Question

In laborator s-au folosit 30 g silice de puritate 90% pentru reducerea cu aluminiu. Descrieti procesul, si calculati masa de produs util obtinuta, daca reducerea are loc cu randament: a) 90%; b) 75%, sau c)100%

Answer 1

Răspuns:  

Prezentare proces:

Reducerea aluminotermică a silicei (SiO₂) se poate folosi la obținerea Si. Este un proces studiat, în multe laboratoare,din alte țări ( Anglia, Spania) fiindcă se obțin, produse secundare, un fel de amestecuri solide  ce conțin Al-Si, cu rol industrial.

Temperatura reacției este destul de mare, între 900-1250 grade C, unele studii recomandă o temperatură de reacție mai mare, decât temperatura de topire a Si.

3SiO₂ + 4Al la cald, în stare topită = 2Al₂O₃ + 3Si

Siliciul este produsul util, cu utilizări diverse: fabricare semiconductori, aliaje Fe-Si, etc.

Calcul de masă de Si,

Date:

-masa silice=30 g (oxid de siliciu impur)= notăm cu m i

-puritate silice=90%, notăm cu p

-produs util este Si,

-randament de fabricație în Si=notăm cu η= a) 90%; b) 75%; c) 100%

-în definiția randamentului intră:

→ masa (cantitatea) teoretică de Si (c t) , care rezultă din reacția chimică, prin calcul stoechiometric din SiO₂ pur; pierderile de Si nu există.

→masa(cantitatea) practic obținută de Si (c p), care este mai mică decât ct, din cauza pierderilor de Si, în proces. Este cantitatea care se va ambala.

cp = ct, când nu sunt pierderi, adică randamentul este 100%.

Ce vom calcula:

m p de SiO₂, ct  de Si, cp de Si

Mase atomice, A: Si=28, O=16 ( am rotunjit)

Etape de calcul:

1) mp de SiO₂, din 30 g oxid impur, puritate=90%

Știm, relația matematică pentru puritate, p:

p= m p.100/ mi ; 90% = mp .100/ 30 g

mp = 30g.90/100=27 g de SiO₂ pur

2) Calcul de masă de Si, teoretic obținută din 27 g de SiO₂ pur

Se află din calcul stoechiometric, aplicat la ecuația reacției chimice de reducere:

M SiO₂ = A Si + 2A O= 28+2.16=60 g/mol

mase: 27 g SiO₂ pur.........................................................mt Si

                3SiO₂         + 4 Al                 = 2 Al₂O₃    +   3Si

stoechiometria, raporturilor molare, reactanți/produși de reacție

               3moliSiO₂....4 mol atomAl...2moliAl₂O₃......3 mol atomSi

M:            3.60g/mol SiO₂.................................................3.28 g/molSi

S-a format o proporție, din care mt este:

mt Si = 27 g.3.28 g/mol/3.60 g/mol=12,6 g Si

⇒ Din 27 g SIO₂ pur redus cu Al pur se obține 12,6 g de Si, potrivit reacției chimice. Să reținem, că la problemele cu randament, din calcul stoechiometric la ecuația chimică se obține masa teoretică, nu masa practică de produs util.

2a) cp de SiO₂ la randament de 90%

η = cp.100/ct;  cp = ct.  η/ 100

cp  = 12,6 g.90 % / 100 %=11,34 g de Si

S-a pierdut în proces o cantitate egală cu: 12,6 g - 11,34 =1,26 g de Si

2 b) cp de SiO₂ la randament de 75%

η = cp.100/ct;  cp = ct.  η/ 100

cp  = 12,6 g.75 % / 100 %=9,45 g de Si

S-a pierdut în proces o cantitate egală cu: 12,6 g - 9,45=13,15 g de Si

2.c) cp de SiO₂ la randament de 100%

η = cp.100/ct;  cp = ct.  η/ 100

cp  = 12,6 g.100 % / 100 %=12,6  g de Si

⇒ ct = cp =12,6 g Si, pierderi=0 g, Caz ideal, nu se poate realiza în realitate, un randament perfect de 100%.

R: 11,3g Si; 9,45 g Si, 12,6 g Si

Explicație: