无机非金属材料(第2课时)(练习)解析版

无机非金属材料5.3硅和二氧化硅一、单选题1．下列说法正确的是A．自然界中的硅元素全部是以化合态形式存在B．单质硅是制备光导纤维的原料C．玻璃中含二氧化硅，所以可以用盐酸刻蚀玻璃D．石英、陶瓷和水泥均属于硅酸盐【答案】A【解析】A．硅元素在自然界中主要是以硅酸盐、二氧化硅的形式存在，没有游离态的硅，故A正确；B．二氧化硅是制备光导纤维的原料，故B错误；C．玻璃中含二氧化硅，可以用氢氟酸刻蚀玻璃，故C错误；D．石英的主要成分是二氧化硅，陶瓷和水泥属于硅酸盐，故D错误；选A。2．下列说法正确的是①构成岩石与许多矿物的基本元素是碳②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si周围结合4个O③使用量最大的无机非金属材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品④硅胶多孔，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③【答案】B【解析】①硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧化硅、硅酸盐等的形式存在，二氧化硅、硅酸盐等硅的化合物是构成岩石和许多矿物的主要成分，因此可以说硅是构成岩石与许多矿物的基本元素，①错误；②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si原子与4个O原子形成4个Si-O共价键；每个O原子与2个Si原子形成Si-O共价键，这种结构向空间扩展就形成了立体网状结构，其中含有的Si、O原子个数比是1：2，②正确；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品是使用量最大的传统无机非金属材料，③正确；④硅胶多孔，表面积大，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体，使反应物充分接触发生反应，④正确；综上所述可知：说法正确的是②③④，故合理选项是B。3．高纯硅是现代信息、半导体和光伏等产业都需要的基础材料。工业提纯有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：下列说法正确的是A．自然界有大量的单质硅B．步骤电弧炉中的化学方程式为：C．二氧化硅能与氢化氟气反应，而硅不能与氢氟酸反应D．(沸点33.0℃)中含有少量的(沸点67.6℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯【答案】D【解析】A．在自然界中没有单质硅，只有化合态的硅，A项错误；B．电弧炉中的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，B项错误；C．二氧化硅和硅都能与氢氟酸反应，C项错误；D．SiHCl3(沸点33.0℃)和SiCl4(沸点67.6℃)的沸点有较大差距，所以可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3，D项正确；答案选D。4．碳、硅及其化合物常用做性能优异的无机非金属材料。比如氮化硅，其熔点高、硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定。有关碳、硅及其化合物的说法正确的是①硅在自然界中主要以单质形式存在，硅是应用最广泛的半导体材料②硅是构成一些岩石和矿物的基本元素③石墨烯是一种新型的纳米化合物④氮化硅的化学式为Si3N4，其可制作坩埚，制作切削刀具⑤光导纤维的通信容量大，导电性强⑥水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂A．①③⑤ B．①③⑥ C．②④⑤ D．②④⑥【答案】D【解析】①硅是亲氧元素，在自然界中以化合态的形式存在，不能以单质形式存在，①错误；②硅元素是地壳中大量存在的元素，是许多种岩石和矿物的基本构成元素之一，②正确；③石墨烯是碳单质，不属于化合物，③错误；④氮化硅的化学式为Si3N4，氮化硅硬度大、熔点高可以用来制作坩埚；熔点高、化学性质稳定可制作耐高温轴承，切削刀具等，④正确；⑤二氧化硅晶体对光具有全反射作用，能传递光信号，可以用二氧化硅晶体制备光导纤维，无导电性，⑤错误；⑥水玻璃具有黏性，不易燃烧，可用于生产黏合剂和防火剂，⑥正确；综上所述，正确的是②④⑥，故选D。5．2021年，我国具有独立知识产权的“龙芯”19岁了。下列关于硅单质及其化合物的叙述正确的是A．陶瓷是人类应用最早的硅酸盐材料B．利用二氧化硅的半导体性能制成光电池C．硅的化学性质稳定，不与任何物质反应D．晶体硅是具有金属光泽的灰黑色金属【答案】A【解析】A．陶瓷的主要原料是黏土，则陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料，故A正确；B．硅是半导体材料，二氧化硅常被用来制造光导纤维，故B错误；C．硅与氟化氢反应生成四氟化硅，故C错误；D．晶体硅是一种有金属光泽的灰黑色的固体，是非金属，故D错误；故选：A。6．下列说法错误的是A．聚氨酯(PU)人工血管材料属于高分子材料B．智能芯片使用到的硅晶体属于半导体材料C．开发利用可燃冰可以缓解温室效应D．用于制作电极材料的石墨烯属于碳单质【答案】C【解析】A．聚氨酯是一种高分子聚合物，故A项正确。B．硅处于金属和非金属元素分界线附近，属于半导体材料，故B项正确。C．可燃冰主要成分是CH4，可燃冰燃烧产生CO2，不会缓解温室效应，故C项错误。D．石墨烯是碳纳米材料，属于碳单质，故D项正确。故答案为：C。7．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。从石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应流程如下：下列说法不正确的是A．反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2B．流程中HCl和H2可以循环利用C．反应①②③均为氧化还原反应D．反应②与反应③互为可逆反应【答案】D【解析】A．在反应①发生反应：SiO2+2CSi+2CO↑，在该反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂，则氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，A正确；B．在反应②中产生H2，可用于反应③还原SiHCl3制取Si单质，反应③产生的HCl可与粗硅反应制取SiHCl3，因此流程中HCl和H2可以循环利用，B正确；C．在反应①②③中均有元素化合价的变化，因此三个反应均为氧化还原反应，C正确；D．反应②是Si+3HClSHCl3+H2，反应③是SHCl3+H2Si+3HCl，二者反应物与生成物正好颠倒，但反应温度不同，因此反应②与反应③不能互为可逆反应，D错误；故合理选项是D。8．“西门子”制硅法是以硅石(SiO2)为原料制备冶金级高纯硅，其工艺流程如图。下列叙述不正确的是已知：SiHCl3室温下易挥发、易水解的无色液体。A．“酸浸”过程主要是酸溶除去粗硅中的氧化镁，可用稀盐酸代替稀硫酸B．该生产工艺中可循环使用的物质只有H2C．“氧化”、“分离”与“热解”的过程均需要在无水、无氧的条件下进行D．“氧化”过程的化学方程式为Si+3HClSiHCl3+H2【答案】B【解析】A．由分析知，酸浸时是为了除去MgO，由于稀硫酸与Si不反应，故也可以用稀硫酸代替稀盐酸，A正确；B．SiHCl3被H2还原为Si，则H2被SiHCl3氧化，根据元素守恒可知H2对应产物为HCl，故可循环利用的物质还有HCl，B错误；C．由于SiHCl3易水解，且H2属于易燃易爆气体，故氧化、分离、热解过程需要在无水、无氧条件下进行，C正确；D．Si被HCl氧化生成SiHCl3，则HCl被Si还原，HCl只有氢元素化合价能降，故推测产物为H2，对应方程式为：Si+3HClSiHCl3+H2，D正确；故答案选B。9．下列关于二氧化硅的说法中错误的是A．同二氧化碳一样，二氧化硅分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的B．通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体C．SiO2同CO2一样也能与CaO反应生成盐D．SiO2仅用来表示二氧化硅的组成，其基本结构单元为正四面体，不仅存在于二氧化硅晶体中，而且存在于所有硅酸盐矿石中。【答案】A【解析】A．二氧化硅为共价晶体，是由硅原子与氧原子构成，不存在分子，A错误；B．通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体，B正确；C．二氧化硅为酸性氧化物，能够与碱性氧化物氧化钙反应生成硅酸钙，C正确；D．二氧化硅为原子晶体，不存在分子式，SiO2仅用来表示二氧化硅的组成，其基本结构单元为正四面体，该结构仅存在于二氧化硅晶体中，而且存在于所有硅酸盐矿石中，D正确；故答案为A。10．Ni(OH)2作为合成镍钴锰三元电极材料的原料，工业上可用红土镍矿(主要成分为NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)制备，工艺流程如图所示。下列说法正确的是A．“溶浸”时，为加快反应速率，可以选用98%的浓硫酸B．“滤渣1”的成分为H2SiO3C．为了证明加入NaClO已足量，可在溶液中加入KSCN溶液和氯水来检验D．“沉镍”的离子方程式为：Ni2++2HCO=NiCO3↓+CO2↑+H2O【答案】D【解析】红土镍矿(主要成分为NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)粉碎后用硫酸浸取，Ni、Fe、Mg元素进入溶液，滤渣1为不溶于稀硫酸的SiO2；过滤后向滤液中加入次氯酸钠将Fe2+氧化成Fe3+，然后加入碳酸钠并加热除去铁元素，得到滤渣2；过滤后向滤液中加入NaF除去镁离子，得到滤渣3为MgF2；过滤后加入碳酸氢铵得到碳酸镍沉淀，将碳酸镍沉淀加稀硫酸溶解，再向溶液中加入NaOH得到Ni(OH)2，以此解答该题。A．浓硫酸中水含量很少，硫酸电离出的氢离子较少，所以不宜选用98%的浓硫酸，A错误；B．滤渣1主要为难溶于硫酸的SiO2，B错误；C．NaClO的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，所以检验NaClO是否足量，应检验溶液中是否还有Fe2+，所用试剂应为K3[Fe(CN)6]，C错误；D．沉镍时反应有Ni2+、NH4HCO3，产物有NiCO3说明不是双水解，而是Ni2+与HCO电离出的CO结合生成NiCO3沉淀，促进HCO的电离，同时产生大量的氢离子，而氢离子又和HCO反应生成二氧化碳和水，所以离子方程式为Ni2++2HCO=NiCO3↓+CO2↑+H2O，D正确；综上所述答案为D。11．化学与生活密切相关。下列叙述错误的是A．氢氟酸可用于雕刻玻璃B．铝制餐具不宜长时间存放酸性、碱性和咸的食物C．超市中售卖的“苏打水”是因添加了而获名D．农村推广风力发电、光伏发电有利于国家实现“碳达峰、碳中和”【答案】C【解析】A．氢氟酸在常温下能和玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸可用于雕刻玻璃，故A正确；B．铝能和酸、碱反应，在NaCl溶液中，铝会被腐蚀，所以铝制餐具不宜长时间存放酸性、碱性和咸的食物，故B正确；C．超市中售卖的“苏打水”是因添加了NaHCO3而获名，碳酸钠碱性过强，不能添加到水中，故C错误；D．农村推广风力发电、光伏发电，减少燃煤发电，有利于国家实现“碳达峰、碳中和”，故D正确；故选C。二、元素或物质推断题12．已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如图所示的转化关系，反应中部分生成物已略去。其中，A、G为同一主族元素形成的单质，B、C、H在通常情况下为气体，化合物C是一种形成酸雨的大气污染物。(1)H的名称是___________。(2)E的两种用途是___________、___________。(3)反应①的化学方程式是___________，氧化剂与还原剂的质量比为_______。(4)反应②的离子方程式是___________。(5)SO2通入酸性高锰酸钾溶液表现___________性，反应的离子方程式为________。【答案】一氧化碳制光导纤维作装饰品或制玻璃2C＋Si＋25：2SiO2＋2OH-=SiO＋H2O还原性5SO2+2MnO+2H2O=2Mn2++4H++5SO【解析】由以上分析可知：A为C，B为CO2，C为SO2，D为H2SiO3，E为SiO2，H为CO，F为Na2SiO3，G为Si，H为CO；(1)由以上分析可知H为CO，名称为一氧化碳；(2)E为SiO2，常用于制备玻璃、制粗硅、光导纤维等；(3)反应①为C在高温下还原SiO2的反应，化学方程式是：2C+SiO22CO+Si，氧化剂是SiO2，还原剂是C，两者的质量比为60:24=5:2；(4)E为SiO2，与NaOH反应生成F为Na2SiO3，反应②的离子方程式是：SiO2＋2OH-=SiO＋H2O；(5)SO2通入酸性高锰酸钾溶液，S元素被氧化成+6价的硫酸根，表现还原性，反应的离子方程式为：5SO2+2MnO+2H2O=2Mn2++4H++5SO。三、实验题13．以粗硅(含铁、铝等杂质)为原料，工业上有以下两种制备高纯硅的工艺。已知：SiCl4沸点57.7℃，遇水强烈水解；SiHCl3沸点31.5℃，且能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃。(1)写出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中含有少量SiCl4和HCl，操作①采用的方法为_______。SiCl4和SiHCl3遇水都会剧烈反应，都会生成、HCl。但SiHCl3会多生成一种物质X，写出X物质的名称_______。(3)实验室用如下装置制备SiCl4(反应温度在400℃～500℃)。①装置F的作用是_______。实验开始应先点燃_______(填“A”或“D”)装置的酒精灯一段时间后再点燃另一酒精灯。②写出A装置中的化学反应方程式_______。(4)SiHCl3与过量H2制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置已略去)。装置B中的试剂是_______(填名称)，装置C中的烧瓶加热的目的是_______。实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置的理由是_______，装置D中发生反应的化学方程式为_______。【答案】(1)(2)蒸馏氢气(3)吸收尾气Cl2，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶A(4)浓硫酸使进入烧瓶的液态SiHCl3变为气体让H2排尽装置中的空气，防止SiHCl3水解和自燃【解析】(1)工业用二氧化硅和碳在高温下反应制备粗硅，化学反应方程式为:。(2)SiHCl3中含有少量SiCl4和HCl，据信息:SiHCl3和SiCl4的沸点不同，所以操作①采用的方法为蒸馏。据信息：SiHCl3沸点31.5℃，且能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃，则SiHCl3具有很强的还原性，因为SiHCl3中氢的化合价是-1价、+1价的氢发生归中反应，故SiHCl3与水反应生成硅酸、HCl、H2，则SiHCl3多生成的这一种物质X的名称为氢气。(3)①SiCl4能与H2O强烈反应，氯气有毒。则实验中要防止E内进入水蒸气、进行尾气吸收。故球形干燥管的作用为：吸收尾气Cl2，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶装；加热下Si与氧气能反应，故实验时应先点燃装置A的酒精灯让氯气将装置内空气排尽。②A装置中MnO2和浓HCl共热制得Cl2，化学反应方程式为：。(4)锌和稀硫酸制备的氢气中含有水蒸气，装置B中的试剂是浓硫酸；装置C中的液态SiHCl3变为气体和氢气发生反应制备纯硅，所以烧瓶加热的目的是使进入烧瓶的液态SiHCl3变为气体；根据题中信息可知SiHCl3能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃，实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置可以让H2排尽装置中的空气，防止SiHCl3水解和自燃；装置D中氢气