2024届高考化学一轮总复习课时跟踪练10硅及其重要化合物

这是一份2024届高考化学一轮总复习课时跟踪练10硅及其重要化合物，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1．(2022·梅州一中月考)硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是( )
eq \a\vs4\al(, A.玛瑙) eq \a\vs4\al(,B.光导纤维)
eq \a\vs4\al(,C.太阳能电池板) eq \a\vs4\al(, D.水晶)
解析：玛瑙、光导纤维、水晶的主要成分是SiO2，而太阳能电池板的主要原料是晶体Si，故答案为C。
答案：C
2．(2022·东莞中学松山湖学校月考)下列说法正确的是( )
A．汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土
B．SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池
C．12 g金刚石中含有化学键的数目为4NA
D．SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维
解析：工业上以黏土为原料烧制瓷器，A项正确；二氧化硅对光具有良好的全反射作用，故用于制作光导纤维，而Si为半导体材料，可作光电材料，B项错误；在金刚石中，1个C原子参与形成4个C—C，则平均每个C原子形成4×eq \f(1,2)＝2(个)C—C，n(金刚石)＝eq \f(12 g,12 g· ml－1)＝1 ml，所以12 g金刚石中含有2NA个化学键，C项错误；SiO2作光导纤维是由于SiO2具有光学性质，与熔点和硬度无关，D项错误。
答案：A
3．(2022·东莞东华实验中学月考)月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石(MgFeSiO4)等，下列说法或分析不正确的是( )
A．辉石、钾长石及橄榄石均属于硅酸盐矿
B．钾长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2
C．橄榄石中铁为＋2价
D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱
解析：辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石(MgFeSiO4)的成分均属于硅酸盐类，均属于硅酸盐矿，故A项正确；硅酸盐的氧化物表示方法：先写活泼金属氧化物，然后是不活泼的金属氧化物，再是非金属氧化物二氧化硅，最后是水，所以钾长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，故B项正确；化合物中化合价代数和为0，镁元素化合价是＋2价，硅元素化合价是＋4价，氧元素化合价是－2价，所以橄榄石中铁元素化合价是＋2价，故C项正确；金属铁的活动性是金属本身的性质，这与金属是在月球上还是在地球上无关，只是月球上没有氧气，金属铁不会被氧气氧化，所以在月球上存在游离态铁，故D项错误。
答案：D
4．(2022·华南师大附中月考)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A．二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强
D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
解析：二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，不能和水反应生成硅酸，A项错误；碳酸的酸性比硅酸强，将二氧化碳通入硅酸钠溶液可以得到硅酸，B项正确；高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，因为该反应是在非溶液状态下进行的反应，属于用不挥发性的酸酐来制取挥发性的酸酐，所以该反应不能作为判断硅酸与碳酸酸性强弱的依据，C项错误；二氧化硅可以与氢氟酸发生反应，D项错误。
答案：B
5．(2022·佛山萌茵实验学校月考)下列说法正确的是( )
A．C60是富勒烯的代表物，与石墨烯互称为同位素
B．SiO2制备粗硅发生反应的化学方程式为：SiO2＋Ceq \(=====,\s\up14(高温))Si＋CO2
C．汉代烧制出的瓷器，其主要原料为黏土
D．现代信息社会用于传递信号的光导纤维的主要成分为硅
解析：富勒烯与石墨烯互称为同素异形体，A项错误；SiO2制备粗硅发生反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up14(高温))Si＋2CO，B项错误；汉代烧制出的瓷器，其主要原料为黏土，C项正确；光导纤维的主要成分为二氧化硅，D项错误。
答案：C
6．(2022·珠海第二中学月考)二氧化硅与二氧化碳组成相似，结构不同。下列反应原理不同的是( )
A．SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up14(高温))Si＋2CO↑与NaCl＋Keq \(=====,\s\up14(高温))KCl＋Na
B．SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up14(高温))CaSiO3＋CO2↑与Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
C．SiO2＋2OH－===SiOeq \\al(2－,3)＋H2O与CO2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋H2O
D．SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up14(高温))Si＋2CO↑与SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up14(高温))Na2SiO3＋CO2↑
解析：A项，都是高温下同主族元素单质间的置换反应，生成气体使反应趋于完全，原理相同，不符合题意；B项，前者是高温下的固体反应，生成的二氧化碳气体使反应趋于完全，后者是溶液中的强酸制弱酸的复分解反应，原理不同，符合题意；C项，二者都是酸性氧化物与碱的反应，原理相同，不符合题意；D项，前者是氧化还原反应，后者是非氧化还原反应，但本质上两个反应都是高温固相反应，生成气体使反应趋于完全，原理相同，不符合题意。
答案：B
7．(2022·天津实验中学滨海学校月考)SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推断，其中正确的是( )
①SiCl4晶体是分子晶体
②常温常压下SiCl4不是气体
③SiCl4的分子是由极性共价键形成的
④SiCl4的熔点高于CCl4
A．全部 B．只有①②
C．只有②③D．只有①
解析：CCl4属于分子晶体，常温常压下为液体，含有共价键。①SiCl4与CCl4结构相似，则SiCl4是分子晶体，正确；②SiCl4与CCl4结构相似，且SiCl4的相对分子质量较大、CCl4是液体，则常温常压下SiCl4不可能是气体，正确；③SiCl4中Si与Cl形成共价键，则SiCl4是由极性共价键形成的分子，正确；④分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，则SiCl4的熔点高于CCl4，正确。答案选A。
答案：A
8．(2022·成都龙泉驿区教育科学研究院期中)下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是( )
A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B．通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D．1 ml金刚石中含有4NA个C—C(NA表示阿伏加德罗常数的值)
解析：二氧化硅的晶体结构为，每个Si原子形成4个共价键，所以每个Si原子与4个O原子直接相连，A项错误；二氧化硅是由Si原子和O原子构成的共价晶体，所以二氧化硅晶体中不含分子，B项错误；金刚石的结构为，则由共价键形成的最小环上有6个碳原子，C项正确；金刚石中每个C原子形成4个C—C，而每个C—C连有2个C原子，所以1 ml金刚石中含有2NA个C—C，D项错误。
答案：C
9．(2022·随州曾都一中月考)碳化硅(SiC)俗称金刚砂，与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2 700 ℃，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A．SiC晶体中碳原子和硅原子均采用sp3杂化
B．距离硅原子最近的硅原子数为12
C．金刚石的熔点低于2 700 ℃
D．该晶体的密度为eq \f(160 ,6.02×10－7a3) g·cm－3
解析：SiC晶体中碳原子周围有4个硅原子，而硅原子有4个碳原子，均采用sp3杂化，故A项正确；在SiC中距离硅原子最近的硅原子数为与距离碳原子最近的碳原子数是一样的，而距离碳原子最近的碳原子数和干冰中二氧化碳的配位数是一样的，所以是12个，B项正确；共价键的键长越短，键能越大，熔沸点越高，C—C的键长比Si—Si的键长短，金刚石的熔点高于2 700 ℃，C项错误；碳原子位于晶胞的顶点和面心，个数为4，硅原子位于体内，个数为4，若晶胞参数为a pm，则该晶体的密度为eq \f(160 g,NA×a3×10－30 cm3)＝eq \f(160 ,6.02×10－7a3) g·
cm－3，D项正确。
答案：C
10．(2022·东莞六中月考)硅是制造芯片的基础材料。工业制备高纯硅的流程如下图所示。下列说法不正确的是( )
A．上述制备工艺能耗高污染重
B．C和H2的还原性一定比Si强
C．流程主要反应均属于置换反应
D．第2、3步的目的是提纯产品
解析：制备流程需要高温，能耗高，SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up14(高温))Si＋2CO↑，产物有污染，A项正确；单质氧化性强弱顺序是：C>Si，所以Si的还原性比C强，B项错误；流程中反应分别为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up14(1 800 ℃～2 000 ℃),\s\d5( ))Si＋2CO↑、Si＋3HCleq \(=====,\s\up14(300 ℃),\s\d5( ))SiHCl3＋H2、SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up14(1 100 ℃),\s\d5( ))Si＋3HCl，均属于置换反应，C项正确；焦炭还原SiO2得到粗硅，第2、3步的目的是提纯产品，D项正确。
答案：B
二、非选择题
11．(2022·兴宁一中月考)高纯硅被誉为“信息革命的催化剂”。某小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1 357 K的条件下制备高纯硅，实验装置如图所示(部分加热及夹持装置略去)。
已知：①SiHCl3的沸点为33.0 ℃，密度为1.34 g·cm－3；易溶于有机溶剂；能与H2O剧烈反应；在空气中易被氧化。
②CaCl2＋xCH3CH2OH―→CaCl2·xCH3CH2OH。
③银氨溶液中存在：[Ag(NH3)2]＋＋2H2OAg＋＋2NH3·H2O。
回答下列问题：
(1)装置B中试剂宜选择________(填字母)。
a．碱石灰 b．无水氯化钙
c．五氧化二磷 d．硅胶
(2)实验操作步骤有：
①加热装置D至1 357 K；
②关闭K1；
③加热装置C，打开K2，滴加V mL SiHCl3；
④关闭K2；
⑤打开K1，向安全漏斗中加入足量乙醇，装置A中反应一段时间。
正确的操作顺序为__________________(填序号)。
(3)E中CCl4的作用是防倒吸和_______________________________________________。
(4)石英管中发生反应的化学方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)本实验制得高纯硅a g，则SiHCl3的利用率为______________________(只列计算式)。实验结束后，有同学认为根据高纯硅与消耗钠或乙醇的量也可以计算SiHCl3的利用率，这种观点______(填“是”或“否”)正确。
解析：(1)乙醇易挥发，需要去除，根据已知信息②，可知乙醇可被无水氯化钙吸收而除去，故答案为b。(2)根据提示信息，实验前排尽装置内空气，主反应是两种气体在高温下反应，实验操作步骤依次为制备氢气、气化SiHCl3、制备硅、停止通入SiHCl3、停止通入氢气，则顺序为⑤③①④②(或⑤①③④②)。(3)SiHCl3易溶于有机溶剂，能与H2O剧烈反应，在空气中易被氧化，则E装置的功能：防倒吸、吸收SiHCl3。(4)依题意，SiHCl3和H2在1 357 K下反应生成Si和HCl，则化学方程式为SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up14(1 357 K))Si＋3HCl。(5)m(SiHCl3)＝1.34V g，原料中含硅质量：m(Si)＝1.34V g×eq \f(28,135.5)，故SiHCl3利用率：α(SiHCl3)＝eq \f(a g,1.34V g×\f(28,135.5))×100%；由于钠和乙醇生成的氢气有三个功能：排尽装置内空气、作还原剂、作保护气(停止加热后继续通入氢气)，实际作还原剂的氢气质量是未知量，故不能根据钠或乙醇的量计算SiHCl3的利用率。
答案：(1)b
(2)⑤③①④②(或⑤①③④②)
(3)吸收SiHCl3
(4)SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up14(1 357 K))Si＋3HCl
(5)eq \f(a g,1.34V g×\f(28,135.5))×100% 否
12．(2022·衡水二中月考)含硅元素的化合物广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成岩石，晶体硅(熔点1 410 ℃)用途广泛，制取与提纯方法有多种。
(1)炼钢开始和结束阶段都可能发生反应：Si＋2FeOeq \(――→,\s\up14( ),\s\d5(高温))2Fe＋SiO2，其目的是________(填字母)。
A．得到副产品硅酸盐水泥
B．制取SiO2，提升钢的硬度
C．除去生铁中过多的Si杂质
D．除过量FeO，防止钢变脆
(2)一种由粗硅制纯硅的过程如下：Si(粗)eq \(――→,\s\up14(Cl2),\s\d5(460 ℃))SiCl4eq \(――→,\s\up14( ),\s\d5(蒸馏))SiCl4(纯)eq \(――→,\s\up14(H2),\s\d5(1 100 ℃))Si(纯)，在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量，写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是________________(填字母)。
A．NaX易水解
B．SiX4是共价化合物
C．NaX的熔点一般高于SiX4
D．SiF4晶体是由共价键形成的空间网状结构
(3)粗硅经系列反应可生成硅烷(SiH4)，硅烷分解也可以生成高纯硅。硅烷的热稳定性弱于甲烷，所以Si元素的非金属性弱于C元素，用原子结构解释其原因：______________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)此外，还可以将粗硅转化成三氯氢硅(SiHCl3)，通过反应SiHCl3(g)＋H2(g)eq \(,\s\up14(高温))Si(s)＋3HCl(g)制得高纯硅。已知不同温度下，SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比(反应初始时，各反应物的物质的量之比)的变化关系如图所示。下列说法正确的是________(填序号)。
a．该反应的平衡常数随温度升高而增大
b．横坐标表示的投料比应该是eq \f(n（SiHCl3）,n（H2）)
c．实际生产中为提高SiHCl3的利用率，可适当降低压强
(5)硅元素最高价氧化物对应的水化物是H2SiO3，室温下，0.1 ml·L－1的硅酸钠溶液和0.1 ml·L－1的碳酸钠溶液，碱性更强的是__________，其原_______________________
________________________________________________________________________。
(已知：H2SiO3 Ka1＝2.0×10－10、Ka2＝1.0×10－12，H2CO3 Ka1＝4.3×10－7、Ka2＝5.6×
10－11)
解析：(1)炼钢是把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其他元素的含量减少或增加到规定范围的过程，简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程，这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素，涉及的化学反应主要是2FeO＋Sieq \(=====,\s\up14(高温),\s\d5( ))2Fe＋SiO2、FeO＋Mneq \(=====,\s\up14(高温),\s\d5( ))Fe＋MnO；在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，会使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹，故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧：Mn＋FeOeq \(=====,\s\up14(高温),\s\d5( ))MnO＋Fe、Si＋2FeOeq \(=====,\s\up14(高温),\s\d5( ))SiO2＋2Fe、2Al＋3FeOeq \(=====,\s\up14(高温),\s\d5( ))Al2O3＋3Fe。故答案选CD。(2)由题意可知：每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量，即生成eq \f(1.12×103,28)＝40 ml纯硅吸收的热量为a kJ热量，则生成1 ml纯硅吸收的热量为eq \f(a,40) kJ＝0.025a kJ，所以该反应的热化学方程式：SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝＋0.025a kJ·ml－1。钠的强酸盐不水解，NaX(NaF除外)不易水解，故A项错误；硅的卤化物(SiX4)是由非金属元素原子间通过共用电子对形成的化合物，是共价化合物，故B项正确；钠的卤化物(NaX)为离子化合物属于离子晶体，硅的卤化物(SiX4)为共价化合物属于分子晶体，离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点，即NaX的熔点一般高于SiX4，故C项正确；SiF4晶体是由分子间作用力结合而成，故D项错误；故答案选BC。(3)C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”)，C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”)，故Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷，故硅烷的分解温度远低于甲烷。(4)因为随着温度的升高，SiHCl3的转化率增大，平衡正向移动，则该反应的平衡常数随温度升高而增大，故a正确；增大一种反应物的浓度，能提高其他反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是eq \f(n（H2）,n（SiHCl3）)，故b错误；SiHCl3(g)＋H2(g)Si(s)＋3HCl(g)正向为气体系数增大的方向，降低压强平衡向气体系数增大方向移动，可以提高SiHCl3的利用率，故c正确；故答案选ac。(5)依据所给数据可知：硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，依据“越弱越水解”可知硅酸钠更易水解。
答案：(1)CD (2)SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝＋0.025a kJ·ml－1 BC (3)C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”)，C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”)，故Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷 (4)ac (5)硅酸钠 硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸钠更易水解
13．(2022·黄冈中学月考)硅及其化合物广泛应用于太阳能的利用、光导纤维及硅橡胶的制备等。
纯净的硅是从自然界中的石英矿石(主要成分为SiO2)中提取，高温下制取纯硅有如下反应(方法Ⅰ)：
①SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)；
②Si(s)＋2Cl2(g)SiCl4(g)；
③SiCl4(g)＋2H2(g)―→Si(s)＋4HCl(g)。
(1)硅原子核外有______种不同能级的电子，最外层p电子有______种自旋方向；SiO2晶体中每个硅原子与______个氧原子直接相连。
(2)单质的还原性：碳________硅(填写“同于”“强于”或“弱于”)。从平衡的视角而言，反应①能进行的原因是____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)反应②生成的化合物分子空间构型为____________；该分子为________分子(填写“极性”或“非极性”)。
(4)某温度下，反应②在容积为V L的密闭容器中进行，达到平衡时Cl2的浓度为a ml·L－1。然后迅速缩小容器容积到0.5V L，t s后重新达到平衡，Cl2的浓度为b ml·L－1。则：a________(填写“大于”“等于”或“小于”)b。
(5)在t s内，反应②中反应速率v(SiCl4)＝______________________(用含a、b的代数式表示)。
(6)工业上还可以通过如下反应制取纯硅(方法Ⅱ)：
④Si(粗)＋3HCl(g)eq \(,\s\up14(553－573 K))SiHCl3(l)＋H2(g)＋Q(Q＞0)；
⑤SiHCl3(g)＋H2(g)eq \(――→,\s\up14(1 373 K))Si(纯)＋3HCl(g)。
提高反应⑤中Si(纯)的产率，可采取的措施有_____________________________、________________________________________________________________________。
解析：(1)硅原子电子排布式：1s22s22p63s23p2，核外有5种不同能级的电子，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先占据不同轨道，而且自旋方向相同，最外层的p电子有1种自旋方向；SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子形成4个Si—O共价键。(2)非金属性越强单质的氧化性越强，碳的还原性弱于硅；减少生成物CO的浓度，平衡正向移动。(3)四氯化硅是正四面体结构，SiCl4分子结构对称，属于非极性分子。(4)缩小容器容积，体积减小，压强增大，平衡正向移动，氯气的物质的量减小，但体积减小更大，浓度增大。故答案为小于。(5)氯气的反应速率，v(Cl2)＝eq \f(Δc,Δt)＝eq \f(2a－b,t) ml/(L·s)，v(SiCl4)＝eq \f(1,2)v(Cl2)＝eq \f(2a－b,2t) ml/(L·s)。(6)题中反应⑤是正向为气体体积增大的反应，降低压强可使平衡正向移动；该反应为吸热反应，升高温度可使反应正向移动；及时分离出HCl，使生成物浓度降低，可使平衡正向移动。
答案：(1)5 1 4 (2)弱于 因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动 (3)正四面体形 非极性 (4)小于 (5)eq \f(2a－b,2t) ml/(L·s) (6)降低压强 升高温度(或及时分离出HCl或其他合理答案)