Question

【題目】地球化學中，通常用熱重分析研究礦物在受熱時的質量變化以確定其組成。取66.6 mg由高嶺石［Al4Si4O10(OH)8］和方解石(CaCO3)組成的礦物，加熱到673K～1123K區間內分解為氧化物，樣品總失重13.8 mg。高嶺石受熱分解反應方程式：Al4Si4O10(OH)8 →2Al2O3+4SiO2+4H2O

(1)硅原子核外電子排布在____個不同的電子層中，核外最外層電子分布在____個不同的軌道中。

(2)硅與鋁同周期且相鄰，化學性質有相似性，寫出Si與NaOH溶液反應的化學方程式________。

(3)高嶺石是長石的一種，不同類長石其氧原子的物質的量分數相同。由鈣長石化學式CaAl2Si2O8可推知鈉長石的化學式為_________________。

(4)此礦物中高嶺石的質量分數為____________。

a. 44% b. 56% c. 77.5% d. 80%

(5)若對高嶺土進行煅燒活化，然后利用鹽酸進行分解，對于分解出的氯化鋁溶液及二氧化硅再分別加入堿溶液進行去雜提純，最后得到的氯化鋁溶液可制備氧化鋁。寫出由氯化鋁溶液得到純凈氧化鋁的化學反應方程式(要求最節約)：_____________________。

(6)用焦炭與石英砂(SiO2)混合高溫，產生粗硅，現由兩種方法將粗硅提純：

第一種方法：Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl

第二種方法：Si+3HCl SiHCl3 SiHCl3+H2Si+3HCl。

工業上常用第二種方法來提純單晶硅，其原因是_________________。

Answer 1

【答案】3 3 Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑ NaAlSi3O8 c 2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl↑ 溫度較低，耗能少；HCl可以循環利用

【解析】

(1)根據硅原子核外電子排布分析；

(2)Si與NaOH溶液反應生成硅酸鈉和氫氣；

(3)根據不同類長石其氧原子的物質的量分數相同，結合化合價代數和是0可寫出鈉長石的化學式；

(4)由高嶺石[Al4Si4O10(OH)8]和方解石(CaCO3)組成的礦物，加熱到673K～1123K區間內分解為氧化物，方解石分解生成CaO和二氧化碳，高嶺石受熱分解反應方程式：Al4Si4O10(OH)8→2Al2O3+4SiO2+4H2O，所以減少的質量為二氧化碳和水的質量，列方程組計算；

(5)AlCl3水解生成氫氧化鋁，氫氧化鋁分解生成氧化鋁；

(6)根據反應中能量的消耗和原料的使用來分析。

(1)硅為14號元素，其核外有14個電子，硅原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p2，則硅原子核外電子排布在3個電子層，核外最外層電子分布在3個不同的軌道中；

(2)硅與鋁同周期且相鄰，化學性質有相似性，Si與NaOH溶液反應生成硅酸鈉和氫氣，則其反應的化學方程式為Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑；

(3)結合鈣長石的化學式可知鈉長石就是將鈣長石的中鈣更換為鈉，鋁硅酸陰離子不變，以及化合物中化合價代數和等于0可得鈉長石的化學式為NaAlSi3O8；

(4)由高嶺石[Al4Si4O10(OH)8]和方解石(CaCO3)組成的礦物，加熱到673K～1123K區間內分解為氧化物，方解石分解生成CaO和二氧化碳，高嶺石受熱分解反應方程式：Al4Si4O10(OH)8→2Al2O3+4SiO2+4H2O，所以減少的質量為二氧化碳和水的質量，設礦物中高嶺石為x mol，方解石為y mol，則516x+100y=66.6×10-3 g，4x×18+44y=13.8×10-3 g

解得：x=1×10-4 mol，y=1.5×10-4 mol，則高嶺石的質量為1×10-4 mol×516 g/mol=51.6×10-3 g=51.6 mg，則此礦物中高嶺石的質量分數為×100%=77.5%，故合理選項是c；

(5)AlCl3是強酸弱堿鹽，在溶液中Al3+水解生成氫氧化鋁，氫氧化鋁分解生成氧化鋁，則氯化鋁溶液得到純凈氧化鋁的化學反應方程式(要求最節約)為：2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl↑；

(6)用焦炭與石英砂(SiO2)混合高溫，產生粗硅，現由兩種方法將粗硅提純：

第一種方法：Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl

第二種方法：Si+3HCl SiHCl3 SiHCl3+H2Si+3HCl。

第二種方法反應溫度較低，能量消耗少，而且HCl能循環使用。