人教版 (新课标)必修1第一节 无机非金属材料的主角--硅精练
展开一、选择题
1.硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中,正确的是( )
A.上图是常见于汽车中的小摆件“苹果花”,它的动力是以Si为原料制作的太阳能电池
B.晶体硅主要用途是制造光导纤维
C.硅是地壳中含量最多的元素
D.硅的化学性质很稳定,因此硅在自然界中以游离态形式存在
【解析】 晶体硅是良好的半导体材料,主要用途是制作太阳能电池、集成电路,A正确、B错误;氧是地壳中含量最多的元素,C错误;硅是亲氧元素,在自然界中以化合态形式存在,D错误。
【答案】 A
2.有关硅元素的下列叙述中正确的是( )
A.硅、碳与氢氟酸都不反应
B.硅是构成矿物岩石的主要原料,其化合态硅几乎全部是硅石和硅酸盐
C.硅与碳性质都很稳定,都能以游离态存在于自然界
D.晶体硅、石墨都可作半导体材料
【答案】 B
3.下列物质的用途不正确的是( )
A.硅是制造光导纤维的材料
B.硅是制造太阳能电池的常用材料
C.二氧化硅是制取粗硅的原料
D.水玻璃可用作木材防火剂
【解析】 光导纤维的成分是SiO2,A错误;硅是制造太阳能电池板的常用材料,B正确;工业上常用SiO2和碳反应制取硅,C正确;水玻璃是硅酸钠的水溶液,具有防火性,D正确。
【答案】 A
4.制备硅单质时,主要化学反应如下:
①SiO2(石英砂)+2C(焦炭)eq \(=====,\s\up7(高温))Si(粗硅)+2CO↑
②Si(粗硅)+2Cl2eq \(=====,\s\up7(高温))SiCl4,
③SiCl4+2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si(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
【解析】 在反应②中Si元素化合价升高,被氧化。
【答案】 D
5.下列物质中,导电性介于导体和绝缘体之间的是( )
①晶体硅 ②金属铝 ③石墨 ④晶体锗 ⑤金刚石
A.只有① B.只有⑤
C.②和③ D.①和④
【解析】 Si、Ge均能导电,可作半导体材料;Al是电的良导体;石墨也能导电,但不能作半导体材料;金刚石不导电。
【答案】 D
6.下列溶液中①碳酸钠溶液 ②氢氟酸 ③氢氧化钠溶液 ④氯化钠溶液,可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是( )
A.①③ B.②④
C.②③ D.①④
【解析】 ①、③项中溶液呈碱性,不能与光滑的玻璃反应,但能与磨口玻璃裸露的SiO2反应,生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶,具有良好的黏结性,易使瓶塞与瓶壁粘在一起而难以开启。氢氟酸能腐蚀玻璃,不能用玻璃试剂瓶盛放。
【答案】 A
7.熔融氢氧化钠反应选用的器皿是( )
A.陶瓷坩埚 B.石英坩埚
C.普通玻璃坩埚 D.生铁坩埚
【解析】 陶瓷的成分中含有SiO2,石英的成分就是SiO2,玻璃的主要成分中也含有SiO2,而SiO2在高温下可以跟NaOH发生如下反应:SiO2+2NaOHeq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3+H2O。所以A、B、C的器皿都不能选用,只能用生铁坩埚。
【答案】 D
8.用氧化物的形式表示硅酸盐的组成,不正确的是( )
A.钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]:CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B.镁橄榄石(Mg2SiO4):2MgO·SiO2
C.钾云母(K2H4Al6Si6O24):K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D.高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]:Al2O3·2SiO2·2H2O
【答案】 C
9.将过量的CO2分别通入:①CaCl2溶液 ②浓Na2SiO3溶液 ③Ca(OH)2溶液 ④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
A.①②③④ B.②④
C.①②③ D.②③
【解析】 CO2溶于水:CO2+H2OH2CO3,H2CO3的酸性比盐酸弱,而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律,CO2通入CaCl2溶液无明显现象;过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成;CO2通入Ca(OH)2溶液至过量,Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O,CaCO3+H2O+CO2===Ca(HCO3)2,最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀;过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中:Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3↓,生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出,故选B。
【答案】 B
10.下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程,下列说法正确的是( )
A.SiO2属于两性氧化物
B.酸性:H2SiO3>H2CO3
C.硅胶吸水后可重复再生
D.图中所示转化反应都是氧化还原反应
【解析】 SiO2是酸性氧化物;酸性:H2CO3>H2SiO3;图中有的转化反应不是氧化还原反应,如SiO2与NaOH溶液的反应等。
【答案】 C
二、非选择题
11.下表中括号内物质是杂质,试将除杂试剂及分离方法填入表内。
【解析】 SiO2(Si):Si与O2在加热条件下生成SiO2而除去Si;CO2(SO2):可加入饱和NaHCO3溶液;NaHCO3(Na2SiO3):通入足量CO2气体;SiO2(NaCl):溶于水,过滤。
【答案】
12.A、B、C、D四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成,且四种化合物中阴、阳离子各不相同。
已知:A溶液呈强酸性,且A溶液与B、C溶液混合均产生白色沉淀,B的焰色反应呈黄色。
回答下列问题:
(1)写出A、B、C、D的化学式:A________,B________,C________,D________。
(2)写出A溶液与B溶液反应的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(3)请选出适合存放A、C、D溶液的试剂瓶的序号:
【解析】 因都为易溶于水的化合物,故Ag+一定与NOeq \\al(-,3)组成AgNO3,H+不会与OH-或SiOeq \\al(2-,3)组合,故应与Cl-组成盐酸,则A为盐酸,因A与B、C混合均产生白色沉淀且B的焰色反应为黄色,则B为Na2SiO3,C为AgNO3,剩余的一种物质D为KOH。
【答案】 (1)HCl Na2SiO3 AgNO3 KOH
(2)SiOeq \\al(2-,3)+2H+===H2SiO3↓
(3)① ③ ②
13.如图所示的物质转化关系中,A是一种灰黑色固体单质,E是一种白色胶状沉淀,F是一种最轻的气体。
请回答下列问题:
(1)B的化学式是________,B是制作________的主要原料。
(2)B和a溶液反应的离子方程式是_____________________________________。
(3)A和a溶液反应的化学方程式是__________________________。
(4)C和过量盐酸反应的离子方程式是_________________________。
【解析】 根据题目信息,F是一种最轻的气体,可知F是H2;E为白色胶状沉淀,再根据A是一种灰黑色固体单质,可知A为Si,Si与O2反应生成SiO2(B),Si与NaOH溶液反应生成H2和C(Na2SiO3)、SiO2与NaOH溶液反应得到Na2SiO3和H2O,Na2SiO3溶液中加入盐酸得到H2SiO3(E),H2SiO3受热分解得到SiO2和H2O(D)。
【答案】 (1)SiO2 光导纤维 (2)SiO2+2OH-===SiOeq \\al(2-,3)+H2O
(3)Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑
(4)SiOeq \\al(2-,3)+2H+===H2SiO3↓
14.在半导体工业中有这样一句话:“从沙滩到用户”。其中由粗硅制纯硅的常用方法为Si(粗)+2Cl2eq \(=====,\s\up7(加热))SiCl4、SiCl4+2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si(纯)+4HCl。若在25℃、101 kPa条件下反应生成HCl气体49 L(注:25 ℃、101 kPa条件下气体摩尔体积为24.5 L/ml),则:
(1)反应生成HCl气体的质量为________,转移电子的个数为________。
(2)反应生成的HCl气体溶于127 mL水中,得到密度为1.20 g/mL的盐酸,此盐酸的物质的量浓度为________。
(3)“从沙滩到用户”涉及多个反应,其中制取粗硅的反应方程式为_____________________;
石英砂与烧碱溶液反应可以制得水玻璃,反应的离子方程式为___________________________。
(4)普通玻璃若以氧化物形式表示其组成为(质量分数):Na2O 13%,CaO 11.7%,SiO2 75.3%。现以石灰石、纯碱和石英砂为原料生产这种玻璃10 t,石灰石的利用率为80%,纯碱和石英砂的利用率均为95%,至少需要上述原料的质量是________t(结果保留两位小数)。
【解析】 (1)25 ℃、101 kPa条件下Vm=24.5 L/ml,则n(HCl)=eq \f(49 L,24.5 L/ml)=2 ml,m(HCl)=2 ml×36.5 g/ml=73 g,转移电子的个数为4NA。(2)溶质质量为73 g,水的质量为127 g,所以V(溶液)=eq \f(200 g,1.20×103 g/L),则c(HCl)=eq \f(nHCl,V溶液)=12 ml/L。(3)制取粗硅是在高温条件下用碳还原二氧化硅,反应的化学方程式为SiO2+2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si(粗)+2CO↑;石英砂的主要成分是SiO2,与烧碱溶液反应制取水玻璃的离子方程式为SiO2+2OH-===SiOeq \\al(2-,3)+H2O。(4)10 t这种玻璃中含Na2O 1.3 t、CaO 1.17 t、SiO2 7.53 t,由CaCO3~CaO及石灰石的利用率为80%可计算出所需石灰石的质量为2.612 t,同理可算出纯碱的质量为2.340 t,石英的质量为7.926 t,共约为12.88 t。
【答案】 (1)73 g 4NA (2)12 ml/L
(3)SiO2+2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si(粗)+2CO↑ SiO2+2OH-===SiOeq \\al(2-,3)+H2O
(4)12.88
[教材习题解答]
1.(1)⑧⑩ (2)⑤⑥⑦⑨ (3)①②③④
2.
3.Na2SiO3+H2SO4===Na2SO4+H2SiO3(胶体)
4.B
5.因为普通玻璃坩埚、石英坩埚和陶瓷坩埚都含有SiO2,SiO2能与强碱反应,SiO2+2NaOHeq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3+H2O,所以不能使用这些坩埚熔融烧碱;强碱与铁不反应,所以可用铁坩埚熔融烧碱。
6.略
7.SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O;Na2CO3+SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3+CO2↑
8.晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。硅主要应用于制造半导体晶体管及芯片等各种计算机、微电子产品,同时还可以用来制造光电池。
9.(1)作还原剂。(2)化合反应;置换反应;作还原剂。
(3)提示 沙子的主要成分是SiO2,用户家中使用的许多电子产品中的半导体材料是以硅为原材料制成的。
10.(1)原子的最外层电子数相同,电子层数不同;不在同一横行,位于同一纵列。(2)存在形态都有结晶形和无定形两种;硅晶体是良好的半导体材料,而碳单质不是。(3)SiO2、CO2均是酸性氧化物。SiO2为固态,存在于地表及地壳中,CO2一般为气态,存在于大气中,SiO2的性质比CO2更稳定,等等。
11.(1)Na2O·CaO·6SiO2 (2)CaCO3:80.96 t;Na2CO3:72.53 t;SiO2:245.7 t
12.略
混合物
SiO2
(Si)
CO2
(SO2)
NaHCO3
(Na2SiO3)
SiO2
(NaCl)
除杂试剂
除杂方法
混合物
SiO2
(Si)
CO2
(SO2)
NaHCO3
(Na2SiO3)
SiO2
(NaCl)
除杂试剂
氧气
饱和NaHCO3
溶液
通入足
量CO2
水
除杂方法
加热
洗气
过滤
过滤
阴离子
Cl-、SiOeq \\al(2-,3)、OH-、NOeq \\al(-,3)
阳离子
H+、Ag+、Na+、K+
溶液
A
C
D
试剂瓶序号
材料
物理性质
化学性质
玻璃
硬度高、耐磨损、较脆
很稳定
陶瓷
硬度高、耐磨损、耐高温
很稳定
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