Question

已知高温下能发生如下反应：Si+CSiC

现有石英砂和炭粉的混合物amol，在高温电炉中隔绝空气充分反应，反应完全后，冷却得残留固体。

（1）写出可能发生反应的化学方程式________。

（2）若石英砂与混合物的物质的量之比为x（0<x<1）。

试讨论在x的取值范围内，残留固体的成分和物质的量，并将结果填入下表：

x	残留固体
	化学式	物质的量/mol

注意：①残留固体物质的量用a、x等表示，不必列出具体计算式。②每组空格填一种情况，有几种情况镇几种，不必填满。

 

Answer 1

答案：
解析：

（1）SiO2＋2CSi＋2CO  SiO2＋3CSiC＋2CO （2） x 残留固体   化学式 物质的量/mol x> Si、 x= Si ax或 Si、SiC a(4x-1)、a(1-3x) x= SiC ax或 x< SiC、C ax、a(1-4x)

提示：

依据题中条件可知，石英砂和炭粉的混合物在高温下可能发生如下反应 SiO2＋2CSi＋2CO  ① SiO2＋3CSiC＋2CO  ② 从上述两反应可确定出如下比值：、。若将其比值（n）作为自变量表示在数轴上，可划分出如下3个区域。 根据数轴上划分出的区域及题中条件，可分别进行如下讨论： ①　　   当时，说明反应按①式进行，即石英砂与混合物的物质的量之比为x＞，残留固体物质是Si和过量的SiO2，则： SiO2   ＋    2C    Si    ＋ 2CO (1－x)mol   a(1－x)mol  (1－x)mol 所以残留固体物质Si的物质的量为(1－x)mol，剩余的物质的量为[ax－(1－x)]mol，即(3x－1)mol。 ②当=时，说明反应按①式恰好完全进行，即石英砂与混合物的物质的量之比为x=，残留固体物质为Si，则： SiO2 ＋ 2C Si＋2CO ax mol　　  　　 ax mol 所以残留固体物质Si的量为ax mol或a mol。 ③当＜ 时，说明反应按①式和②式进行，即石英砂与混合物的物质的量之比为＜x＜。残留固体物质为Si和SiC，则： SiO2＋2CSi＋2CO y    2y　　   y SiO2＋3CSiC＋2CO z    3z　　    z 依题意知  解得 所以残留固体物质Si的量为a（4x－1）mol、SiC的量为z=a（1－3x）mol。 ④当时，说明反应按②式恰好完全反应，即石英砂与混合物的物质的星之比为x=，残留固体为SiC，则： SiO2＋3CSiC ＋ 2CO ax mol　　     ax mol 所以残留固体SiC的量为ax mol或a mol。 ⑤当时，说明反应按②式进行，即石英砂与混合物的物质的量之比为x＜。残留固体物质是SiC和过量的炭粉，则： SiO2   ＋  3CSiC＋2CO ax mol 3ax mol   ax mol 所以残留固体物质SiC的量为ax mol，剩余炭粉的量为[a(1－x)－3ax]mol，即a(1－4x)mol。