高考化学一轮复习训练第4章第1节无机非金属材料的主角硅

第四章第一节[A组·基础练习]1．(2020·安徽六校联考)化学与生产和生活密切相关。下列有关说法正确的是()A．古代记载文字的器物——甲骨，其主要成分是蛋白质B．工艺装饰材料——天然水晶，属于硅酸盐产品C．第五形态的碳单质——碳纳米泡沫，与石墨烯互为同分异构体D．秸秆经加工处理成具有吸水性的材料——植物纤维，可用作食品干燥剂【答案】D2．(2020·山东泰安第四中学期中)据报道，科学家已经研制出世界上最薄的材料——碳膜片，其厚度只有一根头发的二十万分之一。如下图所示，这种碳膜片形状如蜂巢，是由碳原子构成的六边形单元向外延展而成。下列有关碳膜片的说法中，正确的是()A．碳膜片属于一种新型的化合物B．碳膜片与石墨的结构相同C．碳膜片与C60互为同素异形体D．碳膜片在氧气中完全燃烧的产物和碳在氧气中完全燃烧的产物不同【答案】C【解析】碳膜片和石墨都是由碳原子构成的单质，但是碳膜片与石墨的结构不同，A、B错误；碳膜片在氧气中完全燃烧的产物和碳在氧气中完全燃烧的产物相同，完全燃烧的产物都是二氧化碳，D错误。3．(2020·华中师范大学附中质量测评)碳元素是自然界中与人类关系最密切的元素之一，金刚石、石墨和石墨烯是碳元素常见的同素异形体。下列与碳元素相关的说法错误的是()A．金刚石是自然界中硬度最大的天然材料B．石墨在一定条件下转化成金刚石是化学变化C．石墨烯属于烯烃，能够发生加成反应D．碳纤维质轻、强度大，可作为航空器材的结构材料【答案】C【解析】石墨烯为碳单质，不属于烯烃，C错误。4．(2019·四川成都模拟)下列说法正确的是()A．水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品B．二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强D．2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiOeq\o\al(2－,4)【答案】B【解析】水晶、玛瑙不是硅酸盐工业产品，A错误；只能得出在高温的条件下硅酸钠比碳酸钠稳定的结论，C错误；酸根阴离子应为SiOeq\o\al(4－,4)，D错误。5．下列说法不正确的是()A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能【答案】D6．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是()选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液变浑浊饱和Na2CO3溶液B通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊不消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊BaCl2溶液【答案】D【解析】由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，因而会析出NaHCO3晶体，A正确；H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失，B正确；CO2＋Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色，C正确；CO2不与BaCl2反应生成BaCO3沉淀，D错误。7．(2020·安徽合肥高级中学期末)某同学用下图所示的装置及药品进行酸性强弱比较的实验，下列说法不正确的是()A．①和②中发生的反应均为复分解反应B．向Na2SiO3饱和溶液中滴入酚酞溶液无明显现象C．一段时间后②中有胶冻状物质生成D．该实验能证明酸性强弱的顺序是硫酸＞碳酸＞硅酸【答案】B【解析】硅酸钠溶液属于强碱弱酸盐，水溶液显碱性，滴入酚酞变红，B错误。[B组·提高练习]8．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，Na2SiO3C．Na2CO3，SiO2 D．SiO2【答案】A【解析】将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3；高温灼烧时发生反应：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SiO2,2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，各反应物存在如下关系，H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～Na2SiO3，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A。9．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域。如图是用稻谷壳为基本原料制取水玻璃的工艺流程：下列说法错误的是()A．若是在实验室中进行操作B、操作D，则均需要用到玻璃棒B．反应器中的离子方程式为2OH－＋SiO2=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2OC．操作C可提高原料的利用率D．操作A为稻壳在空气中充分燃烧【答案】D【解析】操作B为过滤、操作D为蒸发浓缩，A正确；由稻壳灰成分及操作B后得Na2SiO3溶液知B正确；洗涤液中含有Na2SiO3，循环利用可提高硅的利用率，C正确；操作A若为充分燃烧，则C会转化为CO2，D错误。10．(2019·湖北荆州月考)某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O=CO2＋2HCl＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是_________________________________。(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18gSiO2和8.4g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44L，假定气体产物只有CO，固体产物只有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：__________________________________________。【答案】(1)要用氮气将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰(2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水PdCl2溶液3SiO2＋4Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO2↑＋2CO↑＋3Si(4)没有尾气处理装置将CO吸收(5)2∶1(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【解析】(3)根据质量守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置是用来检验有没有二氧化碳生成，D装置是用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛放试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，由于检测到两气体产物的物质的量相等，根据质量守恒可写出化学方程式为3SiO2＋4Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO2↑＋2CO↑＋3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有吸收CO的尾气处理装置。(5)18gSiO2的物质的量为eq\f(18g,60g/mol)＝0.3mol，8.4g焦炭的物质的量为eq\f(8.4g,12g/mol)＝0.7mol，充分反应后收集到标准状况下13.44LCO的物质的量为eq\f(13.44L,22.4L/mol)＝0.6mol，则参与形成SiC的碳的物质的量为0.1mol，若固体产物只有Si和SiC，则有：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO↑＋Si0.3mol0.6mol0.6mol0.3mol剩余C的物质的量为0.1mol，Si＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC0.1mol0.1mol0.1mol故得到Si和SiC的物质的量之比为(0.3mol－0.1mol)∶0.1mol＝2∶1。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱可利用强酸制弱酸的原理，证明酸性：H2CO3＞H2SiO3。11．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型陶瓷Si3N4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H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：____________________。(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：①净化N2和H2时，铜屑的作用是________________________，硅胶的作用是__________。②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)＋2N2(g)=Si3N4(s)＋3O2(g)ΔH＝－727.5kJ·mol－1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是____________________；体系中要通入适量的氢气是为了____________________。③X可能是________(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：①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式：____________________。②假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是________。【答案】(1)3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl(2)①除去原料气中的氧气除去生成的水蒸气②该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触将体系中的氧气转化为水蒸气，使氧气易被除去(或将整个体系中空气排尽)③硝酸(3)①SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑②5∶1【解析】(1)根据原子守恒可写出化学方程式3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧气和水蒸气都能腐蚀氮化硅，而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气，所以铜屑的作用是除去氧气，硅胶的作用是除去水蒸气。②因为该反应是放热反应，如果温度过高，局部过热，会导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；通入氢气能将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化铜