Question

【題目】地球化學(xué)中，通常用熱重分析研究礦物在受熱時的質(zhì)量變化以確定其組成。取66.6 mg由高嶺石［Al4Si4O10(OH)8］和方解石(CaCO3)組成的礦物，加熱到673K～1123K區(qū)間內(nèi)分解為氧化物，樣品總失重13.8 mg。高嶺石受熱分解反應(yīng)方程式：Al4Si4O10(OH)8 →2Al2O3+4SiO2+4H2O

(1)硅原子核外電子排布在____個不同的電子層中，核外最外層電子分布在____個不同的軌道中。

(2)硅與鋁同周期且相鄰，化學(xué)性質(zhì)有相似性，寫出Si與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式________。

(3)高嶺石是長石的一種，不同類長石其氧原子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同。由鈣長石化學(xué)式CaAl2Si2O8可推知鈉長石的化學(xué)式為_________________。

(4)此礦物中高嶺石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____________。

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

(5)若對高嶺土進(jìn)行煅燒活化，然后利用鹽酸進(jìn)行分解，對于分解出的氯化鋁溶液及二氧化硅再分別加入堿溶液進(jìn)行去雜提純，最后得到的氯化鋁溶液可制備氧化鋁。寫出由氯化鋁溶液得到純凈氧化鋁的化學(xué)反應(yīng)方程式(要求最節(jié)約)：_____________________。

(6)用焦炭與石英砂(SiO2)混合高溫，產(chǎn)生粗硅，現(xiàn)由兩種方法將粗硅提純：

第一種方法：Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl

第二種方法：Si+3HCl SiHCl3 SiHCl3+H2Si+3HCl。

工業(yè)上常用第二種方法來提純單晶硅，其原因是_________________。

Answer 1

【答案】3 3 Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑ NaAlSi3O8 c 2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl↑ 溫度較低，耗能少；HCl可以循環(huán)利用

【解析】

(1)根據(jù)硅原子核外電子排布分析；

(2)Si與NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣；

(3)根據(jù)不同類長石其氧原子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同，結(jié)合化合價代數(shù)和是0可寫出鈉長石的化學(xué)式；

(4)由高嶺石[Al4Si4O10(OH)8]和方解石(CaCO3)組成的礦物，加熱到673K～1123K區(qū)間內(nèi)分解為氧化物，方解石分解生成CaO和二氧化碳，高嶺石受熱分解反應(yīng)方程式：Al4Si4O10(OH)8→2Al2O3+4SiO2+4H2O，所以減少的質(zhì)量為二氧化碳和水的質(zhì)量，列方程組計算；

(5)AlCl3水解生成氫氧化鋁，氫氧化鋁分解生成氧化鋁；

(6)根據(jù)反應(yīng)中能量的消耗和原料的使用來分析。

(1)硅為14號元素，其核外有14個電子，硅原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p2，則硅原子核外電子排布在3個電子層，核外最外層電子分布在3個不同的軌道中；

(2)硅與鋁同周期且相鄰，化學(xué)性質(zhì)有相似性，Si與NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣，則其反應(yīng)的化學(xué)方程式為Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑；

(3)結(jié)合鈣長石的化學(xué)式可知鈉長石就是將鈣長石的中鈣更換為鈉，鋁硅酸陰離子不變，以及化合物中化合價代數(shù)和等于0可得鈉長石的化學(xué)式為NaAlSi3O8；

(4)由高嶺石[Al4Si4O10(OH)8]和方解石(CaCO3)組成的礦物，加熱到673K～1123K區(qū)間內(nèi)分解為氧化物，方解石分解生成CaO和二氧化碳，高嶺石受熱分解反應(yīng)方程式：Al4Si4O10(OH)8→2Al2O3+4SiO2+4H2O，所以減少的質(zhì)量為二氧化碳和水的質(zhì)量，設(shè)礦物中高嶺石為x mol，方解石為y mol，則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，則高嶺石的質(zhì)量為1×10-4 mol×516 g/mol=51.6×10-3 g=51.6 mg，則此礦物中高嶺石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=77.5%，故合理選項是c；

(5)AlCl3是強酸弱堿鹽，在溶液中Al3+水解生成氫氧化鋁，氫氧化鋁分解生成氧化鋁，則氯化鋁溶液得到純凈氧化鋁的化學(xué)反應(yīng)方程式(要求最節(jié)約)為：2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl↑；

(6)用焦炭與石英砂(SiO2)混合高溫，產(chǎn)生粗硅，現(xiàn)由兩種方法將粗硅提純：

第一種方法：Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl

第二種方法：Si+3HCl SiHCl3 SiHCl3+H2Si+3HCl。

第二種方法反應(yīng)溫度較低，能量消耗少，而且HCl能循環(huán)使用。