Question

已知高溫下能發(fā)生如下反應SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，Si+C

高溫  .

SiC，現(xiàn)有石英砂和碳粉的混合物1mol，在高溫電爐中隔絕空氣充分反應完全后，冷卻得到殘留固體．若石英砂與混合物的物質的量之比為x（0＜x＜1），試討論x的取值范圍，殘留固體的成分和物質的量，并將結果填入下表：

編號	①	②	③	④	⑤
x值	x= 1 3
殘留固體及 物質的量	Si    1 3 mol

Answer 1

考點：有關混合物反應的計算

專題：計算題

分析：根據(jù)反應SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，Si+C

高溫  .

SiC可得：SiO₂+3C

高溫  .

SiC+2CO↑，
①x=

1

3

時，二氧化硅與C恰好反應生成一氧化碳和單質硅；
②x=

1

4

時，二氧化硅與C恰好反應生成SiC，殘留的固體為SiC；
③

1

3

＜x＜1時，二氧化硅過量，反應后的固體為SiO₂和Si的混合物，根據(jù)反應方程式計算出二氧化硅和硅的物質的量；
④

1

4

＜x＜

1

3

時，二氧化硅與碳完全反應生成Si和SiC，設生成Si為ymol，則生成SiC為：xmol-ymol，根據(jù)反應方程式列式計算出二者的物質的量；
⑤0＜x＜

1

4

時，則反應后C有剩余，殘留固體為SiC和C，二氧化硅完全反應，根據(jù)反應方程式計算出碳化硅和C的物質的量．

解答： 解：根據(jù)反應SiO₂+2C

高溫  .

Si+2CO↑，Si+C

高溫  .

SiC可得：SiO₂+3C

高溫  .

SiC+2CO↑，
①當x=

1

3

時，二氧化硅與C恰好反應生成一氧化碳和單質硅，殘留的固體為：Si，其物質的量為

1

3

mol；
②當x=

1

4

時，二氧化硅與C恰好反應生成SiC，殘留的固體為：SiC，物質的量為

1

4

mol；
③當

1

3

＜x＜1時，二氧化硅過量，反應后的固體為SiO₂和Si的混合物，根據(jù)反應SiO₂+2C═Si+2CO↑，C完全反應，則生成Si的物質的量為：n（Si）=

1

2

n（C）=

1

2

×（1-x）mol=

1-x

2

mol，剩余的二氧化硅為：x-

1-x

2

mol=

3x-1

2

mol；
④當

1

4

＜x＜

1

3

時，二氧化硅與碳完全反應生成Si和SiC，設生成Si為ymol，則生成SiC為：xmol-ymol，根據(jù)C的物質的量關系可得：2ymol+3（xmol-ymol）=（1-x）mol，解得：y=（4x-1）mol，即Si的物質的量為（4x-1）mol，則SiC的物質的量為：xmol-（4x-1）mol=（1-3x）mol；
⑤當0＜x＜

1

4

時，則反應后C有剩余，殘留固體為SiC和C，二氧化硅完全反應，則殘留固體中含有SiC的物質的量為：xmol，根據(jù)反應SiO₂+3C═SiC+2CO↑，剩余C的物質的量為：（1-x）mol-3xmol=（1-4x）mol，
故答案為：

編號	①	②	③	④	⑤
x值	x= 1 3	x= 1 4	1 3 ＜x＜1	1 4 ＜x＜ 1 3	0＜x＜ 1 4
殘留固體及 物質的量	Si  1 3 mol	SiC 1 4 mol	Si 1-x 2 mol SiO2 3x-1 2 mol	Si（4x-1）mol SiC（1-3x）mol	SiC xmol C（1-4x）mol

點評：本題考查了有關混合物討論的計算，題目難度較大，注意掌握討論法在化學計算中的應用方法，根據(jù)反應原理明確x的各取值范圍及對應產(chǎn)物為解答本題的關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力．