1、第四章第一讲 无机非金属材料的主角-硅1化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关，下列说法错误的是()A“天宫一号”中使用的碳纤维，是一种新型无机非金属材料B为防止中秋月饼等富脂食品氧化变质，常在包装袋中放入硅胶C用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料，实现“碳”的循环利用D小苏打可用于某些食品加工行业中【答案】B【解析】硅胶是用于吸水防潮的而不是防氧化。2下列各项叙述中正确的是()A硅是光导纤维的主要成分B生产普通玻璃的主要原料有石灰石、石英和黏土C玛瑙、水晶饰品在保养时不能与强碱溶液接触DSiO2与某些酸碱均能反应，故它是两性氧化物【答案】C【解析】光导纤维的主要成分是SiO2，A错误；生产普
2、通玻璃的主要原料有纯碱、石灰石和石英，B错误；玛瑙、水晶的主要成分是SiO2，能与强碱反应，C正确；酸中只有氢氟酸能与SiO2反应且生成物不是盐与水，SiO2不是两性氧化物，D错误。3下列叙述正确的是()A利用高纯硅可以制成光电池，将光能直接转化为电能BCO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒C从SiO2制备高纯Si的过程反应中只涉及置换反应DSiO2和H2O反应可直接制备H2SiO3【答案】A【解析】高纯硅的其中一个用途就是制成光电池；CO2与血红蛋白不结合；从SiO2制备高纯Si的过程反应中还涉及化合反应；SiO2和H2O不反应。4下列离子方程式的书写正确的是()A水玻璃中通入过量二氧化碳：N
3、a2SiO3CO2H2O=2NaCOH2SiO3B澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)22CO2=Ca22HCOC硅与氢氟酸的反应：Si4H4F=SiF42H2D二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO22OH=SiOH2O【答案】D【解析】 Na2SiO3是强电解质，应拆成Na、SiO，且应生成HCO，A错；B项正确写法是CO2OH=HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H和F。5从与NaOH溶液反应所得产物(纯净物)类型差异性角度上看，下列四种物质有一种明显不同于其他三种物质，该物质是()ASiO2BCO2CSi DAl2O3【答案】C【解析】硅与NaOH溶液反应生成的是氢气与盐(单质与化合物
4、)，另外三种物质与NaOH溶液反应生成的是盐与水(均是化合物)。6下列叙述中正确的是()A因为Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强B碳和硅都是A族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似C二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸【答案】D【解析】A项的反应之所以能够发生，是因为生成的产物中有气体生成，平衡正向移动，促使反应能够顺利进行，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于酸性
5、氧化物与一般酸的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C错误。7下列除杂方法正确的是()ASiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去BCO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热CCO2中含有HCl杂质，可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶DNa2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤【答案】B【解析】A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶；D项，引入NaHCO3。8下列变化中，不能一步实现的是()ANa2SiO3H2SiO3 BH2SiO3SiO2CSiO2H2S
6、iO3 DSiO2Na2SiO3【答案】C【解析】Na2SiO3H2SiO3；H2SiO3SiO2，SiO2Na2SiO3，SiO2不与H2O反应，故不能一步转化为H2SiO3。9在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为()ANa2SiO3 BNa2SiO3与Na2CO3CSiO2与Na2CO3 DSiO2、Na2SiO3及Na2CO3【答案】A【解析】通入少量CO2生成少量Na2CO3和H2SiO3，高温充分灼烧又发生反应：H2SiO3SiO2H2O，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2。10如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列
7、说法正确的是()ASiO2属于两性氧化物B盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞C硅胶吸水后可重复再生D图中所示的转化都是氧化还原反应【答案】C【解析】SiO2是酸性氧化物；Na2CO3溶液呈碱性，试剂瓶不能用玻璃塞；题图中有的转化不是氧化还原反应，例如SiO2与NaOH溶液的反应。11下列表述正确的是()人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节
8、能A B C D【答案】D【解析】本题主要考查硅及其化合物的具体应用。刚玉的主要成分为Al2O3；玛瑙的主要成分是SiO2；玻璃的主要成分为SiO2和硅酸盐；水泥的主要成分为3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等，为硅酸盐材料；Cu2O虽然是红色的，但它不能变色，也不能吸收有害光线。硅材料不会产生对环境有害的物质。12晶体硅和二氧化硅具有相似的晶体结构，则下列说法不正确的是()A晶体硅和二氧化硅都具有较高的熔点 B晶体硅和二氧化硅都具有较大的硬度C晶体硅和二氧化硅都可用作半导体材料 D晶体硅和二氧化硅都可用于制光导纤维【答案】CD【解析】晶体硅和二氧化硅晶体中都只存在原子间的
9、强相互作用，使它们具有熔点高、硬度大的性质，A、B项正确；SiO2不能用作半导体材料，C项错；晶体硅不能用于制光导纤维，D项错。13. 对于化学方程式SiO23CSiC2CO，有关叙述正确的是()A反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂B硅元素被还原了，碳元素被氧化了C在反应中C只作还原剂D在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为12【答案】D【解析】双线桥法表示反应中电子转移的方向及数目如下：，反应中只有C元素化合价改变，因此碳在反应中既是氧化剂，又是还原剂，且n(氧化剂)n(还原剂)12。14 中国国家航天局正式公布了嫦娥一号发回的首张月面图(下图)。月球表面的不同岩石富含硅、铝、钾、磷、铀、钍
10、和稀土元素。下列有关月球表面富含元素的叙述正确的是() A硅既能溶解于氢氧化钠溶液又能溶于氢碘酸B铝热反应中铝始终作还原剂C将钾投入到氯化铝溶液中，能置换出单质铝D磷的最高价氧化物对应的水化物为强电解质【答案】B【解析】硅不能溶于HI(aq)；钾投入水中与水反应会放出H2，不会置换出铝；H3PO4为中强酸，属于弱电解质。15下列说法正确的是()A硅材料广泛应用于光纤通讯 B工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应【答案】A【解析】B项工艺师应利用氢氟酸；C项中水晶SiO2；D项中粗硅制备单晶硅的反应有：Si2Cl2SiCl4，S
11、iCl42H2Si4HCl。16 在浓硝酸水浓硫酸氢氟酸氢氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是()A B C D分析：本题考查硅的化学性质，抓住硅发生的反应。【答案】C【解析】硅能与F2、HF、强碱常温下反应，在加热或高温条件下也能与Cl2、O2、H2发生反应。17硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是_。A陶瓷 B玻璃C水泥 D生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_，工艺师常用_(填物质名称)来雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作_。N
12、a2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是_。A普通玻璃坩埚 B石英玻璃坩埚C氧化铝坩埚 D铁坩埚(4)工业上常利用反应2CSiO2Si2CO制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。【答案】(1)D(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O氢氟酸(3)防火剂D(4)CSiO2【解析】(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si元素，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO
13、3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)题给反应中C(碳)被氧化，SiO2中4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。18以磷矿石、石英、氯化氢等为原料生产白炭黑(SiO2nH2O)、磷及甲醇，下列工艺过程原料综合利用率高，废弃物少。(1)上述反应中，属于置换反应的是_(填：、)。(2)已知SiHCl3的沸点为33.0 ，提纯SiHCl3适宜的方法是_。(3)高温下进行的反应的化学方程式为_；固
14、体废弃物CaSiO3可用于_。(4)反应需在高温、隔绝氧气和无水条件下进行，其原因是_。【答案】(1)、(2)分馏(蒸馏)(3)Ca3(PO4)25C3SiO23CaSiO32P5CO生产水泥、砖瓦或作为建筑材料等(4)SiHCl3会水解，同时产生的H2与O2混合会发生爆炸【解析】反应为SiO22CSi2CO。从图中可以看出，反应的反应物为SiO2、C和Ca3(PO4)2，产物为CO、P和CaSiO3。反应为Si3HCl=SiHCl3H2。反应的反应物有SiHCl3和H2O，产物有HCl、H2和SiO2nH2O。反应为CO2H2=CH3OH。(1)置换反应是单质与化合物反应生成另一种单质和另一
15、种化合物，只有、符合。(2)SiHCl3的沸点低，可用蒸馏法分离出来。(4)反应产生H2，若与O2混合会引起爆炸。从流程图中的反应可知，SiHCl3可以与H2O反应，所以反应必须在无水条件下反应。19铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题：(1)铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为第_周期、第_族；PbO2的酸性比CO2的酸性_(填“强”或“弱”)。(2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为_。(3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为_。(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示，已知失重曲
16、线上的a点为样品失重4.0%(即100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2nPbO，列式计算x值和mn值_。【答案】(1)六A弱(2)PbO24HCl(浓)PbCl2Cl22H2O(3)PbOClO=PbO2Cl(4)1.423【解析】(1)根据碳在元素周期表中的位置为第二周期第A族，可以推出Pb的位置为第六周期第A族，同一主族元素从上到下非金属性依次减弱，PbO2的酸性比CO2的弱。(2)由题意，生成的黄绿色气体应为氯气，氯元素化合价升高，则铅元素化合价降低，所以反应的化学方程式为PbO24HCl(浓)PbCl2Cl22H2O。(3)由题意，PbO作还原剂，NaClO作氧
17、化剂，反应的离子方程式为PbOClO=PbO2Cl。(4)根据PbO2PbOxO2，有322394.0%，x21.4根据mPbO2nPbO，1.4，。20. 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2SiHCl3与过量H2在1 0001 100反应制得纯硅已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0)中含有少量SiCl4(沸点57.6)和HCl(沸点84
18、.7)，提纯SiHCl3采用的方法为_。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_，装置D中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是_(填写字母代号)。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液【答案】(1)SiO22CSi2CO(2)分馏(或蒸馏)(3)浓硫酸使滴入烧
19、瓶中的SiHCl3气化有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3H2Si3HCl排尽装置中的空气bd或c【解析】(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO22C高温,Si2CO；(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行；(3)因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅
20、的反应条件为1 0001 100，此温度下普通玻璃容易软化。因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。铁与盐酸反应产生Fe2，其检验方法常常采用先将Fe2氧化为Fe3然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。21已知A、B、C三种元素均为短周期元素，它们的原子序数关系为CBA。A元素原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，B和C可形成BC4型化合物。用化学符号填空：(1)三种元素中A是_，B是_，C是_。(2)A、B、C的最高价氧化物对应的水化物分别是_、_、_，在这些水化物中，酸性最弱的是_。(3)用化学方程式说明A的最高价含氧酸的酸性比B的最高价含氧酸的酸性强_；(4)已
21、知BC4不能在空气中燃烧，理由是_。(5)用离子方程式表示出用B的氧化物制得B的氧化物对应水化物的原理_。【答案】(1)CSiCl(2)H2 CO3H2SiO3HClO4H2SiO3(3)CO2H2ONa2SiO3=H2SiO3Na2CO3(4)SiCl4在点燃的条件下不能被O2氧化(5)SiO22OH=SiOH2O，SiOCO2H2O=H2SiO3CO【解析】依据A的电子层结构特点，可知A为碳；B和C可形成BC4型化合物，可推知B为A族元素，C为A族元素，又因为原子序数的关系CBA，可知B为Si，C为氯，结合其他化合物的性质，可推知其他问题的答案。22A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们
22、之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请填空：(1)形成单质A的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)B的化学式(分子式)为_，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_。(3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_。【答案】(1)4(2)SiO2SiO22CSi2CO(3)CaSiO3Na2SiO3【解析】由“A为地壳中含最仅次于氧的非金属单质，其晶体结构与金刚石相似”，推知A为Si，根据BAE，BC，BDH2O，不难推知B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3，E为CO。23. 单晶硅是信息产业中重要的基础
23、材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450500)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/180300162请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的离子方程式_。(2)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。(3
24、)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是_(填写元素符号)。(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe2MnO8H=5Fe3Mn24H2O滴定前是否要滴加指示剂？_(填“是”或“否”)，请说明理由_。某同学称取5.000 g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL试样溶液，用1.000102 molL1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 m
25、L，则残留物中铁元素的质量分数是_。【答案】(1)MnO24H2ClMn2Cl22H2O(2)平衡压强，使液体顺利流下浓硫酸使SiCl4冷凝(3)Al、P、Cl(4)否KMnO4溶液自身可作指示剂4.480% 【解析】制四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的，所以必须先制得Cl2，因SiCl4极易水解，所以Cl2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。(1)书写的是离子方程式，B装置中盛放饱和食盐水除去HCl，C装置中用浓H2SO4除水以制得干燥纯净的Cl2；(2)A中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；h瓶用冷却液冷却主要目的是得到SiCl4；(3)精馏粗产物得到SiCl4，温度应控制在57.7，此时BCl3变为气体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均残留在瓶中，所以残留杂质元素是Fe、Al、P、Cl，(4)中滴定时MnO是自身指示剂，终点时变为紫红色且30 s内不变即可读数；中5Fe2MnO 5 1 x nn1.000102 molL120 mL103 LmL12.000104 molx1.000103 mol，从100 mL中取出25 mL，原溶液中n(Fe2)4.000103 mol，w4.480%。11