备战高考化学铝及其化合物推断题大题培优附答案解析.docx
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备战高考化学铝及其化合物推断题大题培优附答案解析
2020-2021备战高考化学铝及其化合物推断题(大题培优)附答案解析
一、铝及其化合物
1.铬鞣剂[Cr(OH)SO4]可用于提高皮革的耐曲折强度。
一种以铬渣(含Cr2O3及少量Fe2O3、CaO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备Cr(OH)SO4的工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)“焙烧”时,Cr2O3转化为Na2CrO4的化学方程式为__。
(2)“水浸”过程中,物料的粒度(颗粒大小)对铬残余量的影响如图所示,则最佳反应条件为__。
(3)“滤渣1”中有一种成分为铁铝酸四钙(Ca4Fe2Al2O10),是制造水泥的原料之一,用氧化物的形式表示其化学式__。
(4)“滤渣2”主要成分为Al(OH)3和__(填化学式),“过滤2”后,将溶液pH调至a,a__6.5(填“小于”或“大于”),目的是__(用离子方程式表示)。
(5)已知CH3OH在酸性条件下可被氧化生成CO2,写出Na2Cr2O7与CH3OH反应生成Cr(OH)SO4的化学方程式__。
(6)某厂用m1kg的铬渣(含Cr2O340%)制备Cr(OH)SO4,最终得到产品m2kg,则产率为__。
【答案】2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2物质的粒度为60目时4CaO·Fe2O3·Al2O3H2SiO3小于2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2ONa2Cr2O7+CH3OH+3H2SO4=2Cr(OH)SO4+CO2+Na2SO4+4H2O
【解析】
【分析】
以铬渣(含Cr2O3及少量Fe2O3、CaO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备Cr(OH)SO4,先加入碳酸钠、通入空气进行焙烧,再经过水浸、过滤除去固体杂质Fe2O3,调pH除去杂质氢氧化铝和氢氧化铁,最后通过氧化还原反应生成目标产物Cr(OH)SO4。
【详解】
(1)“焙烧”时,Cr2O3转化为Na2CrO4,Cr元素的化合价升高,反应为氧化还原反应,还需氧化剂O2,根据电子守恒配平方程式为2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2。
(2)根据图示可知,当物质的粒度为60目时,铬的残余量最少,故最佳反应条件为物质的粒度为60目时。
(3)铁铝酸四钙(Ca4Fe2Al2O10),用氧化物的形式表示其化学式为4CaO·Fe2O3·Al2O3。
(4)步骤过滤1后溶液中存在偏铝酸钠和硅酸钠等杂质,调节pH使其转化为沉淀Al(OH)3和H2SiO3,故滤渣2主要成分为Al(OH)3和H2SiO3。
“过滤2”后,将溶液pH调至a,是为将2CrO42-转化为Cr2O72-,酸性条件下可以实现转化,故a小于6.5实现2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2O的转化。
(5)根据条件CH3OH在酸性条件下可被氧化生成CO2,Na2Cr2O7与CH3OH反应生成Cr(OH)SO4为氧化还原反应,其中碳元素、铬元素的化合价发生改变,根据电子守恒得化学反应方程式为Na2Cr2O7+CH3OH+3H2SO4=2Cr(OH)SO4+CO2+Na2SO4+4H2O。
(6)最终得到产品Cr(OH)SO4m2kg,其中铬元素的含量为
kg,原料中铬元素的含量为
,则产率为
。
2.已知A、B、C、D是中学化学的常见物质,且A、B、C均含有同一种元素。
在一定条件下它们之间的相互转化关系如图所示(部分反应中的H2O已略去)。
请回答下列问题:
(1)若A可用于自来水消毒,D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,加热蒸干B的溶液不能得到B。
则B的化学式为__。
(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,则反应②的离子方程式是__。
(3)若A、C、D都是常见气体,C是导致酸雨的主要气体,则反应③的化学方程式为___。
(4)若A的焰色反应呈黄色,D为二氧化碳,则反应②的离子方程式是___。
【答案】FeCl3Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O2H2S+SO2═3S+2H2OCO32-+CO2+H2O═2HCO3-
【解析】
【分析】
(1)D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,则D是铁,A可用于自来水消毒,A为Cl2;
(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,D为NaOH、B为Al(OH)3;
(3)C是形成酸雨的主要气体,则A为H2S、D为O2、B为S、C为SO2;
(4)若A的焰色反应呈黄色,说明A中含有Na元素,且A、B、C均含有同一种元素据此分析。
【详解】
(1)D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,则D是铁,A可用于自来水消毒,由转化关系可知,A为Cl2、B为FeCl3、C为FeCl2;
(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,由转化关系可知,A为铝盐、D为NaOH、B为Al(OH)3、C为NaAlO2,反应②为氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的离子方程式是:
Al(OH)3+OH−=AlO2−+2H2O;
(3)若A、C、D都是常见气体,C是形成酸雨的主要气体,则A为H2S、D为O2、B为S、C为SO2,反应③为硫化氢与二氧化硫反应生成硫和水,反应的化学方程式为:
2H2S+SO2═3S+2H2O;
(4)若A的焰色反应呈黄色,D为二氧化碳,由转化关系可知,A为NaOH、B为Na2CO3、C为NaHCO3,反应②为碳酸钠溶液与二氧化碳反应生成碳酸氢钠,反应的的离子方程式是:
CO32−+CO2+H2O═2HCO3−。
3.有关物质的转化关系如下图所示。
A、C、E是常见的金属单质,E为紫红色,反应①可用于焊接铁轨,B是赤铁矿的主要成分,F的溶液中加入KSCN溶液变红。
(部分反应物和生成物省略)
请回答下列问题:
(1)D的化学式是________。
(2)可选用________(填“字母”)实现反应C→F的转化。
a.稀盐酸b.氯气/点燃c.CuSO4溶液
(3)反应①的化学方程式为____________。
(4)反应②的离子方程式为______________。
【答案】Al2O3b2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+
【解析】
【分析】
A、C、E是常见的金属单质,反应①可用于焊接铁轨,B是赤铁矿的主要成分,则A为Al、B为Fe2O3,C为Fe,D为Al2O3,E是紫红色的金属单质,则E为Cu,F的溶液中加入KSCN溶液变红,F为铁盐,可以由Fe与氯气反应得到,反应②为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+。
【详解】
(1)根据分析,D的化学式是:
Al2O3;
(2)反应C→F是Fe转化为Fe3+,Fe与盐酸、CuSO4溶液生成Fe2+,Fe与氯气反应生成FeCl3,故答案选b;
(3)反应①的化学方程式为:
2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3;
(4)反应②的离子方程式为:
Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+。
4.钠、铝和铁是三种重要的金属。
请回答:
(1)请画出钠的原子结构示意图_______,根据钠的原子结构示意图可得出钠的哪些性质?
(写出一条)_________。
(2)这三种金属的金属活动性由强到弱的顺序是_________。
(3)小块金属钠投入水中,发生反应的化学方程式为_______________;可观察到的实验现象是_________(填字母)。
a.钠沉到水底 b.钠熔成小球 c.小球四处游动 d.水变红色
(4)铝与稀硫酸反应的离子方程式为_________________________________。
【答案】
强还原性Na>Al>Fe2Na+2H2O=2NaOH+H2↑bc2Al+6H+=2Al3++3H2↑
【解析】
【分析】
(1)钠原子核外有11电子;最外层小于4个电子的原子易失去电子;
(2)结合金属活动顺序表判断;
(3)Na的密度小于水,钠的熔点较低,钠和水反应生成NaOH和氢气同时放出大量热,钠受力不均导致四处游动;
(4)Al溶于稀硫酸生成硫酸铝和氢气。
【详解】
(1)钠原子核外有11电子,则钠原子的结构示意图是
,最外层只有1个电子,易失电子,具有强还原性;
(2)由金属活动顺序可知,Na、Al、Fe的金属性强弱顺序为Na>Al>Fe;
(3)Na的密度小于水,所以钠会浮在水面上,钠的熔点较低,钠和水反应生成NaOH和氢气同时放出大量热使钠熔融发出嘶嘶的响声,钠受力不均导致四处游动,生成NaOH导致溶液呈碱性,但是水中没有滴加酚酞,则溶液不变色,故发生反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,实验现象正确的是bc;
(4)Al溶于稀硫酸生成硫酸铝和氢气,发生反应的离子方程式为2Al+6H+=2Al3++3H2↑。
5.七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)在印染、造纸和医药等工业上有重要的用途。
硼镁泥是硼镁矿生产硼砂的废渣,其主要成分是MgCO3,还含有MgO、CaO、Fe2O3、FeO、MnO2、Al2O3、SiO2等杂质,工业上用硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如图:
已知:
①MnO2不溶于稀硫酸。
②CaSO4和MgSO4·7H2O在不同温度下的溶解度(g)数据如下表所示:
温度/℃
物质
10
30
40
50
60
CaSO4
0.19
0.21
0.21
0.21
0.19
MgSO4·7H2O
30.9
35.5
40.8
45.6
——
(1)开始用到硫酸的质量分数为70%,密度为1.61g/cm3,则该硫酸溶液的物质的量浓度为___。
(2)滤渣A中除含少量CaSO4·2H2O外,还有___。
(3)加入MgO后,加热煮沸的目的是___。
(4)若滤渣B的主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3。
则加入NaClO发生氧化还原反应的离子方程式为___。
(5)流程中操作1为蒸发浓缩、趁热过滤,这样即可得到CaSO4·2H2O,又防止___。
(6)获取MgSO4·7H2O的操作2为:
___、___、过滤洗涤。
(7)已知开始硼镁泥样品的质量为ag,制取七水硫酸镁的质量为bg,据此能计算出硼镁泥中镁元素的含量吗?
若能,请写出表达式;若不能,请说明理由。
___(能或不能),表达式(或理由)为___。
【答案】11.5mol/LSiO2、MnO2防止生成Al(OH)3和Fe(OH)3胶体,使之转化为沉淀而被分离ClO-+2Fe2++2H+=Cl-+2Fe3++H2O析出MgSO4·7H2O晶体蒸发浓缩冷却结晶不能加入MgO的量未知
【解析】
【分析】
硼镁泥用足量硫酸酸浸溶解,得到含有Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+以及SO42-的酸性溶液,由于MnO2、SiO2不与硫酸反应,硫酸钙属于微溶物,则过滤后滤渣A主要为MnO2、SiO2,还含有少量CaSO4·2H2O,向滤液中加入NaClO将Fe2+氧化为Fe3+,加入MgO调节溶液pH值并加热,使Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,则滤渣B主要为氢氧化铁、氢氧化铝,根据溶解度表,CaSO4的溶解度基本不受温度影响,MgSO4·7H2O受温度影响较大,温度越高溶解度越大,对滤液进行蒸发浓缩、趁热过滤,得到CaSO4·2H2O,则滤渣C主要为CaSO4·2H2O,再次对滤液蒸发浓缩、冷却结晶,过滤洗涤,得到七水硫酸镁(MgSO4·7H2O),据此分析解答。
【详解】
(1)开始用到硫酸的质量分数为70%,密度为1.61g/cm3,则该硫酸溶液的物质的量浓度=
=
=11.5mol/L;
(2)根据分析,滤渣A中除含少量CaSO4·2H2O外,还有MnO2、SiO2;
(3)加入MgO的目的是沉淀Fe3+、Al3+,但Fe3+、Al3+易发生水解生成胶体,因此加热煮沸的目的是防止生成Al(OH)3和Fe(OH)3胶体,使之转化为沉淀而被分离;
(4)若滤渣B的主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3。
向滤液中加入NaClO将Fe2+氧化为Fe3+,则加入NaClO发生氧化还原反应的离子方程式为ClO-+2Fe2++2H+=Cl-+2Fe3++H2O;
(5)根据溶解度表,CaSO4的溶解度基本不受温度影响,MgSO4·7H2O受温度影响较大,温度越高溶解度越大,流程中操作1为蒸发浓缩、趁热过滤,这样即可得到CaSO4·2H2O,又防止析出MgSO4·7H2O晶体;
(6)结合溶解度表数据和(5)分析,获取MgSO4·7H2O的操作2为:
蒸发浓缩、冷却结晶,过滤洗涤;
(7)在制取七水硫酸镁流程中,向体系内加入了氧化镁调节pH值沉淀Fe3+、Al3+,引入了镁元素,且未告知氧化镁加入的量,制取的七水硫酸镁的镁元素不仅来自硼镁泥,还来自引入的氧化镁,因此不能根据上述两个条件来计算硼镁泥中镁元素的含量。
6.利用含铬废料(主要含Cr2O3,还含有FeO、SiO2、Al2O3等杂质)制备重铬酸钠,实现清洁化工生产,工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)焙烧Cr2O3转化为Na2CrO4的化学反应方程式是_____;
(2)实验室模拟此工业流程①,控制反应温度60℃的方法是_____;
(3)流程②用石墨做电极电解Na2CrO4溶液,制备Na2Cr2O7,其原理如图所示,a是_____极;电极Ⅱ的电极反应式是_____;当生成2molNa2Cr2O7时,电路中转移的电子_____mol;
(4)由下图和下表中的溶解度变化,流程③制备K2Cr2O7,应先充分加热,然后_____反应才能顺利进行;
重铬酸钠的溶解度表:
温度℃
10
20
40
60
80
100
溶解度%
61.6
62.8
65.1
71.8
78.7
81.1
(5)为进一步减少制得的K2Cr2O7晶体中NaCl等杂质,应再进行_____操作;
(6)流程④Na2Cr2O7溶液与乙醇反应,乙醇可能被氧化为_____(写一种即可)。
【答案】2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2水浴加热负极4OH-―4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=O2↑+4H+4冷却结晶(降低温度)重结晶乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、二氧化碳(CO2)等
【解析】
【分析】
利用含铬废料(主要含Cr2O3,还含有FeO、SiO2、Al2O3等杂质)制备重铬酸钠。
将铬铁矿和碳酸钠、空气混合焙烧,发生反应得到Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3等和CO2,然后在60℃时调节溶液的pH=6.5,用盐酸浸取后过滤,得到的滤渣中主要含有硅酸、氢氧化铁、氢氧化铝等,滤液中含有Na2CrO4和NaCl,然后用石墨做电极电解Na2CrO4溶液,制备Na2Cr2O7,在Na2Cr2O7溶液中加入氯化钾固体可以制得K2Cr2O7,在Na2Cr2O7溶液中加入稀硫酸和乙醇,可以制得NaCr(SO4)2,据此分析解答。
【详解】
(1)Cr2O3与碳酸钠在空气中焙烧反应生成Na2CrO4的化学反应方程式为2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2,故答案为:
2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2;
(2)可以采用水浴加热的方法,控制反应温度60℃,故答案为:
水浴加热;
(3)Na2CrO4溶液中存在2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O,用图示装置(均为石墨电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,需要通过电解生成H+提高溶液的酸性,说明该电极(电极Ⅱ)是阳极,连接电源的正极,即b为正极,则a为负极;电极Ⅱ为阳极,溶液中氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=O2↑+4H+;由CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O可知,每生成2molNa2Cr2O7时,理论上II电极生成4molH+,根据阳极反应式4OH--4e-=2H2O+O2↑可知,每生成4molH+,转移4mol电子,故答案为:
负极;4OH-―4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=O2↑+4H+;4;
(4)根据溶解度曲线和重铬酸钠的溶解度表可知,K2Cr2O7的溶解度随温度的变化较大,而Na2Cr2O7的溶解度受温度的影响不大,且温度较低是由水中的溶解度:
Na2Cr2O7>K2Cr2O7,因此流程③中向Na2Cr2O7溶液中加入适量KCl,充分加热,蒸发浓缩至表面出现晶膜,然后冷却结晶,析出K2Cr2O7固体,反应才能顺利进行,故答案为:
冷却结晶(降低温度);
(5)根据溶解度曲线,K2Cr2O7的溶解度随温度的变化较大,而氯化钠的溶解度受温度的影响不大,为进一步减少制得的K2Cr2O7晶体中NaCl等杂质,需要对K2Cr2O7晶体进行重结晶操作,进一步分离提纯,故答案为:
重结晶;
(6)Na2Cr2O7溶液具有强氧化性,Na2Cr2O7溶液与乙醇反应,乙醇可能被氧化为乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、甚至可以氧化生成二氧化碳和水,故答案为:
乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、二氧化碳(CO2)等。
7.某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4.考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(见图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。
回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。
Ⅰ.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明)
(1)C→Al的制备方法称为电解法,请写出阳极反应方程式_____________________.
(2)该小组探究反应②发生的条件.D与浓盐酸混合,不加热无变化;加热有Cl2生成,当反应停止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生Cl2.由此判断影响该反应有效进行的因素有(填序号)_____。
A.温度B.溶液的pH值C.Cl-和
-的浓度
(3)固体D是碱性锌锰电池的正极,请写出该电池的负极反应方程式_____________。
(4)0.2molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成CO和TiCl4(熔点-25℃,沸点136.4℃)放热8.56kJ,该反应的热化学方程式为______________________________________.
Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用
(5)用惰性电极电解时,
能从浆液中分离出来的原因是_________________,
分离后得到的含铬元素的粒子有
﹣和
﹣,原因是__________________________(用离子反应方程式表示),阴极室生成的物质为_____________(写化学式);
【答案】2O2--4e-=O2↑ABZn-2e-+2OH-=Zn(OH)22Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g)△H=﹣85.6kJ•mol﹣1在直流电场作用下
通过阴离子交换膜向阳极室移动,从而脱离浆液;2
+2H+
+H2O;NaOH和H2
【解析】
【分析】
(1)固体混合物含有Al(OH)3、MnO2,加入NaOH溶液,过滤,可得到滤液A为NaAlO2,通入二氧化碳,生成B为Al(OH)3,固体C为Al2O3,电解熔融的氧化铝可得到Al;固体D为MnO2,加热条件下与浓盐酸反应可生成氯气;
(2)题中涉及因素有温度和浓度;
(3)固体D为MnO2,是碱性锌锰电池的正极,该电池的负极是锌失电子发生氧化反应,反应方程式Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;
(4)0.2molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成CO和TiCl4(熔点-25℃,沸点136.4℃)放热8.56kJ,则2mol氯气反应放出的热量为2÷0.2×8.56kJ=85.6kJ,由质量守恒可知还原性气体为CO,反应的化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)═TiCl4(l)+2CO(g),以此可计算反应热并写出热化学方程式;
Ⅱ.(5)电解时,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动,阴极发生还原反应生成氢气和NaOH,由此解答。
【详解】
Ⅰ.
(1)C→Al的制备方法称为电解法,固体C为Al2O3,电解熔融的氧化铝可得到Al,阳极反应方程式2O2--4e-=O2↑;
(2)反应涉及的条件为加热,加热下可反应,另外加热硫酸,氢离子浓度变化,可知影响的因素为温度和氢离子浓度,故选:
AB;
(3)固体D为MnO2,是碱性锌锰电池的正极,该电池的负极是锌失电子发生氧化反应,反应方程式Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;
(4)0.2molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成CO和TiCl4(熔点-25℃,沸点136.4℃)放热8.56kJ,则2mol氯气反应放出的热量为2÷0.2×8.56kJ=85.6kJ,所以热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)═TiCl4(l)+2CO(g)△H=-85.6kJ·mol-1;
Ⅱ.(5)电解时,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动,从而从浆液中分离出来,因存在2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2O,则分离后含铬元素的粒子是CrO42-、Cr2O72-,阴极发生还原反应生成氢气和NaOH。
【点睛】
考查物质的制备、分离以及电解知识,解题关键:
注意把握物质的性质,能正确分析试验流程,把握电解的原理,难点(5)在直流电场作用下,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液,要求学生具有一定的分析能力。
8.我国某地粉煤灰中主要含有Al2O3,除此之外还含有Ga2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SiO2等物质。
已知从粉煤灰中回收铝并提取镓的工艺流程如下所示:
回答下列问题:
(1)焙烧前,应将粉煤灰与纯碱粉末充分混合,其原因是____;混合焙烧时,Al2O3、Ga2O3均发生类似于SiO2的反应,试写出Ga2O3在此过程中发生反应的化学方程式:
____。
(2)滤渣的成分是____;含铝混合液中除了大量A13+之外,还有Fe3+和少量Mg2+,由混合液制取纯净Al(OH)3的实验方案是_____。
(3)洗脱液中往往还有少量Fe3+,需要进一步分离。
若使Fe3+恰好完全沉淀[c(Fe3+)=l×l0-5mol·L-l]时,Ga3+浓度至少为_____mol·L-l才会开始沉淀。
(已知:
。
)
(4)电解过程中,Ga3+与NaOH溶液反应生成GaO2-,GaO2-在阴极放电,则电解方程式为____;电解过程中需要保持溶液为pH=11以上的原因是___。
【答案】增大反应物接触面积,加快化学反应速率Ga2O3+Na2CO3
2NaGaO2+CO2↑H2SiO3或H4SiO4向混合液中加入过量NaOH,过滤,向滤液中通入足量CO2,再过滤3.5×10-2mol/L
抑制
水解,并阻止H+在阴极放电降低电解效率
【解析】
【分析】
混合焙烧时,Al2O3、Ga2O3、SiO2与Na2CO3反应,生成可溶性盐NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3,CaO、MgO、Fe2O3不发生反应;将固体溶解,MgO、Fe2O3不溶于水,CaO溶于水生成Ca(OH)2,溶液中溶质为Ca(OH)2、NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3、Na