Question

6．鍋爐水垢既會降低燃料的利用率、影響鍋爐的使用壽命，還可能造成安全隱患．現(xiàn)有一碳素鋼鍋爐水垢的主要成分有CaCO₃、CaSO₄、Mg（OH）₂、Fe₂O₃、SiO₂等，下面是清洗水垢的流程：
I．加入NaOH和Na₂CO₃混合液，加熱，浸泡數(shù)小時；
II．放出洗滌廢液，清水沖洗鍋爐，加入稀鹽酸和少量NaF溶液，浸泡；
III．向洗液中加入Na₂SO₃溶液；
IV．清洗達(dá)標(biāo)，用NaNO₂溶液鈍化鍋爐．
（1）在步驟I中：
①用NaOH是為了溶解除去水垢中的SiO₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式是SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O．
②已知：20℃時溶解度/g

CaCO3	CaSO4	Mg（OH）2	MgCO3
1.4×10-3	2.55×10-2	9×10-4	1.1×10-2

根據(jù)數(shù)據(jù)和化學(xué)平衡原理解釋，加入Na₂CO₃的作用CaSO₄在水中存在平衡CaSO₄（s）?Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），用Na₂CO₃溶液浸泡后，Ca²⁺與CO₃^2-結(jié)合成更難溶的CaCO₃，使上述平衡右移，CaSO₄轉(zhuǎn)化成CaCO₃，然后用鹽酸除去．
（2）在步驟II中：
①加入稀鹽酸和少量NaF溶液能除掉的水垢是CaCO₃、Mg（OH）₂、Fe₂O₃、SiO₂（填化學(xué)式）．
②清洗過程中，溶解的Fe₂O₃會加速鍋爐腐蝕，用離子方程式解釋其原因2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
（3）步驟III中，加入Na₂SO₃的目的是將Fe³⁺還原成Fe²⁺，防止Fe³⁺腐蝕鍋爐．
（4）步驟Ⅳ中，鈍化后的鍋爐表面會覆蓋一層致密的Fe₃O₄保護(hù)膜．
①完成并配平其反應(yīng)的離子方程式：
□Fe+□NO${\;}_{2}^{-}$+□H₂O═□N₂↑+□Fe₃O₄+□
②下面檢測鈍化效果的方法合理的是ab（填序號）．
a．在爐面上滴加酸性CuSO₄溶液，觀察藍(lán)色消失的時間
b．在爐面上滴加酸性KSCN溶液，觀察紅色消失的時間
c．在爐面上滴加濃H₂SO₄，觀察溶液出現(xiàn)棕黃色的時間
d．在爐面上滴加濃HNO₃，觀察出現(xiàn)紅棕色氣體的時間．

Answer 1

分析 （1）①用NaOH溶解二氧化硅，反應(yīng)生成硅酸鈉和水；
②由表格中數(shù)據(jù)可知，碳酸鈣更難溶；
（2）①加入稀鹽酸和NaF，與碳酸鈣、氫氧化鎂、鐵銹均反應(yīng)、二氧化硅與HF酸反應(yīng)；
②溶解的鐵銹會加速鍋爐腐蝕，發(fā)生鐵與鐵離子的反應(yīng)；
（3）步驟Ⅲ中，加入Na₂SO₃，與鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（4）①由Fe+□NO₂^-+□H₂O═□N₂↑↑+□Fe₃O₄，可知Fe元素的化合價升高，N元素的化合價降低，由電子守恒可知，還生成氧化鐵，由電荷守恒可知還生成OH^-；
②鈍化時表面生成致密的氧化物，阻止Fe反應(yīng)，則檢測鈍化效果，可利用鐵的性質(zhì)分析．

解答 解：（1）①用NaOH溶解二氧化硅，反應(yīng)生成硅酸鈉和水，反應(yīng)為SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O，
故答案為：SiO₂，SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O；
②由表格中數(shù)據(jù)可知，碳酸鈣更難溶，則清洗CaSO₄的過程為CaSO₄在水中存在平衡CaSO₄（s）?Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），用Na₂CO₃溶液浸泡后，Ca²⁺與CO₃^2-結(jié)合成更難溶的CaCO₃，使上述平衡右移，CaSO₄轉(zhuǎn)化成CaCO₃，然后用鹽酸除去，
故答案為：CaSO₄在水中存在平衡CaSO₄（s）?Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），用Na₂CO₃溶液浸泡后，Ca²⁺與CO₃^2-結(jié)合成更難溶的CaCO₃，使上述平衡右移，CaSO₄轉(zhuǎn)化成CaCO₃，然后用鹽酸除去；
（2）①加入稀鹽酸和NaF溶液，與碳酸鈣、氫氧化鎂、鐵銹均反應(yīng)，二氧化硅與HF酸反應(yīng)，則能除掉的水垢成分為：CaCO₃、Mg（OH）₂、Fe₂O₃、SiO₂，
故答案為：CaCO₃、Mg（OH）₂、Fe₂O₃、SiO₂；
②溶解的鐵銹會加速鍋爐腐蝕，發(fā)生鐵與鐵離子的反應(yīng)，離子反應(yīng)為2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（3）步驟Ⅲ中，加入Na₂SO₃，與鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其目的為將Fe³⁺還原成Fe²⁺，防止Fe³⁺腐蝕鍋爐，
故答案為：將Fe³⁺還原成Fe²⁺，防止Fe³⁺腐蝕鍋爐；
（4）①由Fe+□NO₂^-+□H₂O═□N₂↑↑+□Fe₃O₄，可知Fe元素的化合價升高，N元素的化合價降低，由電子守恒可知，還生成氧化鐵，由電荷守恒可知還生成OH^-，則該反應(yīng)為9Fe+8NO₂^-+4H₂O═4N₂↑+3Fe₃O₄+8OH^-，
故答案為：9；8；4；4；3；8OH^-；
②鈍化時表面生成致密的氧化物，阻止Fe反應(yīng)，cd中濃硫酸、濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，不能檢測，而ab中均與Fe反應(yīng)，現(xiàn)象明顯，所以檢測鈍化效果最好為ab，故答案為：ab．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及混合物分離提純、溶解平衡及氧化還原反應(yīng)的配平等，側(cè)重高考高頻考點(diǎn)的考查，注意（5）中檢測鈍化效果為解答的難點(diǎn)，注意利用鐵的性質(zhì)來解答，題目難度中等．