Question

已知高温下能发生如下反应SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑，Si+C

高温  .

SiC，现有石英砂和碳粉的混合物1mol，在高温电炉中隔绝空气充分反应完全后，冷却得到残留固体．若石英砂与混合物的物质的量之比为x（0＜x＜1），试讨论x的取值范围，残留固体的成分和物质的量，并将结果填入下表：

编号	①	②	③	④	⑤
x值	x= 1 3
残留固体及 物质的量	Si    1 3 mol

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算

专题：计算题

分析：根据反应SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑，Si+C

高温  .

SiC可得：SiO₂+3C

高温  .

SiC+2CO↑，
①x=

1

3

时，二氧化硅与C恰好反应生成一氧化碳和单质硅；
②x=

1

4

时，二氧化硅与C恰好反应生成SiC，残留的固体为SiC；
③

1

3

＜x＜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

1

4

＜x＜

1

3

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：xmol-ymol，根据反应方程式列式计算出二者的物质的量；
⑤0＜x＜

1

4

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．

解答： 解：根据反应SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑，Si+C

高温  .

SiC可得：SiO₂+3C

高温  .

SiC+2CO↑，
①当x=

1

3

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

1

3

mol；
②当x=

1

4

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

1

4

mol；
③当

1

3

＜x＜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）=

1

2

n（C）=

1

2

×（1-x）mol=

1-x

2

mol，剩余的二氧化硅为：x-

1-x

2

mol=

3x-1

2

mol；
④当

1

4

＜x＜

1

3

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：xmol-ymol，根据C的物质的量关系可得：2ymol+3（xmol-ymol）=（1-x）mol，解得：y=（4x-1）mol，即Si的物质的量为（4x-1）mol，则SiC的物质的量为：xmol-（4x-1）mol=（1-3x）mol；
⑤当0＜x＜

1

4

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：xmol，根据反应SiO₂+3C═SiC+2CO↑，剩余C的物质的量为：（1-x）mol-3xmol=（1-4x）mol，
故答案为：

编号	①	②	③	④	⑤
x值	x= 1 3	x= 1 4	1 3 ＜x＜1	1 4 ＜x＜ 1 3	0＜x＜ 1 4
残留固体及 物质的量	Si  1 3 mol	SiC 1 4 mol	Si 1-x 2 mol SiO2 3x-1 2 mol	Si（4x-1）mol SiC（1-3x）mol	SiC xmol C（1-4x）mol

点评：本题考查了有关混合物讨论的计算，题目难度较大，注意掌握讨论法在化学计算中的应用方法，根据反应原理明确x的各取值范围及对应产物为解答本题的关键，试题培养了学生的分析、理解能力．