《2025年天利38套五年真题高考试题分类化学》

3.【模块融合】(2024·甘肃卷,15 分)我国科研人员以高炉渣(主要成分为${CaO}$、${MgO}$、${Al_{2}O_{3}}$和${SiO_{2}}$等)为原料,对炼钢烟气(${CO_{2}}$和水蒸气)进行回收利用,有效减少了环境污染,主要流程如图所示:

已知:$K_{sp}{(CaSO_{4})}=4.9× 10^{-5}\ \ K_{sp}{(CaCO_{3})}=3.4× 10^{-9}$
(1)高炉渣与${(NH_{4})_{2}SO_{4}}$经焙烧产生的“气体”是_______。
(2)“滤渣”的主要成分是${CaSO_{4}}$和_______。
(3)“水浸 2”时主要反应的化学方程式为_______,该反应能进行的原因是_______。
(4)铝产品${NH_{4}Al(SO_{4})_{2}· 12H_{2}O}$可用于_______。
(5)某含钙化合物的晶胞结构如图甲所示,沿x 轴方向的投影为图乙,晶胞底面显示为图丙,晶胞参数$a\neq c$,$\alpha =\beta =\gamma =90^{\circ}$。图丙中 Ca 与N 的距离为_______pm}化合物的化学式是_______},其摩尔质量为$M\ \mathrm{g/mol}$,阿伏加德罗常数的值是$N_{A}$,则晶体的密度为_______g/cm^{3}(列出计算表达式)。

答案： 3.(15分)
(1)$NH_{3}$
(2)$SiO_{2}$
(3)$CaSO_{4} + (NH_{4})_{2}CO_{3} = CaCO_{3} + (NH_{4})_{2}SO_{4}$
$K_{sp}(CaCO_{3}) ＜ K_{sp}(CaSO_{4})$，$CaSO_{4}$可转化为更难溶的$CaCO_{3}$
(4)净水
(5)$\frac{\sqrt{2}}{2}a$ $Ca_{3}BN_{3}$ $\frac{M}{N_{A}a^{2}c} × 10^{30}$
【解析】用高炉渣回收利用炼钢烟气工艺流程
(1)高炉渣与$(NH_{4})_{2}SO_{4}$焙烧生成的气体可与烟气($CO_{2}$和水蒸气)反应生成$(NH_{4})_{2}CO_{3}$，可推知该气体为$NH_{3}$。
(2)焙烧产物水浸后的滤渣为$CaSO_{4}$和焙烧时没有反应的$SiO_{2}$。
(3)“水浸2”发生的是沉淀转化的反应：$CaSO_{4} + (NH_{4})_{2}CO_{3} = CaCO_{3} + (NH_{4})_{2}SO_{4}$，该反应能进行的原因是$K_{sp}(CaCO_{3}) ＜ K_{sp}(CaSO_{4})$，$CaCO_{3}$更难溶，故$CaSO_{4}$可转化为$CaCO_{3}$。
(4)$NH_{4}Al(SO_{4})_{2} · 12H_{2}O$俗称铵明矾，可溶于水电离出$NH_{4}^{+}$、$Al^{3+}$、$SO_{4}^{2-}$，$Al^{3+}$水解生成的$Al(OH)_{3}$胶体具有吸附性，可用于净水。
(5)图丙中$Ca$与$N$的距离为面对角线的一半，即$\frac{\sqrt{2}}{2}apm$。根据均摊法，1个晶胞中含$Ca$：$8 × \frac{1}{8} + 2 = 3$个，含$B$：$4 × \frac{1}{4} = 1$个，含$N$：$8 × \frac{1}{4} + 2 × \frac{1}{2} = 3$个，该化合物的化学式为$Ca_{3}BN_{3}$。1个晶胞的质量为$\frac{M}{N_{A}}g$，1个晶胞的体积为$[(a × 10^{-10})^{2} × (c × 10^{-10})]cm^{3} = a^{2}c × 10^{-30}cm^{3}$，晶体密度为$\frac{M}{N_{A}a^{2}c} × 10^{30}g/cm^{3}$。