无机非金属材料的主角——硅 专题训练及答案

1、无机非金属材料的主角硅 专题训练及答案一、选择题(本题包括 8 小题,每题 6 分,共 48 分)1.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 ( )选项俗名化学式用途a石英sio2集成电路bcd纯碱水玻璃铁红na co2 3na sio2 3fe o2 3制备玻璃制备硅胶 用作油漆和涂料【解析】选 a。石英主要用于生产玻璃和光导纤维等,晶体硅才用于制作集成电路。 【加固训练】下列关于硅及其化合物的叙述错误的是 ( )a.硅是良好的半导体材料,二氧化硅可用于制造光导纤维b.二氧化硅能与石灰石反应:sio +caco2 3c.可以用焦炭还原二

2、氧化硅生产硅:sio +2c2casio +co 3 2si+2cod.水泥的主要成分是 na sio 、casio 和 sio2 3 32【解析】选 d。水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙,普通玻璃的主要成分是 na sio 、casio 和 sio ,d2 3 3 2错误。2.气凝胶是一种世界上最轻的固体,也被称为“固态烟”,非常坚固耐用,它可以承受相当于自身重量几千倍的压力,最 高能承受 1 400 摄氏度的高温,绝热性能十分优越,其主要成分是二氧化硅等。下列说法正确的是 ( )a.sisio h sio 可以通过一步反应实现2 2 3b. 可以用陶瓷坩埚熔融烧碱c. 二氧化硅

3、溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化硅是两性氧化物d. 气凝胶与豆浆具有相似的性质【解析】选 d。二氧化硅不与水反应,a 错误;陶瓷坩埚的成分中含二氧化硅,与烧碱反应,b 错误;二氧化硅是酸性氧化 物,c 错误;气凝胶与豆浆都属于胶体,具有相似的性质,d 正确。【加固训练】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 si n3 4b. 碳化硅(sic)的硬度大,熔点高,可用于制作砂纸、砂轮的磨料c. 祖母绿的主要成分为 be al si o ,用氧化物形式表示为 3beoal o 6sio3 2 6 18

4、2 3 2d.二氧化硅为立体网状结构,其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为 12【解析】选 d。二氧化硅晶体中,一个硅原子可形成 4 个硅氧单键,故硅原子和硅氧单键的个数之比为 14,d 错误。 3.(2018石嘴山模拟)纵观古今,化学与生活皆有着密切联系。下列有关说法正确的是 ( )a. 陶瓷是中华民族祖先的一项伟大发明,烧结黏土制陶瓷的过程不涉及化学反应b. 晶体硅熔点高硬度大,可用作芯片c. 石英坩埚耐高温,可用来加热熔化烧碱、纯碱等固体d. 工业生产玻璃、水泥、漂白粉,均需要用石灰石为原料【解析】选 d。陶瓷的成分是硅酸盐,烧结黏土制陶瓷的过程涉及化学变化,a 错误;晶体硅可用作芯片,

5、是因为硅是良好 的半导体材料,与熔点高低无关,b 错误;石英的成分是 sio ,sio 在加热条件下能与烧碱、纯碱反应,c 错误;工业生产玻2 2璃所用的原料是石灰石、石英和纯碱,生产水泥的原料是石灰石和黏土,生产漂白粉的原料是石灰乳和氯气,石灰石经高 温煅烧后与水反应可得石灰乳,d 正确。4.(2018商洛模拟)纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )- 1 -a. x 可用作木材防火剂b. 步骤的反应是 na sio +h so h sio (胶体)+na so2 3 2 4 2 3 2 4c.步骤中的稀硫酸可用 co 来代替2d.步骤若在实验室完成,一般在蒸发皿中进行【解析】

6、选 d。x 为硅酸钠溶液,可用作木材防火剂,a 正确;步骤的反应是 na sio +h so h sio (胶体)+na so ,b 正2 3 2 4 2 3 2 4确;碳酸的酸性比硅酸强,故步骤中的稀硫酸可用 co 来代替,c 正确;步骤为硅酸固体的灼烧,若在实验室完成,一般2在坩埚中进行,d 错误。5.下列说法正确的是 ( )a.向含 k+、na+、br-、si 错误！未找到引用源。的溶液中通入 co 后仍能大量共存2b. 合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料c. nahco 溶液中含有 na sio 杂质,可通入少量 co 后过滤3 2 3 2d.sio 中含 al o 杂质,可加入

7、足量稀盐酸溶液,然后过滤除去2 2 3【解析】选 d。co +h o+si 错误！未找到引用源。 h sio +c 错误！未找到引用源。,a 错误;合成纤维属于有机高2 2 2 3分子材料,b 错误;除去 nahco 溶液中的 na sio 杂质,应通入足量 co ,发生反应:na sio +2co +2h o 2nahco +h sio3 2 3 2 2 3 2 2 3 2 3,c 错误;sio 不与稀盐酸反应,d 正确。26.(2018武威模拟)某同学用图所示的装置及药品进行比较酸性强弱的实验,一段时间后试管中有胶冻状物质生成。 下列说法正确的是 ( )a.向 na sio 溶液中滴入酚酞

8、试液无明显现象2 3b.试管中反应的离子方程式是 na co +2h+ 2na+co +h o2 3 2 2c. 该实验可以证明酸性:盐酸碳酸硅酸d. 若将浓盐酸换成硫酸,能证明酸性:硫酸碳酸硅酸【解析】选 d。na sio 试液显碱性,滴入酚酞试液显红色,a 错误;试管盐酸与碳酸钠反应生成二氧化碳气体,离子方程2 3式为 c 错误！未找到引用源。+2h+ co +h o,b 错误;由于浓盐酸具有挥发性,生成的二氧化碳中会混有一定量的氯2 2化氢,将生成的气体通入硅酸钠溶液中生成了硅酸胶体,不能证明酸性:碳酸硅酸,c 错误;由于硫酸不挥发,若将盐酸换 成硫酸,能证明酸性:硫酸碳酸硅酸,d 正确

9、。7.金刚砂(sic)可由 sio 和碳在一定条件下反应制得,反应方程式为 sio +3c sic+2co,下列有关说法中正确的是2 2( )a.该反应中的氧化剂是 sio ,还原剂为 c2b. 该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为 12c. 该反应中每生成 1 mol sic 转移 12 mol 电子d. 该反应中的还原产物是 sic、氧化产物是 co,其物质的量之比为 12【解析】选 d。反应产物 sic 中 si、c 的化合价分别为+4 价、-4 价,sio 既不是氧化剂也不是还原剂,a 错误;碳元素从20 价转变成-4 价(sic)和+2 价(co),co 是氧化产物,sic

10、是还原产物,物质的量之比为 21,b 错误,c 正确;该反应中每生 成 1 mol sic,转移 4 mol 电子,c 错误。8.(能力挑战题)硅烷(sih )在空气中易自燃或爆炸,可作橡胶等产品的偶联剂,硅烷的制备方法为4mg si+4hcl 2mgcl +sih 。下列说法不正确的是2 2 4( )a.sih 与 ch 的结构相似4 4- 2 -b.硅烷自燃反应中的氧化剂是 sih4c.硅烷自燃产生 sio 和 h o2 2d.制备硅烷时应隔绝氧气【解析】选 b。硅烷自燃反应中的氧化剂是 o ,b 错误。2【加固训练】下列物质:氢氟酸;浓硫酸;烧碱溶液;na co 固体;氧化钙;浓硝酸。其

11、中在一定条件下能与 sio 反应2 3 2的有 ( )a. b.c. d.全部【解析】选 c。sio 不溶于除 hf 之外的任何酸,因此 sio 与浓硫酸、浓硝酸不反应。2 2二、非选择题(本题包括 3 小题,共 52 分)9.(18 分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质), 粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为 450500 ),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制 备四氯化硅的装置图:相关信息如下:1 四氯化硅遇水极易水解2 硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物 有关物质的物理常数见下表:物质s

12、icl4bcl3alcl3fecl3沸点/熔点/ 升华温度/57.7-70.012.8-107.2180315300请回答下列问题:(1) 装置 a 中 g 管的作用是_; 装置 c 中的试剂是_。(2) 甲方案:f 接装置;乙方案:f 接装置。但是装置、都有不足之处,请你评价后填写下表。方案12优点缺点(3)在上述(2)的评价基础上,请你设计一个合理方案并用文字表述:_。(4)sicl 与 h 反应的化学方程式为_。4 2【解析】(1)g 管的作用是平衡压强,使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下;四氯化硅遇水极易水解,b 是饱和食盐水,c 是浓硫 酸。(2) 四氯化硅容易液化,若收集的导管太细,容易

13、堵塞导管;制取四氯化硅需要冷凝,因有氯气参与反应,要有尾气处理装 置。(3) 将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。答案:(1)平衡压强,使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下 浓硫酸(2)- 3 -方案12优点收集产品的导管粗,不会堵塞导管 冷凝产品,减少产品损失有尾气处理装置,注重环保 避免空气中的水蒸气进入装置缺点空气中的水蒸气进入产品收集装置 , 使 sicl 水解4尾气没有处理,污染环境1 产品易堵塞导管2 没有冷凝装置,产品易损失(3)在装置的 i 处接干燥管 j(4)sicl +2h4 2si+4hcl10.(16 分) 某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行

14、探究。已知:pdcl 溶液可用于检验 co,反应的化学方程式为 co+pdcl +h o co 2 2 22+2hcl+pd(产生黑色金属钯粉末,使溶液变浑浊)。(1)实验前要通入足够长时间的 n ,其原因是_。2(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) 资料表明,上述反应在焦炭过量时会生成副产物 sic。取 18 g sio 和 8.4 g 焦炭充分反应后收集到标准状况下的气2体 13.44 l,假定气体产物只有 co,固体产物只有

15、 si 和 sic,则 si 和 sic 的物质的量之比为_。(6)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,而高温下碳与空气中氧气反应,所以实验前要通入足够长时间的 n 将装2置中的空气排尽。(2) 根据装置图可知,b 装置作安全瓶,防止倒吸。(3) 碳与二氧化硅反应可能生成 co 也可能生成 co ,所以 c 装置用来检验 co ,d 装置用来检验 co,所盛试剂分别为澄清石2 2灰水、pdcl 溶液;若装置 c、d 中溶液均变浑浊,说明既有 co 又有 co,由于两气体产物的物质的量相等,根据元素守恒可 2 2知化学方程式为 3sio +4c

16、2co +2co+3si。2 2(4) co 有毒,不能直接排放到空气中,而该装置缺少尾气吸收装置吸收未反应的 co。(5) 18 g sio 是 0.3 mol ,8.4 g c 是 0.7 mol ,充分反应后收集到 13.44 l(0.6 mol )气体,假定气体产物只有 co,固2体产物只有 si 和 sic,则有sio2+ 2c 2co + si0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 molsi + c sic1 1 10.1 mol 0.1 mol 0.1 molsi 和 sic 的物质的量之比为 0.2 mol0.1 mol =21。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱

17、,将 co 气体通入硅酸钠溶液,发生反应 co +h o+2 2 2na sio na co +h sio ,溶液变浑浊,说明酸性 h co h sio 。2 3 2 3 2 3 2 3 2 3- 4 -答案:(1)将装置中的空气排尽,避免空气中的氧气等对实验产生干扰(2) 作安全瓶,防止倒吸(3) 澄清石灰水 pdcl 溶液23 sio +4c 2co +2co+3si2 2(4) 缺少尾气吸收装置(5) 21(6) 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11.(18 分)(能力挑战题)硅是带来人类文明的重要元素之一,在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个

18、奇 迹。(1)新型陶瓷 si n 的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法,在 h 的作用下,使 sicl 与 n3 4 2 4 2反应生成 si n 沉积在石墨表面,该反应的化学方程式为_。3 4(2)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下:已知硅的熔点是 1 420 ,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。n 净化时,铜屑的作用是_;2硅胶的作用是_。在氮化炉中反应为 3si(s)+2n (g) si n (s) h =-727.5 kjmol-1,开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的2 3 4原因是_。x 可能是_(选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:整个制备过程必须严格控制无水无氧。sihcl 遇水剧烈反应,该反应的化学方程式为3_。假设每一轮次制备 1 mol 纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应中 hcl 的利用率为 90%,反应中 h 的利用率为293.75%。则在第二轮次的生产中,补充投入 hcl 和 h 的物质的量之比是_。2【解析】(1)制备 si n 的反应中,反应物是 h 、sicl 和 n ,根据质量守恒,除了 si n 外,还有 hcl 气体生成,从而写出该3 4 2 4 2 3 4反应的