Question

【題目】已知SiO2＋2CSi＋2CO↑；Si＋CSiC。

現有石英砂和炭粉的混合物1mol，于高溫下在電爐里充分反應后，得殘留固體；

若石英砂與混和物的物質的量之比n（0＜n＜1），試討論n取何值時，殘留物的成分及其物質的量。

n	例︰n＝	_______	_______	_______	_______
殘留固體	Si	_______	_______	_______	_______
物質的量（摩）	(或x)	_______	_______	_______	_______

Answer 1

【答案】n＝ 0<n＜ 1>n＞ ＜n＜ SiC SiC＋C SiO2＋Si Si＋SiC SiC＝n，C＝1－4n SiO2＝，Si＝ Si＝4n－1， SiC＝1－3n

【解析】

根據反應SiO2+2CSi+2CO↑，Si+CSiC可得：SiO2+3CSiC+2CO↑，

①n= 時，二氧化硅與C恰好反應生成一氧化碳和單質硅；

②n=時，二氧化硅與C恰好反應生成SiC，殘留的固體為SiC；

③＜n＜1時，二氧化硅過量，反應后的固體為SiO2和Si的混合物，根據反應方程式計算出二氧化硅和硅的物質的量；

④＜n＜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：nmol-ymol，根據反應方程式列式計算出二者的物質的量；

⑤0＜n＜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，根據反應方程式計算出碳化硅和C的物質的量。

根據反應SiO2+2CSi+2CO↑，Si+CSiC可得：SiO2+3CSiC+2CO↑，

①當n=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mol；

②當n=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mol；

③當＜n＜1時，二氧化硅過量，反應后的固體為SiO2和Si的混合物，根據反應SiO2+2C═Si+2CO↑，C完全反應，則生成Si的物質的量為：n（Si）=n（C）=×（1-n）mol=mol，剩余的二氧化硅為：n－mol=mol；

④當＜n＜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：nmol-ymol，根據C的物質的量關系可得：2ymol+3（nmol-ymol）=（1-n）mol，解得：y=（4n-1）mol，即Si的物質的量為（4n-1）mol，則SiC的物質的量為：nmol－（4n-1）mol=（1-3n）mol；

⑤當0＜n＜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：nmol，根據反應SiO2+3C═SiC+2CO↑，剩余C的物質的量為：（1-n）mol-3nmol=（1-4n）mol，

故答案為：

n	例︰n＝	n＝	0<n＜	1>n＞	＜n＜
殘留固體	Si	SiC	SiC＋C	SiO2＋Si	Si＋SiC
物質的量（摩）	(或x)		SiC＝n C＝1－4n	SiO2＝ Si＝	Si＝4n－1 SiC＝1－3n