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）Si在周期表中的位置是              。
（2）下列说法正确的是          。
a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃
b．原子半径：O＜C＜Si＜Al
c．稳定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄
d．离子半径：O^2－＜Al³⁺
（3）该矿石的组成是               ，滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是                                                           。
（4）该矿石和1 mol L^－1HNO₃反应的离子方程式                                 。
（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，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

（1）第三周期、Ⅳ族 （2）abc
（3）FeCO₃和SiO₂     SiO₂+2OH?=SiO₃²?+H₂O
（4）3FeCO₃+10H⁺+NO₃?=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O
（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；3×10⁴。

试题分析：（1）Si为14号元素，位于周期表第三周期、Ⅳ族 。
（2）碳元素的非金属性强于硅元素，则碳酸的酸性强于硅酸，a正确；根据原子半径变化规律可知，原子半径：O＜C＜Si＜Al，b正确；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，离子半径应该是O^2－＞Al³⁺，则d不正确，故答案为abc。
（3）根据流程图，加入HNO₃产生气体，加过量NaOH溶液产生红褐色沉淀，说明矿石含FeCO₃,；无色滤液通入CO₂，没有沉淀生成，说明矿石不含Al₂O₃,；滤渣加入NaOH溶液得到无色滤液，加盐酸生成胶状沉淀，说明矿石含SiO₂，所以该矿石的组成是：FeCO₃和SiO₂；SiO₂为酸性氧化物，与NaOH溶液反应的离子方程式为：SiO₂+2OH?=SiO₃²?+H₂O。
（4）矿石中的碳酸亚铁被硝酸氧化，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3.33×10⁴ L。