1、第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第3節(jié)無機非金屬材料1華裔科學(xué)家高錕因“在光學(xué)通信領(lǐng)域中光在光導(dǎo)纖維中傳輸”的研究方面所取得的開創(chuàng)性成就獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。光導(dǎo)纖維的主要成分是()A.Si B.SiO2 C.Na2SiO3 D.SiCl4【答案】B【解析】光導(dǎo)纖維的主要成分為SiO2。2我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對晶體硅的有關(guān)敘述正確的是()A.晶體硅和金剛石的物理性質(zhì)相似B.晶體硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)C.晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，但是它的提煉工藝復(fù)雜，價格昂貴D.晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料

2、，可以導(dǎo)電【答案】A【解析】晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，是具有正四面體形的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以物理性質(zhì)與金剛石相似，熔、沸點高，硬度大；硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但常溫下可與F2、HF和強堿反應(yīng)；晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，被廣泛使用；晶體硅是一種非金屬單質(zhì)，雖然它具有金屬光澤。3下列關(guān)于碳和硅的比較，正確的是()A.它們的氧化物都能與水反應(yīng)生成對應(yīng)的酸B.碳和硅的最高正價都是4價C.硅元素在地殼中的含量占第二位，碳占第一位D.碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游離態(tài)也有化合態(tài)【答案】B【解析】SiO2不溶于水，也不與水反應(yīng)；地殼中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游離態(tài)的碳(金剛石)，沒有

3、游離態(tài)的硅。故正確答案為B。4下列說法正確的是()A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不能與任何酸反應(yīng)B.二氧化硅分子由1個硅原子和2個氧原子構(gòu)成C.硅酸的酸性比碳酸的酸性強，且硅酸不溶于水D.CO2與SiO2均具有氧化性，可作氧化劑【答案】D【解析】SiO2可以跟氫氟酸反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO24HF=SiF42H2O，A項不正確；二氧化硅中不存在SiO2分子，B項不正確；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C項不正確。5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，屬于金屬材料B.常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，自然界中的硅主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在C.

4、SiO2是一種酸性氧化物，能夠與強堿反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸，然后再過濾【答案】A【解析】A項，晶體硅雖然具有金屬光澤，但它屬于非金屬單質(zhì)，其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料；B項，雖然常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但自然界中沒有游離態(tài)的硅，它主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在；D項，SiO2不溶于稀鹽酸，可使用稀鹽酸除去其中混有的CaCO3，化學(xué)方程式為CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O，然后再過濾。6制備硅單質(zhì)時，主要化學(xué)反應(yīng)如下：SiO2(石英砂)2C(焦炭)eq o(=,sup7(高溫)Si(粗硅)2CO，Si(粗硅)2Cl2e

5、q o(=,sup7(高溫)SiCl4，SiCl42H2eq o(=,sup7(高溫)Si(純硅)4HCl，下列對上述三個反應(yīng)的敘述中不正確的是()A.為置換反應(yīng)B.均為氧化還原反應(yīng)C.為化合反應(yīng)D.三個反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原【答案】D【解析】在反應(yīng)中Si元素化合價升高，被氧化。7下列關(guān)于硅的說法不正確的是()A.硅是非金屬元素，它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B.硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)D.加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)【答案】C【解析】硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料；硅的

6、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、常溫下可與F2、HF、強堿溶液反應(yīng)，加熱或高溫下可與O2、Cl2等一些非金屬發(fā)生反應(yīng)。8硅被譽為無機非金屬材料的主角，下列物品用到硅單質(zhì)的是()A.陶瓷餐具 B.石英鐘表C.計算機芯片 D.光導(dǎo)纖維【答案】C9關(guān)于地殼中含量占第一位和第二位的元素之間形成的化合物，有關(guān)其說法正確的是()A.化學(xué)性質(zhì)不活潑B.可溶于水且顯酸性C.熔沸點較低，物理性質(zhì)與CO2相似D.是酸性氧化物，不溶于任何酸【答案】A【解析】該化合物為SiO2，SiO2不溶于水、熔沸點很高，與氫氟酸反應(yīng)。10除去SiO2中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：加水溶解加水煮沸過濾加稀鹽酸加稀H2SO4，正確的操作順序

7、是()A. B. C. D.【答案】B【解析】加稀鹽酸與CaO、CaCO3反應(yīng)生成CaCl2溶液，然后過濾得到SiO2固體。注意不能選用稀H2SO4，因CaSO4微溶，不易分離出SiO2。11二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列說法不正確的是()A.二氧化硅是一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，熔點高、硬度大B.二氧化硅為酸性氧化物，能與水反應(yīng)生成硅酸C.實驗室不能用磨口玻璃塞試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液D.氫氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氫氟酸【答案】B【解析】二氧化硅是硅原子和氧原子按12的數(shù)目比形成的具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，是熔點高、硬度大的固體；二氧化硅是一種不溶于水的酸性氧化物，與水不反應(yīng)；磨口玻璃塞

8、中的二氧化硅能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，生成具有粘性的硅酸鈉，容易使玻璃塞與瓶口粘結(jié)在一起；氫氟酸能腐蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸，常用塑料瓶盛裝氫氟酸。12指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在AE 選項中選擇正確【答案】填入括號內(nèi)。(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()(2)SiO2Na2CO3eq o(=,sup7(高溫)Na2SiO3CO2()(3)SiO22Ceq o(=,sup7(高溫)Si2CO()(4)SiO23Ceq o(=,sup7(高溫)SiC2CO()(5)SiO24HF=SiF42H2O()A.作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕B.氧化性C.酸性氧化

9、物的通性D.將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來E.未參與氧化還原反應(yīng)【答案】(1)C(2)D(3)B(4)E(5)A【解析】(1)中SiO2表現(xiàn)的是酸性氧化物的性質(zhì)。(3)中是SiO2得電子，顯氧化性。(4)中得失電子的是C，SiO2未參與得失電子。(5)是雕刻玻璃的反應(yīng)。13高純二氧化硅可用來制造光纖。某稻殼灰的成分為組分SiO2CNa2OK2OAl2O3Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)59.2038.800.250.500.640.61通過如下流程可由稻殼灰制備較純凈的二氧化硅。請回答下列問題：(1)步驟中涉及SiO2的離子方程式為_。(2)濾渣A的成分有_(填化學(xué)式)。(3)步驟反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(4

10、)實驗室進行步驟用到的儀器有坩堝鉗、酒精燈、三腳架、_和_。【答案】(1)SiO22OH=SiOeq oal(2,3)H2O(2)C、Fe2O3(3)H2SiO3eq o(=,sup7()SiO2H2O(4)坩堝泥三角【解析】(1)步驟中涉及SiO2與氫氧根離子反應(yīng)生成硅酸根離子和水，離子方程式是SiO22OH=SiOeq oal(2,3)H2O。(2)稻殼灰的成分中只有二氧化硅、氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，氧化鈉、氧化鉀與水反應(yīng)，而C與氧化鐵均不反應(yīng)，所以濾渣A的成分是C、Fe2O3。(3)濾液A中含有硅酸根離子、偏鋁酸根離子，加入過量稀鹽酸，則偏鋁酸根離子與過量的稀鹽酸反應(yīng)生成鋁離子，而硅酸

11、根離子與過量的稀鹽酸反應(yīng)生成硅酸沉淀，過濾得到硅酸，煅燒生成二氧化硅和水，化學(xué)方程式是H2SiO3eq o(=,sup7()SiO2H2O。(4)煅燒固體時，需要將固體放在坩堝中，坩堝放在泥三角上，泥三角放在三腳架上，用酒精燈加熱，用坩堝鉗取下坩堝，所以還需要坩堝和泥三角。14化合物C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料光導(dǎo)纖維，C與燒堿反應(yīng)生成化合物D。(1)易與C發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是_，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(2)將C與純堿混合高溫熔融時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成D，同時還生成能使澄清石灰水變渾濁的氧化物E；將少量的E 通入D的水溶液中，生成化合物F。分別寫出生成D和F的化學(xué)方程式：_，_。要將純堿高溫熔化

12、，下列坩堝中不可選用的是_。A.普通玻璃坩堝B.石英玻璃坩堝C.鐵坩堝(3)100 g C與石灰石的混合物充分反應(yīng)后，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L,100 g混合物中石灰石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是_。【答案】(1)氫氟酸(或HF)SiO24HF=SiF42H2O(2)SiO2Na2CO3eq o(=,sup7(高溫)Na2SiO3CO2Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3AB(3)50%【解析】二氧化硅用作光導(dǎo)纖維，則C是SiO2；二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和水，故D是硅酸鈉。(1)二氧化硅與HF反應(yīng)，與一般的酸不反應(yīng)，化學(xué)方程式是SiO24HF=SiF42H2O。

13、(2)二氧化硅與碳酸鈉高溫反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳氣體，E是二氧化碳，少量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，生成硅酸沉淀和碳酸鈉，化學(xué)方程式分別是SiO2Na2CO3eq o(=,sup7(高溫)Na2SiO3CO2，Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。純堿為碳酸鈉，高溫下碳酸鈉與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，所以不能使用含有二氧化硅的坩堝，如石英坩堝、普通玻璃坩堝，應(yīng)選擇鐵坩堝，選AB。(3)二氧化硅和碳酸鈣高溫反應(yīng)生成硅酸鈣和二氧化碳，化學(xué)方程式是SiO2CaCO3eq o(=,sup7(高溫)CaSiO3CO2，生成二氧化碳的物質(zhì)的量是eq f(11.2 L,22.4 Lmol1)0.5

14、 mol，所以碳酸鈣的質(zhì)量是0.5 mol100 gmol150 g，所以混合物中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是eq f(50 g,100 g)100%50%。15硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。(1)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)：SiO22Ceq o(=,sup7(3 273 K)Si(粗)2CO；SiO23Ceq o(=,sup7(3 273 K)SiC2CO。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為11，則參加反應(yīng)的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為_。(2)工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅：若反應(yīng)為Si(粗)3HCleq o(=,sup7()SiHCl3H2，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。整個制備過程中必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失。反應(yīng)中HCl的利用率為90%。反應(yīng)中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是_。【答案】(1)52(2)SiHCl3H2eq o(=,sup7(1 3731 453 K)Si(純)3HClSiHCl33H2O=H2SiO33HClH251【解析】(1)根據(jù)反應(yīng)SiO22Ceq o(=,sup7(3 273 K