無機(jī)非金屬材料的主角——硅一、選擇題1.硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無機(jī)非金屬材料中,硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是????????????? (　　)【解析】選C?，旇?、光導(dǎo)纖維和水晶的主要成分是SiO2,硅單質(zhì)可用來制造太陽能電池板。2.硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。下列說法正確的是 (　　)A.水晶項(xiàng)鏈?zhǔn)枪杷猁}制品B.硅單質(zhì)廣泛用于光纖通訊C.利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品D.硅酸鈉可用于制備木材防火劑【解析】選D。A項(xiàng),水晶是純凈的SiO2;B項(xiàng),制造光導(dǎo)纖維的主要原料是SiO2,不是Si;C項(xiàng),氫氟酸用于刻蝕石英制作藝術(shù)品,鹽酸與SiO2不反應(yīng);D項(xiàng),用Na2SiO3溶液浸泡的木材不易燃燒,故Na2SiO3可用作防火劑。3.(2019·唐山模擬)和田玉在我國至少有7 000年的歷史,是我國玉文化的主體。和田玉的主要成分是一種具有鏈狀結(jié)構(gòu)的含水鈣鎂硅酸鹽,某種和田玉的化學(xué)成分為Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2,下列有關(guān)敘述不正確的是????????????? (　　)A.和田玉可與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液發(fā)生反應(yīng)B.和田玉是一種無機(jī)非金屬材料C.鎂元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是鈣元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.9倍D.和田玉的氧化物的形式為2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O【解析】選A。和田玉為硅酸鹽材料,能與氫氟酸反應(yīng),但不能與鹽酸、硫酸等強(qiáng)酸反應(yīng),故A不正確;硅酸鹽材料屬于無機(jī)非金屬材料,所以和田玉是一種無機(jī)非金屬材料,故B正確;該化合物的化學(xué)式中Mg的個數(shù)為3,Ca的個數(shù)為2,則鎂元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是鈣元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的=0.9倍,故C正確;和田玉的氧化物的形式為2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O,其中鐵元素的化合價為+2,故D正確。4.下列除雜方法正確的是 (　　)A.SiO2中含Al2O3雜質(zhì),可以加入足量NaOH溶液然后過濾除去B.CO2中含有CO雜質(zhì),可以通入盛有CuO的玻璃管且加熱C.CO2中含有HCl雜質(zhì),可以通過盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質(zhì),可以通入足量的CO2,然后過濾【解析】選B。A項(xiàng),SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應(yīng);C項(xiàng),應(yīng)通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶;D項(xiàng),Na2CO3與CO2反應(yīng)生成NaHCO3。5.甲氣體可發(fā)生如下變化:甲氣體乙氣體丙氣體乙氣體丁固體。則甲、乙、丙、丁分別為 (　　)A.CO2、CO、O2、CaO　　　　 B.O2、CO、CO2、CaCO3C.O2、CO2、CO、CaCO3   D.CO、CO2、O2、Ca(OH)2【解析】選C。以丙氣體為突破口,丙通過灼熱的CuO后,生成的乙氣體可與澄清石灰水反應(yīng)生成固體,說明乙是CO2,則丙是CO,甲是O2,丁是CaCO3。6.將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中,然后加熱蒸干,再在高溫下充分灼燒,最后得到的固體物質(zhì)是????????????? (　　)A.Na2SiO3     B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2   D.SiO2【解析】選A。將足量CO2氣體通入水玻璃中,發(fā)生反應(yīng):2CO2+Na2SiO3+2H2O H2SiO3↓+2NaHCO3;加熱蒸干,高溫灼燒時發(fā)生反應(yīng):H2SiO3H2O+SiO2;2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O;Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,所以最后所得固體物質(zhì)是Na2SiO3。二、非選擇題7.單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料,可由X通過如圖所示的路線制備,其中X為Z的氧化物,Y為氫化物,分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似,回答下列問題:(1)能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是________;由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式為______ _______________________________。 (2)由Mg2Z生成Y的化學(xué)方程式為_______________________, Y分子的電子式為_____________________________________。 (3)Z、X中共價鍵的類型分別是______________________________。 【解析】(1)Z為半導(dǎo)體單質(zhì),則為Si;X是其氧化物,則為SiO2,能與SiO2反應(yīng)的酸只有氫氟酸;根據(jù)反應(yīng)的流程圖可知,SiO2與Mg反應(yīng)生成Mg2Si和MgO。(2)Mg2Si與鹽酸反應(yīng)生成的Y為氫化物,故Y的分子式是SiH4。(3)SiH4加熱分解可得到Si單質(zhì),含有的Si—Si鍵為非極性鍵,SiO2中的Si—O鍵為極性鍵。答案:(1)氫氟酸　SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si(2)Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4　(3)非極性鍵、極性鍵8.硅是信息高速公路的基石,通常以硅石(SiO2>99.0%,還有少量的Al2O3、Fe2O3等)為主要原料制備,主要流程如圖所示。(1)從硅石中得到粗硅的化學(xué)方程式是__________________________,粗硅含有的雜質(zhì)有鋁、________等。 (2)二氧化硅與焦炭在高溫下也能得到一種硬度僅次于金剛石的物質(zhì)金剛砂(化學(xué)式為SiC,Si為+4價),原理是SiO2+3CSiC+2CO↑,該反應(yīng)中的氧化劑是________。 (3)若A是氯氣,B是四氯化硅,精餾得到純凈SiCl4,溫度應(yīng)控制的范圍是________(填序號)。 物質(zhì)SiCl4SiHCl3FeCl3AlCl3熔點(diǎn)/℃-70-128.2306——沸點(diǎn)/℃57.631.85315181升華a.55～60 ℃　　b.180～200 ℃　　c.300～320 ℃則精餾分離出的雜質(zhì)成分是________。 (4)若A是HCl,B是SiHCl3,生產(chǎn)過程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是________。 【解析】(1)從硅石中得到粗硅的化學(xué)方程式是SiO2+2CSi+2CO↑,同時焦炭將Al2O3、Fe2O3還原為單質(zhì)鋁和鐵。(2)反應(yīng)SiO2+3CSiC+2CO↑,C的化合價有由0價升高到CO2中的+4價,也有由0價降低到SiC中的-4價,說明C既作氧化劑也作還原劑。(3)若A是氯氣,B是四氯化硅,精餾得到純凈SiCl4,從表中數(shù)據(jù)可知,控制溫度55～60 ℃時,SiCl4與FeCl3、AlCl3分離。(4)若A是HCl,B是SiHCl3,向B中通入H2發(fā)生反應(yīng):SiHCl3+H2Si+3HCl,HCl可循環(huán)利用。答案:(1)SiO2+2CSi+2CO↑　鐵(2)碳　(3)a　FeCl3、AlCl3　(4)HCl一、選擇題1.硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法正確的是 (　　)A.硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)C.反應(yīng)Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑中,Si為還原劑,NaOH和H2O為氧化劑D.硅能與氫氟酸反應(yīng),則硅可以與鹽酸反應(yīng)【解析】選A。由粗硅制備單晶硅的過程一般為SiSiCl4Si+HCl,都是氧化還原反應(yīng),B項(xiàng)錯誤;Si與燒堿溶液反應(yīng)時,H2O是氧化劑,C項(xiàng)錯誤;硅不能與鹽酸反應(yīng),D項(xiàng)錯誤。2.硅是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素,下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯誤的是 (　　)A.氮化硅陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料,其化學(xué)式為Si3N4B.碳化硅(SiC)的硬度大,熔點(diǎn)高,可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承C.光導(dǎo)纖維是一種新型無機(jī)非金屬材料,其主要成分為SiO2D.二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數(shù)之比為1∶2【解析】選D。二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數(shù)之比為1∶4,D項(xiàng)錯誤。3.(2019·北京模擬)有以下六種飽和溶液①CaCl2;②Ca(OH)2;③Na2SiO3;④Na2CO3;⑤NaAlO2;⑥NH3和NaCl,分別持續(xù)通入CO2,最終不會得到沉淀或析出晶體的是????????????? (　　)A.①②　　B.③⑤　　C.①⑥　　D.④⑥【解析】選A。①碳酸比鹽酸弱,CO2與CaCl2溶液不會反應(yīng),無沉淀生成,故①正確;②酸性氧化物能與堿反應(yīng),過量的CO2與Ca(OH)2反應(yīng):Ca(OH)2+2CO2 Ca(HCO3)2,無沉淀生成,故②正確;③碳酸比硅酸強(qiáng),過量的CO2與Na2SiO3溶液反應(yīng):2CO2+Na2SiO3+2H2O2NaHCO3+H2SiO3↓,產(chǎn)生硅酸沉淀,故③錯誤;④過量的CO2通入飽和Na2CO3溶液中發(fā)生反應(yīng):Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3↓,因?yàn)樘妓釟溻c溶解度比碳酸鈉小,所以有NaHCO3晶體析出,故④錯誤;⑤NaAlO2溶液通入過量的二氧化碳,由于碳酸酸性比氫氧化鋁強(qiáng),所以生成氫氧化鋁白色沉淀和碳酸氫鈉,2H2O+NaAlO2+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3,故⑤錯誤;⑥通入CO2與NH3和NaCl反應(yīng)生成氯化銨和碳酸氫鈉,碳酸氫鈉的溶解度較小,則最終析出碳酸氫鈉晶體,故⑥錯誤。【方法規(guī)律】向Ca(OH)2、Ca(ClO)2、Na2SiO3、NaAlO2、飽和Na2CO3溶液中通入CO2均會有沉淀產(chǎn)生,其中Ca(OH)2、Ca(ClO)2溶液中通入CO2,先產(chǎn)生沉淀,后沉淀溶解。4.SiO2是一種化工原料,可以制備一系列物質(zhì)。下列說法正確的是 (　　)A.圖中所有反應(yīng)都不屬于氧化還原反應(yīng)B.硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,常用于制造光導(dǎo)纖維C.可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英制成的,其熔點(diǎn)很高【解析】選C。圖中SiO2與CaO、CaCO3、Na2CO3反應(yīng)不屬于氧化還原反應(yīng),SiO2與C、Si與Cl2、SiCl4與H2的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),A錯誤;光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽,B錯誤;玻璃沒有固定的熔點(diǎn),D錯誤。【加固訓(xùn)練】下列有關(guān)硅及其化合物的說法不正確的是(　　)A.晶體硅具有金屬光澤,可以導(dǎo)電,是制造太陽能電池的常用材料B.水玻璃可用作木材防火劑,是制備硅膠的原料C.SiO2是一種酸性氧化物,不能夠與酸反應(yīng)D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸,然后再過濾【解析】選C。硅在周期表中位于金屬與非金屬交界線處,屬于半導(dǎo)體材料,是制造太陽能電池的常用材料,故A正確;水玻璃是硅酸鈉溶液,硅酸鈉耐高溫可用作木材防火劑,硅酸鈉是制備硅膠的原料,故B正確;SiO2是酸性氧化物,但是二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和水,故C錯誤;二氧化硅和鹽酸不反應(yīng),CaCO3與鹽酸反應(yīng),所以除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸,然后再過濾,故D正確。二、非選擇題5.某礦石含碳酸鎂和石英,制備高純硅和硅膠的工藝流程如下:(1)“硅膠”常用作________,也可以用作________的載體。A的結(jié)構(gòu)式為______ _________________。 (2)制備粗硅的方程式為________。 (3)操作Ⅰ為________,操作Ⅱ為________。 (4)操作Ⅲ,需要在氯化氫氣流中加熱脫水的原因是 ________________________________________。 (5)溶液G用E酸化的方程式為_____________________________________。 【解析】(1)“硅膠”多孔,常用作實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑,也可以用作催化劑的載體。二氧化碳的結(jié)構(gòu)式為OCO。(2)工業(yè)制取純硅的工藝流程為SiO2粗硅SiCl4純硅,用焦炭還原SiO2,產(chǎn)物是CO,而不是CO2。(3)操作Ⅰ為過濾,操作Ⅱ為蒸發(fā)結(jié)晶。(4)MgCl2·6H2O加熱脫水制得MgCl2,要在氯化氫氣流中進(jìn)行,氯化氫氛圍是防止鎂離子水解。(5)Na2SiO3與HCl反應(yīng),生成NaCl和H2SiO3。答案:(1)干燥劑　催化劑　OCO(2)SiO2+2CSi+2CO↑(3)過濾　蒸發(fā)結(jié)晶　(4)防止鎂離子水解(5)Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓6.(2019·福州模擬)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下裝置對焦炭還原二氧化硅的氣體產(chǎn)物的成分進(jìn)行探究。已知:PdCl2溶液可用于檢驗(yàn)CO,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO+PdCl2+H2OCO2+2HCl +Pd(產(chǎn)生黑色金屬鈀粉末,使溶液變渾濁)。(1)實(shí)驗(yàn)時要通入足夠長時間的N2,其原因是___________________________ _________________________。 (2)裝置B的作用是____________________。 (3)裝置C、D中所盛試劑分別為________、________,若裝置C、D中溶液均變渾濁,且經(jīng)檢測兩氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等,則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________ __________________。 (4)該裝置的缺點(diǎn)是________________________。 (5)資料表明,上述反應(yīng)在焦炭過量時會生成副產(chǎn)物SiC。取18 g　SiO2和8.4 g焦炭充分反應(yīng)后收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體13.44 L,假定氣體產(chǎn)物只有CO,固體產(chǎn)物只有Si和SiC,則Si和SiC的物質(zhì)的量之比為________。 (6)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明碳酸的酸性比硅酸的強(qiáng): __________________________。 【解析】(1)碳與二氧化硅反應(yīng)要在高溫下進(jìn)行,而高溫下碳與空氣中氧氣反應(yīng),所以實(shí)驗(yàn)時要通入足夠長時間的N2將裝置中的空氣排盡。(2)根據(jù)裝置圖可知,B裝置的作用是作安全瓶,防止倒吸。(3)根據(jù)質(zhì)量守恒,碳與二氧化硅反應(yīng)可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳,所以C裝置是用來檢驗(yàn)有沒有二氧化碳生成,D裝置是用來檢驗(yàn)一氧化碳,所以裝置C、D中所盛放試劑分別為澄清石灰水、PdCl2溶液;若裝置C、D中溶液均變渾濁,說明既有二氧化碳又有一氧化碳,由于檢測到兩氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等,根據(jù)質(zhì)量守恒可寫出化學(xué)方程式為3SiO2+4C 2CO2↑+2CO↑+3Si。(4)一氧化碳有毒,不能排放到空氣中,而該裝置沒有吸收CO的尾氣處理裝置。(5)18 g SiO2的物質(zhì)的量為=0.3 mol,8.4 g焦炭的物質(zhì)的量為=0.7 mol,充分反應(yīng)后收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下13.44 L CO的物質(zhì)的量為=0.6 mol,則參與形成SiC的碳的物質(zhì)的量為0.1 mol,若固體產(chǎn)物只有Si和SiC,則有 SiO2　　+　  2C　　　  2CO↑ 　+　 Si0.3 mol　 　0.6 mol　　　0.6 mol　　　0.3 mol則剩余C的物質(zhì)的量為n(C)=0.7 mol-0.6 mol=0.1 mol,Si　　+　  　C　　 　 SiC0.1 mol　　 0.1 mol　 　0.1 mol故得到Si和SiC的物質(zhì)的量之比為(0.3 mol-0.1 mol)∶0.1 mol=2∶1。(6)驗(yàn)證碳酸、硅酸的酸性強(qiáng)弱可利用強(qiáng)酸制弱酸的原理,產(chǎn)生的CO2氣體先通過飽和的碳酸氫鈉溶液除去混有的雜質(zhì)氣體,然后再通入硅酸鈉溶液,若產(chǎn)生白色沉淀,說明酸性H2CO3>H2SiO3。答案:(1)要用氮?dú)鈱⒀b置中的空氣排盡,避免空氣中的氧氣、二氧化碳、水蒸氣對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾(2)作安全瓶,防止倒吸(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si(4)沒有吸收CO的尾氣處理裝置　(5)2∶1(6)向硅酸鈉溶液中通入二氧化碳?xì)怏w,溶液變渾濁,證明碳酸酸性大于硅酸        

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