1、1第三单元 含硅矿物与信息材料教师备用题库1.铝硅合金材料性能优良。铝土矿(含 30% SiO2、40.8% Al2O3和少量 Fe2O3等)干法制取该合金的工艺如下:(1)若湿法处理铝土矿,用强酸浸取时,所得溶液中阳离子有 。 (2)铝硅合金材料中若含铁,会影响其抗腐蚀性,原因是 。 (3)焙烧除铁反应:4(NH 4)2SO4+Fe2O3 2NH4Fe(SO4)2+3H2O+6NH3(Al 2O3部分发生类似反应)。氧化物转化为硫酸盐的转化率与温度的关系如图所示,最适宜的焙烧温度为 。 (4)操作包括:加水溶解、 。若所得溶液中加入过量 NaOH 溶液,溶液中含铝微粒发生反应的离子方程式为
2、。 (5)用焦炭还原 SiO2、Al 2O3会产生中间体 SiC、Al 4C3。任写一个高温下中间体又与 Al2O3反应生成铝、硅单质的化学方程式: 。 答案 (1)Al 3+、Fe 3+、H +(2)形成原电池,铁作正极,铝作负极,加快了铝的腐蚀(3)300 (4)过滤 Al 3+4OH- Al +2H2OO-2(5)Al4C3+Al2O3 6Al+3CO(或 3SiC+Al2O3 3Si+2Al+3CO)解析 (1)用强酸浸取时,Al 2O3、Fe 2O3与酸反应生成 Al3+、Fe 3+,为了保证反应充分,酸要稍过量,溶液中还有 H+,所以所得溶液中阳离子有 Al3+、Fe 3+、H +
3、。(2)铝硅合金材料中若含铁,会影响其抗腐蚀性是因为形成原电池,铁作正极,铝作负极,加快了铝的腐蚀。(3)从图中看出,300 时 Fe2O3的转化率已经很2高,而在 300 时 Al2O3的转化率很低,为了减少 Al2O3发生反应,温度最好控制在 300 。(4)固体的主要成分有 SiO2 、Al 2O3 、NH 4Fe(SO4)2、NH 4Al(SO4)2,SiO2 和 Al2O3难溶于水,NH 4Fe(SO4)2和 NH4Al(SO4)2易溶于水,可以用溶解、过滤的方法分离;焙烧时有一部分 Al2O3 发生反应生成 NH4Al(SO4)2,所得的溶液中含有 Al3+,加入过量的 NaOH
4、溶液,Al 3+发生反应的离子方程式为 Al3+4OH- Al +2H2O。(5)中间体O-2Al4C3、SiC 与 Al2O3反应生成铝、硅单质,化学方程式分别为 Al4C3+Al2O3 6Al+3CO、3SiC+Al 2O33Si+2Al+3CO。2.三氯氢硅(SiHCl 3)是生产多晶硅的主要原料。由粗硅制三氯氢硅的反应如下:反应的热化学方程式 平衡常数(300 )主反应 Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) H=-210 kJmol -1 K1副反应 Si(s)+4HCl(g) SiCl4(g)+2H2(g) H=-240 kJmol -1 K2回答下列问题:(1
5、)写出 SiHCl3的结构式 。 (2) SiHCl3在 NaOH 溶液中剧烈反应放出 H2,该反应的化学方程式为 。 (3)硅的平衡转化率与投料比 n(HCl)/n(Si)的关系如下图所示,则图中温度 T1、T 2、T 3的大小顺序为 。 (4)平衡时,c(SiHCl 3)/c(SiCl4)的值 a 随着 c(H2)/c(HCl)的值 b 的变化而变化。则 = (用含abK1、K 2的代数式表示);根据关系式,工业上用 H2适当稀释 HCl 来提高 SiHCl3的纯度,请用平衡移动原理加以解释 。 (5)也可用 H2还原 SiCl4来制取 SiHCl3。300 时该反应的热化学方程式为 。
6、答案 (1)3(2)SiHCl3+5NaOH 3NaCl+Na2SiO3+H2+2H 2O (3)T1T2T3 (4) 通入 H2后两个平衡均逆向移动,但对副反应影响更大,所得产物中副产物的含量减小,所以K1K2SiHCl3的纯度提高(5)H2(g)+SiCl4(g) SiHCl3(g)+HCl(g) H=+30 kJmol -1解析 (1)SiHCl 3的结构式类似于三氯甲烷的结构式,为 ;(2)SiHCl3在 NaOH 溶液中剧烈反应放出 H2,该反应的化学方程式为 SiHCl3+ 5NaOH 3NaCl+Na2SiO3+H2+2H 2O;(3)由题中信息可知,主反应为放热反应,当 T2T3;(4)主反应热化学方程式减去副反应热化学方程式得 SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) H=+30 kJmol-1,则 = = 。c(SiHCl3)c(HCl)c(SiCl4)c(H2) abK1K2
