高考化学总复习 考点核心突破 4.1 无机非金属材料的主角 硅

【导学教程】（教师用书）届高考化学总复习考点核心突破4.1无机非金属材料的主角硅[热点集训]1．硅在无机非金属材料中一直扮演着重要角色，被誉为无机非金属材料的主角。下列物品的制造用到硅单质的是A．玻璃制品 B．石英钟表C．计算机芯片 D．光导纤维解析玻璃制品的制造用到硅酸盐；石英钟表、光导纤维的制造用到二氧化硅；计算机芯片的制造用到硅单质。答案C2．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是A．氧化物都能与氢氧化钠溶液反应B．单质都能导电C．氧化物都能溶于水生成相应的酸D．碳和硅两种元素都有同素异形体解析碳的氧化物有CO、CO2两种，其中CO不能和NaOH溶液反应，所以A错误；硅是半导体材料，能导电，碳构成石墨能导电，但是金刚石不导电，所以B错误；CO和SiO2不能和水反应，所以C错误。金刚石和石墨是碳的同素异形体；硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体，所以D正确。答案D3．下列离子方程式书写正确的是A．往澄清石灰水中通入过量的二氧化碳：Ca2＋＋2OH－＋CO2=CaCO3↓＋H2OB．往碳酸钠溶液中加入二氧化硅：COeq\o\al(2－,3)＋SiO2=SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2↑C．二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2↑D．硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2O解析A项生成Ca(HCO3)2，B项不反应，C项生成H2O而不会生成H2。答案D4．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A5．下列试剂中，能贮存在带磨口塞的玻璃试剂瓶里的是A．KOH溶液 B．液溴C．Na2SiO3溶液 D．氢氟酸解析A项KOH与SiO2反应生成矿物胶K2SiO3，C项Na2SiO3本身就属于矿物胶，D项HF与SiO2反应。答案B6．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。请回答下列问题：(1)写出各物质的化学式：A__________；B___________；C__________；D__________；E__________。(2)写出反应①的化学方程式：____________________________________________，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。(3)写出反应④的离子方程式：_____________________________________________。(4)写出反应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：________________________________________________________________________。解析解答本题的“突破口(1)”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口(2)”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则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\up7(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)[能力提升][限时45分钟满分100分]一、选择题(每小题5分，共60分)1．下列关于硅的说法中，不正确的是A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应解析晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性能介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料。硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应。答案C2．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是A．CO2、SiO2都能与强碱溶液反应B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的解析SiO2、CO2都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应，A正确。CO2可溶于水生成H2CO3，SiO2却不能溶于水生成H2SiO3，B错误；SiO2与CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正确，C错误；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。答案A3．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素A．在自然界中只以化合态的形式存在B．单质常用作半导体材料和光导纤维C．最高价氧化物不与酸反应D．气态氢化物比甲烷稳定解析通过信息可推知该元素为Si。B项，其单质能用作半导体材料，用作光导纤维的是SiO2，B错误；C项，它的最高价氧化物SiO2能与氢氟酸反应，C错误；D项，由于元素的非金属性C＞Si，故SiH4的稳定性弱于甲烷，D错误。答案A4．(·唐山一模)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．②③⑥C．①③④⑤ D．全部解析SiO2可与烧碱溶液、氧化钙反应，表现出酸性氧化物的性质；SiO2可以与氢氟酸反应；在制玻璃过程中SiO2与Na2CO3固体反应；SiO2不能与浓硫酸和浓硝酸反应。答案C5．向一定浓度的下列物质澄清溶液中通入过量的CO2气体，最后肯定没有沉淀生成的是①Ca(OH)2②Na2CO3③CaCl2④Ca(ClO)2A．①③④ B．②③④C．①②③ D．①②③④解析向Ca(OH)2、Ca(ClO)2溶液分别通入过量CO2，最终生成Ca(HCO3)2，没有沉淀生成；饱和Na2CO3溶液中通入CO2，会析出NaHCO3晶体；CO2与CaCl2不反应。答案A6．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中转移的电子数为12e－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1∶2解析反应产物SiC中Si、C的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成－4价(SiC)和＋2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，两者的物质的量之比为2∶1；根据化学方程式，电子转移数目为4e－。答案D7．下列说法正确的是A．水泥、玻璃、青花瓷、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，所以硅酸比碳酸的酸性强D．2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiOeq\o\al(2－,4)解析玛瑙的主要成分是SiO2，A不正确，高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，不能说明硅酸比碳酸的酸性强，C正确；2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiOeq\o\al(2－,3)，D不正确。答案B8．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起解析制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱和石英，A项不正确；普通玻璃是混合物，没有固定的熔点，B正确。答案A9．汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为＋2价)，下列有关“汉紫”的说法中不正确的是A．用盐的形式表示：BaSiO3·CuSiO3B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2C．易溶于强酸、强碱D．性质稳定，不易褪色解析根据化合物中正负化合价的代数和等于零可知，A、B正确。硅酸盐只溶于强酸不溶于强碱，C错。从题给信息：“汉紫”是汉代器物上的颜料可知“汉紫”性质稳定，不易褪色，D正确。答案C10．(·大连模拟)证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解解析SiO2不溶于除氢氟酸以外的酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸且CaCO3溶于盐酸有气泡生成，SiO2可以溶于NaOH溶液。答案D11．如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．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还原反应解析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还原反应，例如SiO2与NaOH溶液的反应。答案C12．向含有0.2molNaOH和0.1molBa(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96L(0℃，1.01×105Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)解析本题涉及的化学反应方程式：①Ba(OH)2＋CO2=BaCO3↓＋H2O②2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O③BaCO3＋CO2＋H2O=Ba(HCO3)2④Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3。当未通入CO2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molOH－；当通入2.24LCO2气体时，发生反应①，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.2molOH－；当通入4.48LCO2时，发生反应②，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molCOeq\o\al(2－,3)；当通入6.72LCO2时，发生反应④，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.2molHCOeq\o\al(－,3)；当通入8.96LCO2时，发生反应③，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molHCOeq\o\al(－,3)。对比图像可知选项C正确。答案C二、非选择题(共40分)13．(12分)A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。(1)易与C发生化学反应的酸是________(填名称)，反应的化学方程式是________________________________________________________________________。(2)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。①写出生成F的化学方程式：_________________________________________。②要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是_________________________。A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚(3)100gC与石灰石的混合物充分反应后生成的气体在标准状况下的体积为11.2L，100g混合物中石灰石的质量分数是________。解析(1)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(2)SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与NaOH在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔化NaOH。(3)根据反应SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑，CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑可知，无论SiO2和CaCO3是否恰好完全反应，均有关系式CaCO3～CO2，故n(CaCO3)＝n(CO2)＝0.5mol，m(CaCO3)＝50g。答案(1)氢氟酸SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(2)①Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓②D(3)50%14．(14分)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2ⅲ.SiHCl3与过量H2在1000～1100℃反应制得纯硅已知：SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为____________________________________。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为______________________________。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_________________。②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_____________________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_____________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式为_______________________________________________。③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________________________________________________________________________。解析(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行。(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1000～1100℃，此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。答案(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(2)分馏(或蒸馏)(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3气化②有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1000～1100℃))Si＋3HCl③排尽装置中的空气15．(14分)(·银川模拟)近年来，我国的材料研究迅猛发展，出现了许多具有特殊功能的新型材料。(1)硅是将太阳能转换为电能的常用材料，从硅的氧化物制取粗硅的化学方程式为________________________________________________________________________。(2)化合物G是开发新一代汽车发动机的新材料。G的相对分子质量为140，含有硅元素，其质量分数为60%，另含有元素Y。E(含两种元素)与NH3反应制得G和HCl。G和E化学式分别为________________________________________________________________________。常压条件下向G中添加氧化铝，经高温烧结制成一种高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，化学通式可表示为Si6－xOxY8－x。在接近1700℃时x的极限值约为4.0，则化合物中Y元素的化合价为________。(3)新型纳米材料氧缺位铁酸盐(MFe2O