2023版高考化学一轮总复习第四章非金属及其化合物第12讲无机非金属材料的主角-硅限时训练

PAGEPAGE6无机非金属材料的主角-硅[选题细目表]考查知识点根底题中档题较难题1.碳、硅及其化合物的主要应用12.硅的制备273.硅及其化合物的转化关系34、6、9104.硅酸盐材料55.硅及其化合物知识的综合应用811一、选择题(此题包括7个小题，每题6分，共42分，每题仅有一个选项符合题意)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。以下物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是()选项俗名主要成分(化学式)用途A石英SiO2集成电路板B纯碱Na2CO3制备玻璃C水玻璃Na2SiO3制备硅胶D铁红Fe2O3用做油漆和涂料解析：石英主要用于生产玻璃(光导纤维)，晶体硅才用于制作集成电路。答案：A2．单晶硅是制作电子集成电路的根底材料，对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高温))Si＋2CO↑②Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up15(△))SiCl4③SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up15(高温))Si＋4HCl。以下对上述三个反响的表达不正确的选项是()A．①③为置换反响B．②为化合反响C．①②③均为氧化复原反响D．三个反响的反响物中硅元素均被复原解析：反响①③为置换反响，反响②为化合反响，三个反响均有元素化合价变化，均属于氧化复原反响，其中反响①和③中硅元素被复原，反响②中硅元素被氧化。答案：D3．(2022·济南模拟)以下离子方程式的书写正确的选项是()A．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O=2Na＋＋COeq\o\al(2－,3)＋H2SiO3B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2=Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)C．硅与氢氟酸的反响：Si＋4H＋＋4F－=SiF4↑＋2H2↑D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O解析：Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiOeq\o\al(2－,3)，且应生成HCOeq\o\al(－,3)，A错；B项正确写法是CO2＋OH－=HCOeq\o\al(－,3)；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。答案：D4．以下变化中，不能一步实现的是()A．Na2SiO3→H2SiO3B．H2SiO3→SiO2C．SiO2→H2SiO3D．SiO2→Na2SiO3解析：Na2SiO3eq\o(→,\s\up15(盐酸))H2SiO3；H2SiO3eq\o(→,\s\up15(△))SiO2，SiO2eq\o(→,\s\up15(NaOH))Na2SiO3，SiO2不与H2O反响，故不能一步转化为H2SiO3。答案：C5．(2022·宣城模拟)以下表达正确的选项是()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响解析：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：B6．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程。以下说法正确的选项是()A．SiO2属于两性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞C．硅胶吸水后可重复再生D．图中所示的转化都是氧化复原反响解析：SiO2是酸性氧化物；Na2CO3溶液呈碱性，试剂瓶不能用玻璃塞；题图中有的转化不是氧化复原反响，例如SiO2与NaOH溶液的反响。答案：C7．(2022·晋城模拟)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如下图：容器①中进行的反响为①Si(粗)＋3HCl(g)=SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反响为②SiHCl3＋H2=Si(纯)＋3HCl。以下说法正确的选项是()A．该工艺流程的优点是局部反响物可循环使用B．最好用分液的方法别离Si和SiHCl3C．反响①和②中HCl均作氧化剂D．反响①和②属于可逆反响解析：该工艺流程中HCl和H2可循环使用；别离Si与SiHCl3可用过滤的方法；反响②中HCl是生成物，是氧化产物；反响①、②不在同一条件下进行，不是可逆反响。答案：A二、非选择题(此题包括4个小题，共58分)8．(14分)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)以下物质不属于硅酸盐的是________。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与氢氧化钠溶液反响的化学方程式为____________________，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响制得，高温熔融纯碱时以下坩埚可选用的是__________。A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚C．氧化铝坩 D．铁坩埚(4)工业上常利用反响2C＋SiO2eq\o(=,\s\up15(高温))Si＋2CO↑制备硅单质，该反响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)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反响的化学方程式为SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃〞，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反响生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反响，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)题给反响中C(碳)被氧化，SiO2中＋4价的硅被复原，因此SiO2作氧化剂。答案：(1)D(2)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O氢氟酸(3)防火剂D(4)CSiO29．(14分)A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如下图的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反响生成盐(Na2RO3)和氢气。请答复以下问题：(1)写出各物质的化学式：A______；B________；C________；D________；E________。(2)写出反响①的化学方程式：________________________，该反响中氧化剂与复原剂的物质的量之比为________。(3)写出反响④的离子方程式：___________________________。(4)写出反响⑤的离子方程式：____________________________。(5)H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：______________________________________________________。解析：解答此题的“突破口(1)〞是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反响生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口(2)〞是反响条件“高温〞，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反响，那么A为SiO2。从而顺藤摸瓜推知B为CaSiO3，D为Si，E为H2SiO3。答案：(1)SiO2CaSiO3Na2SiO3SiH2SiO3(2)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高温))Si＋2CO↑1∶2(3)Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑(4)SiOeq\o\al(2－,3)＋Ca2＋=CaSiO3↓(5)SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)10．(14分)(2022·滨州模拟)以磷矿石、石英、氯化氢等为原料生产白炭黑(SiO2·nH2O)、磷及甲醇，以下工艺过程原料综合利用率高，废弃物少。(1)上述反响中，属于置换反响的是________(填“Ⅰ〞“Ⅱ〞“Ⅲ〞“Ⅳ〞或“Ⅴ〞)。(2)SiHCl3的沸点为33.0℃，提纯SiHCl3适宜的方法是______________。(3)高温下进行的反响Ⅱ的化学方程式为________________________________________________________________________；固体废弃物CaSiO3可用于________________。(4)反响Ⅲ需在高温、隔绝氧气和无水条件下进行，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________。解析：反响Ⅰ为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高温))Si＋2CO↑。从图中可以看出，反响Ⅱ的反响物为SiO2、C和Ca3(PO4)2，产物为CO、P和CaSiO3。反响Ⅲ为Si＋3HCl=SiHCl3＋H2。反响Ⅳ的反响物有SiHCl3和H2O，产物有HCl、H2和SiO2·nH2O。反响Ⅴ为CO＋2H2=CH3OH。(1)置换反响是单质与化合物反响生成另一种单质和另一种化合物，只有Ⅰ、Ⅲ符合。(2)SiHCl3的沸点低，可用蒸馏法别离出来。(4)反响Ⅲ产生H2，假设与O2混合会引起爆炸。从流程图中的反响Ⅳ可知，SiHCl3可以与H2O反响，所以反响Ⅲ必须在无水条件下反响。答案：(1)Ⅰ、Ⅲ(2)分馏(蒸馏)(3)Ca3(PO4)2＋5C＋3SiO2eq\o(=,\s\up15(高温))3CaSiO3＋2P＋5CO↑生产水泥、砖瓦或作为建筑材料等(4)SiHCl3会水解，同时产生的H2与O2混合会发生爆炸11．(16分)(2022·淄博模拟)单质硅是信息产业中重要的根底材料。通常用碳在高温下复原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反响生成四氯化硅(反响温度为450～500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气复原可得高纯硅。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、磷在高温下均能与氯气直接反响生成相应的氯化物；③有关物质的局部物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/℃57.712.8315熔点/℃－70.0－107.2升华温度/℃180300162请答复以下问题。(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Ⅰ；乙方案：f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有缺乏之处，请你分别评价后填写下表。方案优点缺点甲乙(3)在上述(2)的评价根底上，请你设计一个合理方案并用文字表达：_____________________________________________________。(4)SiCl4与H2反响的化学方程式为_____________________________________________________________________________。解析：(1)g管使分液漏斗与烧瓶连通，使浓盐酸顺利滴下。由信息知，四氯化硅遇水极易水解，故需除去氯气中的水。B盛放饱和食盐水用来除去氯气中的氯化氢气体，C盛放浓硫酸用来枯燥氯气。(2)四氯化硅在常温下易液化，如果收集产品的导管太细，易堵塞导管；制取的四氯化硅需要冷凝；由于尾气中含有氯气，要设置尾气处