同步练习:无机非金属材料的主角--硅

第四章 第一节 无机非金属材料的主角——硅

一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)

1．(2010·广州综合测试)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用．下列关于硅的说法不正确的是 ．

( )

A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片

B．硅可由二氧化硅还原制得

C．常温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应

D．自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅

解析：自然界中无单质硅存在．

答案：D

2．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是 ( )

A．其氧化物都能与NaOH溶液反应

B．其单质在加热时都能跟O2反应

C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸

D．碳和硅两种元素共有两种单质

解析：CO不能与NaOH溶液反应；SiO2不能溶于水，也不生成相应的酸；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅，所以有多种单质．

答案：B

3．下列物质：①氢氟酸；②浓H2SO4；③烧碱溶液；④Na2CO3固体；⑤氧化钙；⑥浓HNO3，其中在一定条件下能与SiO2反应的有 ( )

A．①②⑥ B.全部

C．①③④⑤ D．②③⑥

解析：SiO2只能与酸类物质中的氢氟酸反应；SiO2为酸性氧化物，与③⑤能反应；Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑是制取玻璃时发生的一个反应．

答案：C

4．下列离子方程式不正确的是 ( ) ．

A．硅酸钠溶液与澄清石灰水反应：

SiO3＋Ca===CaSiO3↓

B．向澄清的石灰水中通入过量的CO2：

－CO2＋OH－===HCO3 高温2－2＋

C．向小苏打溶液中加入过量的石灰水：

2＋－2－2HCO－

3＋Ca＋2OH===CaCO3↓＋2H2O＋CO3

－D．向水玻璃中加入过量盐酸：2H＋＋SiO23===H2SiO3↓

解析：向小苏打溶液中加入过量的石灰水时，反应生成的CO3将被完全沉淀，正确

2＋－的离子方程式为：HCO－

3＋Ca＋OH===CaCO3↓＋H2O. 2－

答案：C

5．下列说法正确的是 ( )

A．硅材料广泛应用于光纤通讯

B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品

C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应

解析：B项工艺师利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品．C项水晶项链的成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品．D项粗硅制备单晶硅先利用氧化反应即用Cl2氧化粗硅，再利用还原反应即用H2还原SiCl4.

答案：A

6．下列叙述正确的是 ( )

A．高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强

B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸

C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同

D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳

解析：二氧化硅在高温下能与碳酸钠反应：Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，该反应虽然能进行但不能说明硅酸的酸性比碳酸强，上述反应之所以能进行，是因为CO2不断逸出，反应向右进行．玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应．石灰抹墙发生反应CO2＋Ca(OH)2===CaCO3＋H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬．

答案：D

7．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于

碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜

( )

A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2

B．性质稳定，不易脱色

C．易溶解于强酸和强碱

D．x等于6

解析：“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定．不易脱色，不易与酸、碱反应．“硅钡的说法不．正确的高温是

酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2.A、B、D均正确．

答案：C

8．将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3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：根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象(一般弱酸不能制强酸)；过量的CO2通入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而无沉淀产生；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．

答案：B

9．下列叙述正确的是 ( ) ①氧化铝是一种比较好的耐火材料，可用来制造耐火坩埚

②氧化铁常用作红色油漆和涂料

③硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料

④以纯碱、石灰石、石英为原料可制普通玻璃

⑤石灰石、高岭石、石英和水晶的主要成分都是SiO2

A．①③④⑤ B．②③④⑤

C．①②④⑤ D．①②③④

解析：⑤中石灰石的主要成分是碳酸钙，化学式是CaCO3，高岭石的主要成分是硅酸盐，化学式是Al2(Si2O5)(OH)4或Al2O3·2SiO2·2H2O，石英、水晶的主要成分是SiO2. 答案：D

10．对于第ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是 ( ) ．

A．SiO2和CO2中Si和O，C和O之间都是共价键

B．C、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8

C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应

D．该族元素的主要化合价是＋4价和＋2

解析：第ⅣA族元素最外层电子数都是4，但C原子的次外层电子数是2，Ge的次外层电子数是18.

答案：B

二、非选择题(本题包括4小题，共50分)

11．(10分)硅单质和碳单质及相应氧化物、氢化物、盐在性质上有很多相似的地方．如它们的最高价氧化物都是酸性氧化物，都能与碱反应生成盐和水，都能和碱性氧化物(如CaO)反应生成盐等；它们的氢化物都能燃烧生成对应的氧化物和水．把河沙(主要成分是SiO2)跟镁粉按一定质量比(稍大于15∶24)混合均匀，装入试管中加热大约1分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物．待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物．

(1)写出河沙与镁粉在加热条件下的化学方程式：__________________________

________________________________________________________________________， 该反应是______反应(填“放热”或“吸热”)．

(2)生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是(填化学式)________________．

(3)写出产生“爆炸声”的化学方程式：_______________________________ ________________________.

解析：m(SiO2)∶m(Mg)＞15∶24，则n(SiO2)∶n(Mg)＞1∶4.SiO2与Mg反应生成的硅化物必定是Mg2Si，则还要生成MgO.SiO2与Mg的混合物仅被加热1分钟后就剧烈反应，这说明反应放热．MgO与Mg2Si的混合物中加入稀硫酸后生成的气态氢化物应是SiH4，SiH4在空气中自燃的产物是SiO2和H2O.

答案：(1)SiO2＋4Mg=====Mg2Si＋2MgO 放热

(2)SiH4

(3)SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O

12．(15分)硅单质及其化合物应用范围很广．

(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，工业上可以按如下步骤制备纯硅． Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

Ⅱ.粗硅与干燥的氯气在450℃～500℃条件下反应制得SiCl4

Ⅲ.SiCl4液体经精馏提纯后与过量H2在1100℃～1200℃条件下反应制得纯硅 已知SiCl4沸点为57.6℃，能与H2O强烈反应.1 mol H2与SiCl4气体完全反应吸收的热量为120.2 kJ.

请回答下列问题：

①第Ⅲ步反应的热化学方程式是______________________________________

________________________________________________________________________. ②整个制备纯硅的过程中必须严格控制无水无氧．SiCl4在潮湿的空气中因水解而产生白色烟雾，其生成物是____________；H2还原SiCl4过程中若混入O2，可能引起的后果是____________．

③上述生产过程所需氯气和氢气均由氯碱厂提供，氯碱厂的基本设备是离子交换膜△

电解槽(如图所示)，其中进入阳极室的溶液是__________________________________，b电极上的电极

反应式是______________________________________________________．

(2)二氧化硅被大量用于生产玻璃．工业上用SiO2、Na2CO3和CaCO3共283 kg在高温下完全反应时放出CO2 44 kg，生产出的玻璃可用化学式Na2SiO3·CaSiO3·xSiO2表示，则其中x＝________.

解析：根据水解定义和实验现象判断，SiCl4水解生成硅酸和HCl，产生白色烟雾．图示是阳离子交换膜电解槽，Na＋移向阴极，因此进入阳极室的应精制饱和食盐水．玻璃的化学组成可根据反应原理得到，n(CO2)＝n(Na2CO3)＋n(CaCO3)＝n(SiO21000 mol.n(SiO2过量)＝(283－50－53－60)×1000/60＝2000 mol，所以x＝4.

答案：(1)①2H2(g)＋SiCl4(g)===Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝＋240.4 kJ/mol

②H2SiO3(或H4SiO4)和HCl 爆炸

③精制饱和食盐水 2H＋2e===H2↑

(2)4

13．(15分)(2009·韶关调研)某活动课程小组拟用50 mL NaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液．为了防止通入过量的CO2气体生成NaHCO3，设计了如下实验步骤：

a．取25 mL NaOH溶液吸收过量的CO2气体，至CO2气体不再溶解；

b．小火煮沸溶液1～2 min，赶走溶解在溶液中的CO2气体；

c．在得到的溶液中加入另一半(25 mL)NaOH溶液，使其充分混合反应．

(1)此方案能制得较纯净的Na2CO3，写出c步骤的离子方程式_________________． 此方案第一步的实验装置如下图所示：

＋－反应)＝

(2)加入反应物前，如何检验整个装置的气密性__________________________

________________________________________________________________________.

(3)若用大理石与盐酸制CO2，则装置B中盛放的试剂是______，作用是________________________________________________________________________．

(4)在实验室通常制法中，装置A还可作为下列______(填序号)气体的发生装置．

①CH4 ②H2 ③Cl2 ④CH2===CH2

(5)已知所用NaOH溶液中溶质的质量分数为40%，室温下该溶液密度为1.44 g/mL，假设反应前后溶液的体积不变，不考虑实验误差，计算用此种方法制备所得Na2CO3溶液的物质的量浓度为________．

解析：a步发生的化学反应：NaOH＋CO2===NaHCO3，c步发生的化学反应：NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O.对于装置气密性的检验，要注意仪器的特点，可以一次检查A、B的气密性：用止水夹夹住B、C间的乳胶管；然后从漏斗中注入一定量的水，使漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面，过一会，观察漏斗内与锥形瓶中的液面差，若保持不变，说明装置不漏气；也可分别检查A、B的气密性：用弹簧夹夹住A、B间的乳胶管，先检查A的气密性：塞紧橡皮塞，从漏斗注入一定量的水，使漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面，停止加水后，漏斗内与锥形瓶中的液面差保持不变，说明装置不漏气．然后检查B的气密性：向烧杯中注入少量水，使导管口浸入水中，双手捂住广口瓶片刻有气泡冒出，松开手后，有少量水进入导管形成水柱，说明装置不漏气．装置A能用于液体与固体或液体与液体反应，且不需要加热制取气体．此种方法制备所得Na2CO3溶液的物质的量浓度为：1.44 g/mL×25 mL×40%÷40 g/mol÷0.050 L＝7.2 mol/L.

答案：(1)HCO3＋OH===CO3＋H2O

(2)方法①：可一次检查A、B的气密性：用止水夹夹住B、C间的乳胶管，然后从漏斗中注入一定量的水，使漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面．过一会，观察漏斗内与锥形瓶中的液面差，若保持不变，说明装置不漏气．

方法②：也可分别检查A、B的气密性：用弹簧夹夹住A、B间的乳胶管，先检查A的气密性：塞紧橡皮塞，从漏斗注入一定量的水，使漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面，停止加水后，漏斗内与锥形瓶中的液面差保持不变，说明装置不漏气．然后检查B的气密性：向烧杯中注入少量水，使导管口浸入水中，双手捂住广口瓶片刻有气泡冒出，松开手后，有少量水进入导管形成水柱，说明装置不漏气．

(3)饱和碳酸氢钠溶液 吸收HCl气体

(4)②

(5)7.2 mol/L

14．(10分)已知SiO2、SO2、CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg

和Na的化学性质也具有一定的相似性(提示：2Mg＋CO2=====2MgO＋C)． 用如图所示的装置进行Mg和SO2的实验： 点燃－－2－

(1)选择制取SO2的合适试剂________．

①10%的H2SO4溶液；②80%的H2SO4溶液；③Na2SO3固体；④CaSO3固体

(2)写出装置B中发生的主要反应的化学方程式：_______________________ ___________________________________________________________________.

(3)你认为该装置是否有不足之处？________，如果有，请列出两点：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析：(1)SO2的溶解度较大，应选用浓度较大的H2SO4溶液；为了使反应顺利进行须选择Na2SO3固体与硫酸反应(CaSO3固体与硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水)．

(2)根据Mg与CO2的反应知Mg与SO2反应能生成氧化镁与单质硫，但单质硫能与镁反应生成硫化镁．

(3)SiO2、CO2都是酸性氧化物，所以镁与玻璃中的二氧化硅能发生反应，镁不能与玻璃管直接接触；又因为镁与钠的性质相似，能与水反应，因此A、B间应加干燥装置；从整个装置看是完全封闭的，这是不允许的，因此C应与大气相通． 答案：(1)②③ (2)3Mg＋SO2=====2MgO＋MgS(或写成2Mg＋SO2=====2MgO＋S、Mg＋S=====MgS)

(3)有 在A和B之间未连接一干燥装置；C装置未与大气相通；在镁下方未垫一不锈钢片，镁能与玻璃管反应；未设计防倒吸装置(任写两点即可)

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