2021版高考化学一轮复习课时分层提升练十无机非金属材料的主角——硅（含解析）新人教版

无机非金属材料的主角——硅

一、选择题

1.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              (　　)

【解析】选C。玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分是SiO2,硅单质可用来制造太阳能电池板。

2.(2019·绵阳模拟)关于硅酸盐的下列叙述中正确的是 (　　)

①大部分硅酸盐难溶于水

②硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分

③可溶性硅酸盐中最常见的是Na2SiO3,它的水溶液俗称水玻璃

④硅酸盐是由氧化物组成的一类盐,能够稳定存在

A.①④　　B.①②③　　C.②③④　　D.①③④

【解析】选B。硅元素在地壳中含量居第二位,主要以硅酸盐的形式稳定存在,是构成地壳岩石的主要成分,其结构复杂,通常以氧化物形式表示,但不是由氧化物组成的,只有少数硅酸盐溶于水,如Na2SiO3。

3.(2019·唐山模拟)和田玉在我国至少有7 000年的历史,是我国玉文化的主体。和田玉的主要成分是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐,某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2,下列有关叙述不正确的是              (　　)

A.和田玉可与强酸或强碱溶液发生反应

B.和田玉是一种无机非金属材料

C.镁元素的质量分数是钙元素质量分数的0.9倍

D.和田玉的氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O

【解析】选A。和田玉为硅酸盐材料,能与氢氟酸反应,但不能与盐酸、硫酸等强酸反应,故A不正确;硅酸盐材料属于无机非金属材料,所以和田玉是一种无机非金属材料,故B正确;该化合物的化学式中Mg的个数为3,Ca的个数为2,则镁元素的质量分数是钙元素质量分数的=0.9倍,故C正确;和田玉的氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O,其中铁元素的化合价为+2,故D正确。

4.下列除杂方法正确的是 (　　)

A.SiO2中含Al2O3杂质,可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去

B.CO2中含有CO杂质,可以通入盛有CuO的玻璃管且加热

C.CO2中含有HCl杂质,可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶

D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质,可以通入足量的CO2,然后过滤

【解析】选B。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,Na2CO3与CO2反应生成NaHCO3。

5.甲气体可发生如下变化:

甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体。则甲、乙、丙、丁分别为 (　　)

A.CO2、CO、O2、CaO　　　　 B.O2、CO、CO2、CaCO3

C.O2、CO2、CO、CaCO3   D.CO、CO2、O2、Ca(OH)2

【解析】选C。以丙气体为突破口,丙通过灼热的CuO后,生成的乙气体可与澄清石灰水反应生成固体,说明乙是CO2,则丙是CO,甲是O2,丁是CaCO3。

6.将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中,然后加热蒸干,再在高温下充分灼烧,最后得到的固体物质是              (　　)

A.Na2SiO3     B.Na2CO3、Na2SiO3

C.Na2CO3、SiO2   D.SiO2

【解析】选A。将足量CO2气体通入水玻璃中,发生反应:2CO2+Na2SiO3+2H2O H2SiO3↓+2NaHCO3;加热蒸干,高温灼烧时发生反应:H2SiO3H2O+SiO2;2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O;Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,所以最后所得固体物质是Na2SiO3。

二、非选择题

7.单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如图所示的路线制备,其中X为Z的氧化物,Y为氢化物,分子结构与甲烷相似,回答下列问题:

XMg2ZYZ

(1)能与X发生化学反应的酸是________;由X制备Mg2Z的化学方程式为_____________________________________。 

(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为________________, Y分子的电子式为______________________________。 

(3)Z、X中共价键的类型分别是______________________________。 

【解析】(1)Z为半导体单质,则为Si;X是其氧化物,则为SiO2,能与SiO2反应的酸只有氢氟酸;根据反应的流程图可知,SiO2与Mg反应生成Mg2Si和MgO。(2)Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物,故Y的分子式是SiH4。(3)SiH4加热分解可得到Si单质,含有的Si—Si键为非极性键,SiO2中的Si—O键为极性键。

答案:(1)氢氟酸　SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si

(2)Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4　

(3)非极性键、极性键

8.硅是信息高速公路的基石,通常以硅石(SiO2>99.0%,还有少量的Al2O3、Fe2O3等)为主要原料制备,主要流程如图所示。

(1)从硅石中得到粗硅的化学方程式是 ______________________,粗硅含有的杂质有铝、________等。 

(2)二氧化硅与焦炭在高温下也能得到一种硬度仅次于金刚石的物质金刚砂(化学式为SiC,Si为+4价),原理是SiO2+3CSiC+2CO↑,该反应中的氧化剂是________。 

(3)若A是氯气,B是四氯化硅,精馏得到纯净SiCl4,温度应控制的范围是________(填序号)。 

a.55～60 ℃　　b.180～200 ℃　　c.300～320 ℃

则精馏分离出的杂质成分是________。 

(4)若A是HCl,B是SiHCl3,生产过程中可循环利用的物质是________。 

【解析】(1)从硅石中得到粗硅的化学方程式是SiO2+2CSi+2CO↑,同时焦炭将Al2O3、Fe2O3还原为单质铝和铁。

(2)反应SiO2+3CSiC+2CO↑,C的化合价有由0价升高到CO中的+2价,也有由0价降低到SiC中的-4价,说明C既作氧化剂也作还原剂。

(3)若A是氯气,B是四氯化硅,精馏得到纯净SiCl4,从表中数据可知,控制温度55～60 ℃时,SiCl4与FeCl3、AlCl3分离。

(4)若A是HCl,B是SiHCl3,向B中通入H2发生反应:SiHCl3+H2Si+3HCl,HCl可循环利用。

答案:(1)SiO2+2CSi+2CO↑　铁

(2)碳　(3)a　FeCl3、AlCl3　(4)HCl

一、选择题

1.(2019·绵阳模拟)下列有关说法中错误的是 (　　)

A.氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中

B.玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐

C.灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚,因为坩埚中的SiO2能与NaOH反应

D.由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2+2CSi+2CO↑

【解析】选B。A项,氢氟酸能腐蚀玻璃,所以氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中,正确;B项,水晶的主要成分是SiO2,不是硅酸盐,错误;C项,瓷坩埚是硅酸盐产品,坩埚中的SiO2能与NaOH反应,正确;D项,沙子的主要成分是SiO2,光伏材料的成分是晶体硅,由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2+2CSi+2CO↑,正确。

2.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅的化合物的叙述错误的是 (　　)

A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,其化学式为Si3N4

B.碳化硅(SiC)的硬度大,熔点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承

C.光导纤维是一种新型无机非金属材料,其主要成分为SiO2

D.二氧化硅为立体网状结构,其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2

【解析】选D。二氧化硅为立体网状结构,其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶4,D项错误。

3.(2019·德阳模拟)下列变化中,不能一步实现的是 (　　)

A.Na2SiO3→H2SiO3

B.H2SiO3→SiO2

C.SiO2→H2SiO3

D.SiO2→Na2SiO3

【解析】选C。Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl;H2SiO3SiO2+H2O;SiO2+ 2NaOHNa2SiO3+H2O。

4.SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质。下列说法正确的是 (　　)

A.图中所有反应都不属于氧化还原反应

B.硅酸盐的化学性质稳定,常用于制造光导纤维

C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙

D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的,其熔点很高

【解析】选C。图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3反应不属于氧化还原反应,SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应,A错误;光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐,B错误;玻璃没有固定的熔点,D错误。

【加固训练】

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,是制造太阳能电池的常用材料

B.水玻璃可用作木材防火剂,是制备硅胶的原料

C.SiO2是一种酸性氧化物,不能够与酸反应

D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸,然后再过滤

【解析】选C。硅在周期表中位于金属与非金属交界线处,属于半导体材料,是制造太阳能电池的常用材料,故A正确;水玻璃是硅酸钠溶液,硅酸钠耐高温可用作木材防火剂,硅酸钠是制备硅胶的原料,故B正确;SiO2是酸性氧化物,但是二氧化硅能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水,故C错误;二氧化硅和盐酸不反应, CaCO3与盐酸反应,所以除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸,然后再过滤,故D正确。

二、非选择题

5.某矿石含碳酸镁和石英,制备高纯硅和硅胶的工艺流程如下:

(1)“硅胶”常用作________,也可以用作________的载体。A的结构式为________。 

(2)制备粗硅的方程式为________。 

(3)操作Ⅰ为________,操作Ⅱ为________。 

(4)操作Ⅲ,需要在氯化氢气流中加热脱水的原因是 _________________。 

(5)溶液G用E酸化的方程式为_____________________________________。 

【解析】(1)“硅胶”多孔,常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的载体。二氧化碳的结构式为OCO。

(2)工业制取纯硅的工艺流程为SiO2粗硅SiCl4纯硅,用焦炭还原SiO2,产物是CO,而不是CO2。

(3)操作Ⅰ为过滤,操作Ⅱ为蒸发结晶。

(4)MgCl2·6H2O加热脱水制得MgCl2,要在氯化氢气流中进行,氯化氢氛围是防止镁离子水解。

(5)Na2SiO3与HCl反应,生成NaCl和H2SiO3。

答案:(1)干燥剂　催化剂　OCO

(2)SiO2+2CSi+2CO↑

(3)过滤　蒸发结晶　(4)防止镁离子水解

(5)Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓

6.二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒,与水接触易水解,沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下,HCl与硅在250～260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。

(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料,选用A装置制取HCl,利用了浓硫酸的__________性。 

(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为__________________________ ____________。 

(3)按照气体从左到右的方向,制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接顺序为a(　　)(　　)(　　)(　　)(　　)(　　)(　　)(填仪器接口的字母,其中装置C用到2次)。

(4)按从左到右的顺序,前面装置C中装的药品为________________,后面装置C的作用为________________________________________。 

(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会生成H2和____________、____________等。 

(6)新的制取SiH2Cl2的方法是往硅粉中先通入Cl2,在300～350 ℃反应生成SiCl4,然后再与HCl在250～260 ℃反应,可以大大提高产率。如果通入气体顺序相反,结果会____________________________(用化学方程式表示)。 

【解析】(1)浓硫酸有吸水性,使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl,连接C装置干燥,从f进入D中反应,SiH2Cl2从g处挥发,在B装置中收集,SiH2Cl2的密度比空气大,导气管应长进短出,为防止空气中的水进入B中,则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的,应选用P2O5或无水CaCl2,后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中,应选碱石灰。(6)如果通入气体顺序相反,SiH2Cl2会与Cl2继续反应,生成SiCl4、SiHCl3。

答案:(1)吸水　(2)Si+2HClSiH2Cl2

(3)d　e　f　g　b　c　d

(4)P2O5或无水CaCl2　尾气处理和防止空气中的水进入B中

(5)SiCl4　SiHCl3

(6)SiH2Cl2+2Cl2SiCl4+2HCl(或SiH2Cl2+Cl2SiHCl3+HCl)