2020届高考化学总复习——第四章 课时跟踪练(十二)

课时跟踪练(十二)　无机非金属材料的主角——硅

1．(2019·厦门检测)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)

A．粘土是制砖瓦和水泥的主要原料

B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化

C．沙子的主要成分为硅酸盐

D．泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦

解析：由题目的“择取无砂粘土而为之”，说明粘土是制砖瓦和水泥的主要原料，所以选项A正确。“燃薪举火”是提供高温的环境，使粘土发生复杂的物理化学变化，选项B正确。沙子的主要成分为二氧化硅，选项C错误。粘土中有一定量的Fe元素，泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁)，浇水冷却时C与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价，形成青瓦，选项D正确。

答案：C

2．大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是(　　)

解析：石英主要用于生产玻璃，也可用于制造光导纤维，晶体硅才用于制作集成电路板。

答案：A

3．(2019·大同模拟)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是(　　)

A．晶体硅具有半导体性质，可用于生产光导纤维

B．玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰

C．陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料

D．硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2

解析：晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片，二氧化硅可用于制造光导纤维，A不正确；玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，但不能用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰，因为玻璃表面是光滑的，该反应太慢，B不正确；陶瓷、水泥属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，C不正确；硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O•2FeO•3SiO2，D正确。

答案：D

4．(2019·哈师大附中一模)下列说法不正确的是(　　)

A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃

B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶

C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4

D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能

解析：SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃，A正确；向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶，B正确；氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4，C正确；硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，不是石英，D错误，答案选D。

答案：D

5．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：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3↓

B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO

C．硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑

D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O

解析：A项，Na2SiO3是强电解质，应拆分成Na＋、SiO，且应生成HCO；B项，正确写法是CO2＋OH－===HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。

答案：D

6．下列叙述正确的是(　　)

A．红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰的主要成分都是硅酸盐

B．硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃，可用于制备硅胶和木材防火剂

C．制造玻璃是复杂的物理过程，玻璃的组成不同，性能不同

D．金刚石是自然界中硬度最大的物质，不可能与氧气发生反应

解析：红宝石的主要成分为Al2O3，珍珠的主要成分为CaCO3，水晶的主要成分为SiO2，钻石为碳单质，A选项错误；制造玻璃包含复杂的物理变化和化学变化，C选项错误；金刚石是碳单质，具有碳单质的化学性质，D选项错误。

答案：B

7．(2019·深圳模拟)用无机矿物资源生产部分材料，其产品流程示意图如下，下列说法正确的是(　　)

A．制取粗硅时生成的气体产物为CO2

B．生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应

C．电解精炼铜时，当电路中转移0.2 mol电子时阳极质量减轻6.4 g

D．粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法

解析：A项，石英和碳在高温下反应生成Si和CO，错误；B项，生产玻璃涉及的反应有SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑和SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，元素化合价没有发生变化，不是氧化还原反应，错误；C项，精炼铜时，阳极为粗铜，粗铜中如果有比Cu活泼的杂质金属，该杂质先放电，所以转移0.2 mol电子时，阳极质量减少的不一定是1 mol Cu的质量，故不一定为6.4 g，错误；D项，制备硅的过程中，利用沸点不同进行分馏，将SiCl4从杂质中提到出来，再与H2发生置换反应得到高纯硅，正确。

答案：D

8．(2019·晋城一模)A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种短周期主族元素R，它们能发生如图所示的转化关系，已知A、B、D、E四种物质均难溶于水，单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气。

下列说法正确的是(　　)

A．反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1

B．化合物A既能溶于NaOH又能溶于氢氟酸

C．反应④的离子方程式为：2R＋2OH－＋2H2O===2RO＋3H2↑

D．化合物C的溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应

解析：单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气，常见的是Al或Si，由图中转化关系可知，若R是Al，则C应为NaAlO2，但NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl和AlCl3的混合溶液，不能生成难溶物，所以R是Si。A在高温下能与焦炭和石灰石反应，说明A是SiO2，根据图中转化关系可推知，B为CaSiO3，D为Si、C为Na2SiO3、E为H2SiO3。A项，反应①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，由方程式可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，错误；B项，SiO2既能与NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，正确；C项，反应④的离子方程式为Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑，错误；D项，反应①产生的气体是CO，Na2SiO3溶液与CO不反应，错误。

答案：B

9．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程。下列说法正确的是(　　)

A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值

B．操作A与操作B完全相同

C．该流程中硅元素的化合价发生改变

D．反应器中发生的反应为氧化还原反应

解析：A项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中，硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。

答案：A

10．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______(填序号)。

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______________。Na2SiO3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______(填序号)。

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)工业上常用2C＋SiO2Si＋2CO↑制备粗硅，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________。

解析：(1)生石灰(CaO)不含Si元素，不属于硅酸盐。

(2)SiO2与HF反应，所以通常用氢氟酸来雕刻玻璃。

答案：(1)D　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

氢氟酸　(3)防火剂　D　(4)C　SiO2

11．硅单质及其化合物应用范围很广。

请回答下列问题：

(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：

①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：

_____________________________________________________。

②整个制备过程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，写出并配平该化学反应方程式：

____________________________________________________；

H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是________________________________。

(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息：

Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；

Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；

Ⅲ.SiH4在空气中自燃。

根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。

①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是____________________

____________________________________________________。

②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是____________________________________________

_______________________________________________________

____________________________________________________。

解析：(1)在SiHCl3中，把硅考虑为＋4价，则氢为－1价，氯为－1价，SiHCl3水解时，－1价氢还原水中＋1价的氢，生成氢气。

答案：(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl

②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl　高温下，H2遇O2发生爆炸

(2)①2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si

②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应：Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O

12．(2019·贵阳模拟)某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。

已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。

(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是________________

____________________________________________________

___________________________________________________。

(2)装置B的作用是_____________________________________

_____________________________________________________。

(3)装置C、D中所盛试剂分别为________________、______________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_____________

_____________________________________________________。

(4)该装置的缺点是_________________________________

____________________________________________________。

(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：________________

____________________________________________________。

解析：(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，高温下，碳与空气中氧气也能反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，所以实验时要通入足够长时间的N2。

(2)根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸。

(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，经检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2＋4C2CO2＋2CO＋3Si。

(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有尾气吸收装置将CO吸收。

(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，产生的CO2气体先通过饱和的碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明酸性H2CO3＞H2SiO3。

答案：(1)要用N2将装置中的空气排尽，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰

(2)作安全瓶，防止倒吸

(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si

(4)没有尾气处理装置将CO吸收

(5)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸