Question

地球化学中，通常用热重分析研究矿物在受热时的质量变化以确定其组成。取66.6 mg由高岭石［Al₄Si₄O₁₀(OH)₈］和方解石(CaCO₃)组成的矿物，加热到673K～1123K区间内分解为氧化物，样品总失重13.8 mg。高岭石受热分解反应方程式：Al₄Si₄O₁₀(OH)₈ →2Al₂O₃+4SiO₂+4H₂O

(1)硅原子核外电子排布在____个不同的电子层中，核外最外层电子分布在____个不同的轨道中。

(2)硅与铝同周期且相邻，化学性质有相似性，写出Si与NaOH溶液反应的化学方程式________。

(3)高岭石是长石的一种，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钙长石化学式CaAl₂Si₂O₈可推知钠长石的化学式为_________________。

(4)此矿物中高岭石的质量分数为____________。

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

(5)若对高岭土进行煅烧活化，然后利用盐酸进行分解，对于分解出的氯化铝溶液及二氧化硅再分别加入碱溶液进行去杂提纯，最后得到的氯化铝溶液可制备氧化铝。写出由氯化铝溶液得到纯净氧化铝的化学反应方程式(要求最节约)：_____________________。

(6)用焦炭与石英砂(SiO₂)混合高温，产生粗硅，现由两种方法将粗硅提纯：

第一种方法：Si+2Cl₂ SiCl₄ SiCl₄+2H₂Si+4HCl

第二种方法：Si+3HCl SiHCl₃     SiHCl₃+H₂Si+3HCl。

工业上常用第二种方法来提纯单晶硅，其原因是_________________。

Answer

3 3 Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑ NaAlSi3O8 c 2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl↑ 温度较低，耗能少；HCl可以循环利用

【解析】

(1)根据硅原子核外电子排布分析；

(2)Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气；

(3)根据不同类长石其氧原子的物质的量分数相同，结合化合价代数和是0可写出钠长石的化学式；

(4)由高岭石[Al4Si4O10(OH)8]和方解石(CaCO3)组成的矿物，加热到673K～1123K区间内分解为氧化物，方解石分解生成CaO和二氧化碳，高岭石受热分解反应方程式：Al4Si4O10(OH)8→2Al2O3+4SiO2+4H2O，所以减少的质量为二氧化碳和水的质量，列方程组计算；

(5)AlCl3水解生成氢氧化铝，氢氧化铝分解生成氧化铝；

(6)根据反应中能量的消耗和原料的使用来分析。

(1)硅为14号元素，其核外有14个电子，硅原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，则硅原子核外电子排布在3个电子层，核外最外层电子分布在3个不同的轨道中；

(2)硅与铝同周期且相邻，化学性质有相似性，Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气，则其反应的化学方程式为Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑；

(3)结合钙长石的化学式可知钠长石就是将钙长石的中钙更换为钠，铝硅酸阴离子不变，以及化合物中化合价代数和等于0可得钠长石的化学式为NaAlSi3O8；

(4)由高岭石[Al4Si4O10(OH)8]和方解石(CaCO3)组成的矿物，加热到673K～1123K区间内分解为氧化物，方解石分解生成CaO和二氧化碳，高岭石受热分解反应方程式：Al4Si4O10(OH)8→2Al2O3+4SiO2+4H2O，所以减少的质量为二氧化碳和水的质量，设矿物中高岭石为x mol，方解石为y mol，则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，则高岭石的质量为1×10-4 mol×516 g/mol=51.6×10-3 g=51.6 mg，则此矿物中高岭石的质量分数为×100%=77.5%，故合理选项是c；

(5)AlCl3是强酸弱碱盐，在溶液中Al3+水解生成氢氧化铝，氢氧化铝分解生成氧化铝，则氯化铝溶液得到纯净氧化铝的化学反应方程式(要求最节约)为：2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl↑；

(6)用焦炭与石英砂(SiO2)混合高温，产生粗硅，现由两种方法将粗硅提纯：

第一种方法：Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl

第二种方法：Si+3HCl SiHCl3 SiHCl3+H2Si+3HCl。

第二种方法反应温度较低，能量消耗少，而且HCl能循环使用。