我国科研人员以高炉渣(主要成分为CaO， M g O A…——2024 高考化学第 15 题答案解析

【答案】（1） $\mathrm { N H } _ { 3 }$ （2） $\mathrm { S i O } _ { 2 }$

（3） ①. $\mathrm { C a S O _ { 4 } + ( N H _ { 4 } ) _ { 2 } C O _ { 3 } = C a C O _ { 3 } + ( N H _ { 4 } ) _ { 2 } S O _ { 4 } }$ ②. $\mathrm { K _ { \mathrm { s p } } \left( C a S O _ { 4 } \right) > K _ { \mathrm { s p } } \left( C a C O _ { 3 } \right) }$ ，微溶

的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙（4）净水 （5） ①. $\frac { \sqrt { 2 } } { 2 }$ a ②. $\mathrm { C a } _ { 3 } \mathrm { N } _ { 3 } \mathrm { B }$ ③. $\frac { \mathrm { ~ M ~ } } { \mathrm { N } _ { \mathrm { A } } \mathrm { a } ^ { 2 } \mathrm { c } } { \times } 1 0 ^ { 3 0 }$

【解析】

【分析】高炉渣(主要成分为CaO，MgO， $\mathrm { A l } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 3 }$ 和 $\mathrm { S i O } _ { 2 }$ 等)加入 $\mathrm { ( N H } _ { 4 } ) _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 }$ 在 $4 0 0 ^ { \circ } \mathrm { C }$ 下焙烧，生成硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝，同时产生气体，该气体与烟气 ${ } _ { , ( \mathrm { C O } _ { 2 } ) }$ 和水蒸气)反应，生成 $\mathrm { ( N H } _ { 4 } ) _ { 2 } \mathrm { C O } _ { 3 }$ ，所以该气体为 $\mathrm { N H } _ { 3 }$ ；焙烧产物经过水浸 1，然后过滤，滤渣为 $\mathrm { C a S O _ { 4 } }$ 以及未反应的 $\mathrm { S i O } _ { 2 }$ ，滤液溶质主要为硫酸镁、硫酸铝及硫酸铵；滤液浓缩结晶，析出 $\mathrm { N H } _ { 4 } \mathrm { A l } \big ( \mathrm { S O } _ { 4 } \big ) _ { 2 } \cdot 1 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ ，剩余富镁溶液；滤渣加入 $\mathrm { ( N H } _ { 4 } ) _ { 2 } \mathrm { C O } _ { 3 }$ 溶液，滤渣中的 $\mathrm { C a S O _ { 4 } }$ 会转化为更难溶的碳酸钙。

【小问 1 详解】

由分析可知，高炉渣与 $\left( \mathrm { N H } _ { 4 } \right) _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 }$ 经焙烧产生的“气体”是 $\mathrm { N H } _ { 3 }$

【小问 2 详解】

由分析可知，“滤渣”的主要成分是 $\mathrm { C a S O _ { 4 } }$ 和未反应的 $\mathrm { S i O } _ { 2 }$

【小问 3 详解】

“水浸2”时主要反应为硫酸钙与碳酸铵生成更难溶的碳酸钙，反应方程式为

$\mathrm { C a S O _ { 4 } + ( N H _ { 4 } ) _ { 2 } C O _ { 3 } = C a C O _ { 3 } + ( N H _ { 4 } ) _ { 2 } S O _ { 4 } }$ ，该反应之所以能发生，是由于 $\mathrm { K } _ { \mathrm { s p } } \left( \mathrm { C a S O } _ { 4 } \right) { = } 4 . 9 { \times } 1 0 ^ { - 5 }$ $\mathrm { K _ { \mathrm { s p } } ( C a C O _ { 3 } ) } { = } 3 . 4 \times 1 0 ^ { - 9 } , \mathrm { K _ { \mathrm { s p } } ( C a S O _ { 4 } ) } { > } \mathrm { K _ { \mathrm { s p } } ( C a C O _ { 3 } ) }$ ，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙；【小问4详解】

铝产品 $\mathrm { N H } _ { 4 } \mathrm { A l } \big ( \mathrm { S O } _ { 4 } \big ) _ { 2 } \cdot 1 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 溶于水后，会产生 ${ \mathrm { A l } } ^ { 3 + }$ ${ \mathrm { A l } } ^ { 3 + }$ 水解生成 $\mathrm { \ A l { ( O H ) } } _ { 3 }$ 胶体，可用于净水；

【小问 5 详解】

图丙中，Ca位于正方形顶点，N 位于正方形中心，故Ca 与N 的距离为 ${ \frac { \sqrt { 2 } } { 2 } } \mathrm { a p m } ;$ ；由均摊法可知，晶胞中Ca的个数为8 $\times \frac { 1 } { 8 } + 2 = 3$ ，N 的个数为8 $\times \frac { 1 } { 4 } + 2 \times \frac { 1 } { 2 } = 3$ ，B的个数为 $\displaystyle { \mathsf { I } \times \frac { 1 } { 4 } = 1 }$ ，则化合物的化学式是$\mathrm { C a } _ { 3 } \mathrm { N } _ { 3 } \mathrm { B }$ ；其摩尔质量为 $\mathrm { M g \cdot m o l ^ { - 1 } }$ ，阿伏加德罗常数的值是 $\mathrm { N _ { A } }$ ，晶胞体积为 $\mathbf { a } ^ { 2 } \mathbf { c } \times 1 0 ^ { - 3 0 } \mathbf { c m } ^ { 3 }$ 则晶体的密度为 $\frac { \mathrm { ~ M ~ } } { \mathrm { N _ { A } } \mathrm { a } ^ { 2 } \mathrm { c } } { \times } 1 0 ^ { 3 0 } \mathrm { g } \cdot \mathrm { c m } ^ { - 3 }$ 。