人教版 (2019)必修 第一册实验活动2 铁及其化合物的性质习题

第五章　化工生产中的重要非金属元素

第3节　无机非金属材料

1．华裔科学家高锟因“在光学通信领域中光在光导纤维中传输”的研究方面所取得的开创性成就获得了诺贝尔物理学奖。光导纤维的主要成分是(　　)

A.Si  B.SiO2  C.Na2SiO3  D.SiCl4

【答案】B

【解析】光导纤维的主要成分为SiO2。

2．我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(　　)

A.晶体硅和金刚石的物理性质相似

B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应

C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵

D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电

【答案】A

【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。

3．下列关于碳和硅的比较，正确的是(　　)

A.它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸

B.碳和硅的最高正价都是＋4价

C.硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位

D.碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态

【答案】B

【解析】SiO2不溶于水，也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅。故正确答案为B。

4．下列说法正确的是(　　)

A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应

B.二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成

C.硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水

D.CO2与SiO2均具有氧化性，可作氧化剂

【答案】D

【解析】SiO2可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，A项不正确；二氧化硅中不存在SiO2分子，B项不正确；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C项不正确。

5．下列有关硅及其化合物的说法不正确的是(　　)

A.晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料

B.常温下，硅的化学性质稳定，自然界中的硅主要以氧化物及硅酸盐的形式存在

C.SiO2是一种酸性氧化物，能够与强碱反应生成相应的盐

D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸，然后再过滤

【答案】A

【解析】A项，晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质，其导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；B项，虽然常温下硅的化学性质稳定，但自然界中没有游离态的硅，它主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在；D项，SiO2不溶于稀盐酸，可使用稀盐酸除去其中混有的CaCO3，化学方程式为CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，然后再过滤。

6．制备硅单质时，主要化学反应如下：

①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)Si(粗硅)＋2CO↑，

②Si(粗硅)＋2Cl2SiCl4，

③SiCl4＋2H2Si(纯硅)＋4HCl，下列对上述三个反应的叙述中不正确的是(　　)

A.①③为置换反应

B.①②③均为氧化还原反应

C.②为化合反应

D.三个反应的反应物中硅元素均被还原

【答案】D

【解析】在反应②中Si元素化合价升高，被氧化。

7．下列关于硅的说法不正确的是(　　)

A.硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

B.硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料

C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应

D.加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

【答案】C

【解析】硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质稳定、常温下可与F2、HF、强碱溶液反应，加热或高温下可与O2、Cl2等一些非金属发生反应。

8．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是(　　)

A.陶瓷餐具   B.石英钟表

C.计算机芯片   D.光导纤维

【答案】C

9．关于地壳中含量占第一位和第二位的元素之间形成的化合物，有关其说法正确的是(　　)

A.化学性质不活泼

B.可溶于水且显酸性

C.熔沸点较低，物理性质与CO2相似

D.是酸性氧化物，不溶于任何酸

【答案】A

【解析】该化合物为SiO2，SiO2不溶于水、熔沸点很高，与氢氟酸反应。

10．除去SiO2中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：①加水溶解　②加水煮沸　③过滤　④加稀盐酸　⑤加稀H2SO4，正确的操作顺序是(　　)

A.①③  B.④③  C.⑤③  D.②③

【答案】B

【解析】加稀盐酸与CaO、CaCO3反应生成CaCl2溶液，然后过滤得到SiO2固体。注意不能选用稀H2SO4，因CaSO4微溶，不易分离出SiO2。

11．二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是(　　)

A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大

B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸

C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液

D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸

【答案】B

【解析】二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。

12．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E 选项中选择正确【答案】填入括号内。

(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(　　)

(2)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑(　　)

(3)SiO2＋2CSi＋2CO↑(　　)

(4)SiO2＋3CSiC＋2CO↑(　　)

(5)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(　　)

A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀

B.氧化性

C.酸性氧化物的通性

D.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来

E.未参与氧化还原反应

【答案】(1)C　(2)D　(3)B　(4)E　(5)A

【解析】(1)中SiO2表现的是酸性氧化物的性质。(3)中是SiO2得电子，显氧化性。(4)中得失电子的是C，SiO2未参与得失电子。(5)是雕刻玻璃的反应。

13．高纯二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的成分为

通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。

请回答下列问题：

(1)步骤①中涉及SiO2的离子方程式为________________________________。

(2)滤渣A的成分有________________(填化学式)。

(3)步骤③反应的化学方程式为______________________________________________。

(4)实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚钳、酒精灯、三脚架、__________和__________。

【答案】(1)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O

(2)C、Fe2O3　(3)H2SiO3SiO2＋H2O　(4)坩埚　泥三角

【解析】(1)步骤①中涉及SiO2与氢氧根离子反应生成硅酸根离子和水，离子方程式是SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。(2)稻壳灰的成分中只有二氧化硅、氧化铝与氢氧化钠溶液反应，氧化钠、氧化钾与水反应，而C与氧化铁均不反应，所以滤渣A的成分是C、Fe2O3。(3)滤液A中含有硅酸根离子、偏铝酸根离子，加入过量稀盐酸，则偏铝酸根离子与过量的稀盐酸反应生成铝离子，而硅酸根离子与过量的稀盐酸反应生成硅酸沉淀，过滤得到硅酸，煅烧生成二氧化硅和水，化学方程式是H2SiO3SiO2＋H2O。(4)煅烧固体时，需要将固体放在坩埚中，坩埚放在泥三角上，泥三角放在三脚架上，用酒精灯加热，用坩埚钳取下坩埚，所以还需要坩埚和泥三角。

14．化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成化合物D。

(1)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是__________________。

(2)将C与纯碱混合高温熔融时发生化学反应生成D，同时还生成能使澄清石灰水变浑浊的氧化物E；将少量的E 通入D的水溶液中，生成化合物F。

①分别写出生成D和F的化学方程式：___________________________________，

________________________________________________________________________。

②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是_____________________________。

A.普通玻璃坩埚

B.石英玻璃坩埚

C.铁坩埚

(3)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是________。

【答案】(1)氢氟酸(或HF)　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　(2)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑　Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓　②AB

(3)50%

【解析】二氧化硅用作光导纤维，则C是SiO2；二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，故D是硅酸钠。(1)二氧化硅与HF反应，与一般的酸不反应，化学方程式是SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(2)①二氧化硅与碳酸钠高温反应生成硅酸钠和二氧化碳气体，E是二氧化碳，少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，生成硅酸沉淀和碳酸钠，化学方程式分别是SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。②纯碱为碳酸钠，高温下碳酸钠与二氧化硅发生反应，所以不能使用含有二氧化硅的坩埚，如石英坩埚、普通玻璃坩埚，应选择铁坩埚，选AB。(3)二氧化硅和碳酸钙高温反应生成硅酸钙和二氧化碳，化学方程式是SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，生成二氧化碳的物质的量是＝0.5 mol，所以碳酸钙的质量是0.5 mol×100 g·mol－1＝50 g，所以混合物中碳酸钙的质量分数是×100%＝50%。

15．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。

(1)工业上生产粗硅的反应：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________。

(2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：

①若反应Ⅰ为Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，则反应Ⅱ的化学方程式为__________。

②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：________________________________。

③假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失。反应Ⅰ中HCl的利用率为90%。反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是________。

【答案】(1)5∶2　(2)①SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl　②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑　③5∶1

【解析】(1)根据反应SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑，生成1 mol Si需消耗2 mol C和1 mol SiO2，生成1 mol SiC需消耗3 mol C和1 mol SiO2，产品中Si与SiC的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。

(2)①反应Ⅱ的化学方程式为SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。②化学方程式为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。