- 硅酸盐的物理性质
- 共939题
普通玻璃中,Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物质的量之比是Na2SiO3∶CaSiO3∶SiO2=1∶1∶4。
(1)若以aNa2O·bCaO·mSiO2形式表示此玻璃的组成,则a∶b∶m=____________。
(2)若要制备1 000 kg上述玻璃,需要原料各多少千克?共可产生标准状况下的CO2气体多少升?
正确答案
(1)1∶1∶6
(2)Na2CO3:221.8 kg;CaCO3:209.2 kg;SiO2∶753.1 kg;CO2:9.37×104 L
(1)根据原子个数相等的原则,Na2SiO3∶CaSiO3∶4SiO2等同于Na2O·CaO·6SiO2,即a∶b∶m=1∶1∶6.
(2)制造玻璃的原料是Na2CO3、CaCO3和SiO2,根据反应原理:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑。玻璃的化学式为Na2O·CaO·6SiO2,由元素守恒可得关系式:Na2O·CaO·6SiO2→Na2CO3→CaCO3→6SiO2→2CO2。据此可计算出所需的原料和放出CO2的体积。另外还可以用制造1 000 kg玻璃所需的原料和1 000 kg玻璃的差值计算出CO2的质量,继而计算其体积。
含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维,C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。
(1)在元素周期表中,A位于 族,与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为 ,A与B在原子的电子层结构上的相同点是 。
(2)易与C发生化学反应的酸是 ,反应的化学方程式是 。
(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D,同时还生成B的最高价氧化物E;将全部的E与全部的D在足量的水中混合后,又发生化学反应生成含A的化合物F。
①写出生成D和F的化学反应方程式: 。
②要将纯碱高温熔化,下列坩埚中可选用的是 。
A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚
C.氧化铝坩锅 D.铁坩锅
(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后,生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是 。
正确答案
(1)ⅣA 最外层均有4个电子,最内层均有2个电子
(2)氢氟酸 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
(3)①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,
Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓
②D (4)50%
(1)A元素单质可作半导体材料,含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料,可知A为硅元素,C为SiO2,D为Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素B为碳。
(2)C为SiO2,能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。
(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2,含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应,故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。
(4)若SiO2恰好完全反应或过量,与CaCO3反应的化学方程式只有一个,即CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。若CaCO3过量,除发生上述反应外,还会发生反应:
CaCO3CaO+CO2↑。总之,CaCO3的多少决定了CO2的产量,可通过以下关系列式求解:
CaCO3 ~ CO2
100 g 22.4 L
m(CaCO3) 11.2 L
m(CaCO3)=50 g
混合物中CaCO3的质量分数:×100%=50%。
生态溶液涉及农家肥料的综合利用,某种肥料经发酵得到一种含有甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体。2.016L(标准状况)该气体通过盛有红色CuO粉末的硬质玻璃管,发生的反应为:CH4+4CuOCO2+2H2O+4Cu。当甲烷完全反应后,硬质玻璃管的质量减轻4.8g。将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水,充分吸收,生成沉淀8.5g。试计算:
(1)原混合气体中甲烷的物质的量是____________;二氧化碳的质量是 。
(2)原混合气体中氮气的体积分数为 。
正确答案
(1)0.075mol(2分);0.44g(2分)(2)5.56%(2分)。
解析:由于硬质玻璃管减少的质量为CuO中的氧的质量,所以n(CuO)==0.3mol,由方程式可知反应的CH4的物质的量为0.075mol。生成的CO2也为0.075mol,将气体通过澄清的石灰水生成8.5g沉淀,所以n(CO2)=0.085mol,原混合气体中的n(CO2)=0.01mol,而气体的总物质的量为:=0.09mol,所以n(N2)=0.005mol,N2的体积分数为:×100%=5.56%。
略
(10分)工业生产粗硅的反应有:
SiO2+2CSi(粗)+2CO↑;SiO2+3C
SiC+2CO↑。
(1)若产品中粗硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1,则参加反应的C 和SiO2的质量比为______________。
(2)粗硅进一步制备纯硅的原理如下:
Si(粗)+2Cl2(g) SiCl4(l); SiCl4+2H2
Si(纯)+4HCl。
若上述反应中Si(粗)和SiCl4的利用率均为80%,制粗硅时有10%的SiO2转化为SiC,则生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂_______________吨。
(3)工业上还可以通过如下图所示的流程制取纯硅:
若反应①为:Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g);
则反应②的化学方程式为___________________________________ 。
假设每一轮次生产过程中,硅元素没有损失,反应①中HCl的利用率为α1,反应②中H2的利用率为α2,,若制备1mol纯硅,在第二轮次的生产中,现补充投入HCl和H2的物质的量之比是5∶1。则α1与α2的代数关系式为____________________________。
正确答案
(10分)
(1)1∶2(2分)
(2)125t(3分)
(3)SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl (2分) 5α1= 3α2 + 2α1α2 (3分)
略
工业生产粗硅的主要原理为:SiO2+2C 3273K Si(粗)+2CO↑。
(1)若在制粗硅的过程中同时生成了碳化硅,且生成的硅和碳化硅的物质的量之比为5∶1,则参加反应的C和SiO2的质量比为 。
(2)工业上可通过如下流程由粗硅制取纯硅:
Si(粗) SiCl4(l) Si(纯)
若上述反应中Si(粗)和SiCl4的利用率均为80%,制粗硅时有10%的SiO2转化为SiC,则生产100.8t纯硅需纯度为75%的石英砂多少吨?
(3)工业上还可以通过下图所示的流程来制取纯硅:
反应①: Si(粗)+3HCl(g) 553~573K SiHCl3(l)+H2(g)
反应②: SiHCl3+H2 1373K Si(纯)+3HCl
假设在每一轮次的投料生产中,硅元素没有损失,反应①中HCl的利用率为75%,反应②中H2的利用率为80%,则在下轮次的生产中,需补充投入HCl和H2的体积比为多少?
正确答案
(1)① SiO2+2C 3273K Si(粗)+2CO↑ ② Si+ C="SiC" 若①×6+ ②得
6SiO2+13C 3273K 5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ,此时两者质量比为(12×13):(60×6)=13:30
(2)设需纯度为75%的石英砂x。
根据题意有下列关系式:
SiO2 ~ Si ~ SiCl4 ~ Si(纯)
60 28
x×75%×(1-10%)×80%×80% 100.8t (2分)
解得:x="500t " (2分)
(3)设每轮生产投入的粗硅中含1molSi
则由反应①可知:
消耗HCl的物质的量为3 mol /75%=4mol,生成H2的物质的量为1mol(1分)
由反应②可知:
消耗H2的物质的量为1mol/80%=1.25mol,生成HCl的物质的量为3mol (1分)
则在一轮次的生产中,需补充投入HCl和H2的物质的量之比(即体积比)为:
(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1(1分)
(1)① SiO2+2C 3273K Si(粗)+2CO↑ ② Si+ C="SiC" 若①×6+ ②得
6SiO2+13C 3273K 5Si(粗)+SiC+ 12CO↑ ,此时两者质量比为(12×13):(60×6)=13:30
(2)设需纯度为75%的石英砂x。
根据题意有下列关系式:
SiO2 ~ Si ~ SiCl4 ~ Si(纯)
60 28
x×75%×(1-10%)×80%×80% 100.8t (2分)
解得:x="500t " (2分)
(3)设每轮生产投入的粗硅中含1molSi
则由反应①可知:
消耗HCl的物质的量为3 mol /75%=4mol,生成H2的物质的量为1mol(1分)
由反应②可知:
消耗H2的物质的量为1mol/80%=1.25mol,生成HCl的物质的量为3mol (1分)
则在一轮次的生产中,需补充投入HCl和H2的物质的量之比(即体积比)为:
(4mol-3mol)∶(1.25mol-1mol)=4∶1(1分)
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