Question

已知SiO₂＋2CSi＋2CO↑；Si＋CSiC。

现有石英砂和炭粉的混合物1mol，于高温下在电炉里充分反应后，得残留固体；

若石英砂与混和物的物质的量之比n（0＜n＜1），试讨论n取何值时，残留物的成分及其物质的量。

n	例︰n＝	_______	_______	_______	_______
残留固体	Si	_______	_______	_______	_______
物质的量（摩）	(或x)	_______	_______	_______	_______

Answer

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

【解析】

根据反应SiO2+2CSi+2CO↑，Si+CSiC可得：SiO2+3CSiC+2CO↑，

①n= 时，二氧化硅与C恰好反应生成一氧化碳和单质硅；

②n=时，二氧化硅与C恰好反应生成SiC，残留的固体为SiC；

③＜n＜1时，二氧化硅过量，反应后的固体为SiO2和Si的混合物，根据反应方程式计算出二氧化硅和硅的物质的量；

④＜n＜时，二氧化硅与碳完全反应生成Si和SiC，设生成Si为ymol，则生成SiC为：nmol-ymol，根据反应方程式列式计算出二者的物质的量；

⑤0＜n＜时，则反应后C有剩余，残留固体为SiC和C，二氧化硅完全反应，根据反应方程式计算出碳化硅和C的物质的量。

根据反应SiO2+2CSi+2CO↑，Si+CSiC可得：SiO2+3CSiC+2CO↑，

①当n=时，二氧化硅与C恰好反应生成一氧化碳和单质硅，残留的固体为：Si，其物质的量为mol；

②当n=时，二氧化硅与C恰好反应生成SiC，残留的固体为：SiC，物质的量为mol；

③当＜n＜1时，二氧化硅过量，反应后的固体为SiO2和Si的混合物，根据反应SiO2+2C═Si+2CO↑，C完全反应，则生成Si的物质的量为：n（Si）=n（C）=×（1-n）mol=mol，剩余的二氧化硅为：n－mol=mol；

④当＜n＜时，二氧化硅与碳完全反应生成Si和SiC，设生成Si为ymol，则生成SiC为：nmol-ymol，根据C的物质的量关系可得：2ymol+3（nmol-ymol）=（1-n）mol，解得：y=（4n-1）mol，即Si的物质的量为（4n-1）mol，则SiC的物质的量为：nmol－（4n-1）mol=（1-3n）mol；

⑤当0＜n＜时，则反应后C有剩余，残留固体为SiC和C，二氧化硅完全反应，则残留固体中含有SiC的物质的量为：nmol，根据反应SiO2+3C═SiC+2CO↑，剩余C的物质的量为：（1-n）mol-3nmol=（1-4n）mol，

故答案为：

n

例︰n＝

n＝

0n＞

＜n＜

残留固体

Si

SiC

SiC＋C

SiO2＋Si

Si＋SiC

物质的量（摩）

(或x)

SiC＝n

C＝1－4n

SiO2＝

Si＝

Si＝4n－1

SiC＝1－3n