Question

2．某種磁鐵礦主要成分是Fe₃O₄和SiO₂，工業(yè)上利用該礦石冶煉金屬鐵和高純硅，主要工藝流程如圖所示（部分試劑和產物略）：

回答下列問題：
（1）下列關于Si或SiO₂的敘述中，不正確的是C．
A．高純單質Si是制造太陽能電池的重要材料
B．SiO₂可用于制造光導纖維
C．SiO₂是酸性氧化物，所以不溶于任何酸
（2）步驟①中發(fā)生反應的離子方程式為Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O．
（3）步驟⑤中由SiO₂制得Si（粗硅）的化學方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；該反應的副產物可用于為生產流程中的步驟④提供原料（填步驟序號）．
（4）粗硅中所含的雜質主要是過量的焦炭．
（5）用離子方程式表示步驟②中加H₂O₂的作用是H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（6）若礦石中的鐵元素全部轉化為單質Fe，現有Fe₃O₄質量分數為58%的礦石200t，理論上最多能得到單質Fe的物質的量為1.5×10⁶mol．

Answer 1

分析 磁鐵礦主要成分是Fe₃O₄和SiO₂，步驟①溶于稀硫酸，二氧化硅與酸不反應，四氧化三鐵與酸反應：Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，步驟②加入過氧化氫氧化亞鐵離子H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，調節(jié)溶液的PH得到溶液b和鐵離子沉淀，步驟③氫氧化鐵受熱分解2Fe（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O生成氧化鐵，步驟④鋁熱反應2Al+Fe₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，生成鐵，步驟⑤二氧化硅和焦炭反應制取粗硅SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，步驟⑥粗硅的提純：硅和氯氣反應Si+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄，生成四氯化硅，氫氣在高溫下與四氯化硅反應提純粗硅，反應為SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl，得到純硅．
（1）A．Si是重要的半導體材料；
B．SiO₂是制造光導纖維的主要材料；
C．SiO₂具有酸性氧化物的通性，但SiO₂能與HF反應；
（2）四氧化三鐵與鹽酸反應生成亞鐵離子、鐵離子和水；
（3）晶體硅（Si）是一種重要的半導體材料．冶煉硅時常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅；
（4）粗硅中所含的雜質主要是過量的焦炭；
（5）酸性溶液中過氧化氫具有氧化性，能氧化硫酸亞鐵為硫酸鐵，過氧化氫被還原為水；
（6）根據鐵元素守恒計算．

解答 解：（1）A．硅在元素周期表中位于金屬元素和非金屬元素的分界線處，是良好的半導體，晶體硅可導電，晶體硅是目前應用最成熟、最廣泛的太陽能電池材料太陽能電池材料，故A正確；
B．二氧化硅是制造光導纖維的主要材料，是利用了光全反射原理，故B正確；
C．SiO₂ 能與氫氟酸反應：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，故C錯誤；
故答案為：C；
（2）步驟①溶于稀硫酸，二氧化硅與酸不反應，四氧化三鐵與酸反應，四氧化三鐵與硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵和水，反應的離子方程式為：Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（3）步驟⑤二氧化硅和焦炭反應制取粗硅，碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅，反應的化學方程式為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（4）步驟⑤制取粗硅氣體產物為一氧化碳，需大量焦炭，所以粗硅中含有過量的焦炭，
故答案為：過量的焦炭；
（5）酸性條件下H₂O₂氧化硫酸亞鐵生成硫酸鐵和水，反應的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（6）若礦石中的鐵元素全部轉化為單質Fe，現有Fe₃O₄質量分數為58%的礦石200t，根據鐵元素守恒，最多能得到單質Fe的物質的量為$\frac{200×1{0}^{6}×58%}{232}×3$=1.5×10⁶mol．
故答案為：1.5×10⁶．

點評 本題主要考查了鐵、硅及其化合物的性質、閱讀題目獲取信息的能力等，掌握粗硅的提純、鐵的化合物的性質以及反應的書寫方法是解答的關鍵，需要學生具備運用信息與基礎知識分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．