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=	__	__	__	__
殘留固體及物質的量（摩）	Si	__	__	__	__

___________。

Answer 1

【答案】

n值	n=	n=	＜n＜1	＜n＜	0＜n＜
殘留固體及 物質的量	Si mol	SiC mol	Si mol SiO2 mol	Si(4n-1)mol SiC(1-3n)mol	SiC nmol C(1-4n)mol

【解析】

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+2CSi+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+3CSiC+2CO↑，剩余C的物質的量為：(1-n)mol-3nmol=(1-4n)mol，故答案為：

n值	n=	n=	＜n＜1	＜n＜	0＜n＜
殘留固體及 物質的量	Si mol	SiC mol	Si mol SiO2 mol	Si(4n-1)mol SiC(1-3n)mol	SiC nmol C(1-4n)mol