Question

6．粉煤灰是燃煤電廠排出的工業(yè)廢渣，其中含莫來石（Al₆Si₂O₁₃）的質量分數為43.4%，還有含量較多的SiO₂（其他成分不含Al和Si）．用粉煤灰和純堿在高溫下燒結，可制取NaAlSiO₄（霞石）、Na₂SiO₃和NaAlO₂，有關化學方程式為：
Al₆Si₂O₁₃+3Na₂CO₃→2NaAlSiO₄+4NaAlO₂+3CO₂↑     ①
Al₆Si₂O₁₃+5Na₂CO₃→2Na₂SiO₃+6NaAlO₂+5CO₂↑      ②
SiO₂+Na₂CO₃→Na₂SiO₃+CO₂↑                     ③
（1）粉煤灰中鋁的質量分數為16.5%．
（2）用1mol Al₆Si₂O₁₃和 4mol SiO₂制得5mol NaAlO₂、1mol NaAlSiO₄，還應制得Na₂SiO₃ 5mol，共消耗Na₂CO₃8 mol（得到的固體中無SiO₂）．
（3）若粉煤灰中 Al₆Si₂O₁₃與 SiO₂的物質的量之比為1：2，則1kg粉煤灰與6mol Na₂CO₃反應（反應物全部都參與反應），可制得NaAlO₂5mol．
（4）若用100mol Al₆Si₂O₁₃同時生產NaAlSiO₄和NaAlO₂，且n（NaAlSiO₄）：n（NaAlO₂）=x，消耗Na₂CO₃y mol，試確定y與x的關系式y(tǒng)=$\frac{500-100x}{1+x}$．

Answer 1

分析 （1）含莫來石（Al₆Si₂O₁₃）的質量分數為43.4%，其它成分不含Al，結合Al₆Si₂O₁₃中Al的質量分數計算；
（2）結合Na、Si原子守恒可知發(fā)生的反應，確定生成物和反應物的物質的量；
（3）1kg粉煤灰含莫來石（Al₆Si₂O₁₃）的質量434g，其物質的量1.016mol，結合粉煤灰中Al₆Si₂O₁₃與SiO₂的物質的量之比為1：2，結合反應及過量計算分析；
（4）100mol Al₆Si₂O₁₃同時生產NaAlSiO₄和NaAlO₂，且n（NaAlSiO₄）：n（NaAlO₂）=x，消耗Na₂CO₃y mol，結合反應及原子守恒計算．

解答 解：（1）含莫來石（Al₆Si₂O₁₃）的質量分數為43.4%，其它成分不含Al，則粉煤灰中鋁的質量分數為43.4%×$\frac{27×6}{27×6+28×2+16×13}$=16.5%，
故答案為：16.5；          
（2）用1mol Al₆Si₂O₁₃和 4mol SiO₂制得5mol NaAlO₂、1mol NaAlSiO₄，結合原子守恒可知反應的方程式為4SiO₂+Al₆Si₂O₁₃+8Na₂CO₃=5Na₂SiO₃+5NaAlO₂+8CO₂↑+NaAlSiO₄，即制得Na₂SiO₃ 5mol，共消耗Na₂CO₃ 8mol，
故答案為：5；8；
（3）1kg粉煤灰含莫來石（Al₆Si₂O₁₃）的質量434g，其物質的量1.018mol，根據粉煤灰中Al₆Si₂O₁₃與SiO₂的物質的量之比為1：2，由①+②+③×2可知2SiO₂+Al₆Si₂O₁₃+6Na₂CO₃=3Na₂SiO₃+5NaAlO₂+5CO₂↑+NaAlSiO₄，
由Al₆Si₂O₁₃～6Na₂CO₃～5NaAlO₂可知，Al₆Si₂O₁₃過量，6molNa₂CO₃完全反應，則制的NaAlO₂為6mol×$\frac{5}{6}$=5mol，
故答案為：5；
（4）設n（NaAlSiO₄）=a、n（NaAlO₂）=b，
由Al₆Si₂O₁₃+3Na₂CO₃=2NaAlSiO₄+4NaAlO₂+3CO₂↑
       1       3       2           4
     0.5a     1.5a     a          2a
再由 Al₆Si₂O₁₃+5Na₂CO₃=2Na₂SiO₃ +6NaAlO₂+5CO₂↑
      1          5       2         6
（100-0.5a） （500-2.5a） （200-a） （600-3a）
n（NaAlSiO₄）：n（NaAlO₂）=x，消耗Na₂CO₃y mol，
則$\left\{\begin{array}{l}{2a+（600-3a）=b}\\{\frac{a}=x}\end{array}\right.$，
且1.5a+（500-2.5a）=y，
解得y=$\frac{500-100x}{1+x}$，
故答案為：y=$\frac{500-100x}{1+x}$．

點評 本題考查化學反應方程式的計算，為高頻考點，把握發(fā)生的反應及物質的量關系等為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，計算較繁瑣，題目難度中等．