意排放，所以这样做的目的是NO循环使用能减少环境污染，且NO跟H₂O、O₂反应后又得到硝酸提高原料利用率。根据以上分析可知，该矿石中含有碳酸亚铁和二氧化硅，其中碳酸亚铁的质量是2.36×10³ kg－1.2×10³ kg＝1.16×10³kg，物质的量是10000mol，则根据（4）中的方程式可知，消耗硝酸的物质的量是，所以理论上至少需要1 mol L^－1 HNO₃的体积为L3.33×10⁴。
点评：：该题是高考中的常见题型，难度较大，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导，有助于培养学生逻辑推理能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。该试题还通过鼓励学生去大胆的猜想及拓展探究实验，考查学生的基本科学素养。该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论。