PAGEPAGE9無機非金屬材料的主角——硅一、選擇題1.硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無機非金屬材料中,硅一直扮演著主角。下面幾種物質中含有硅單質的是 ()【解析】選C。瑪瑙、光導纖維和水晶的主要成分是SiO2,硅單質可用來制造太陽能電池板。2.硅及其化合物在材料領域中應用廣泛。下列說法正確的是 ()A.水晶項鏈是硅酸鹽制品B.硅單質廣泛用于光纖通訊C.利用鹽酸刻蝕石英制作藝術品D.硅酸鈉可用于制備木材防火劑【解析】選D。A項,水晶是純凈的SiO2;B項,制造光導纖維的主要原料是SiO2,不是Si;C項,氫氟酸用于刻蝕石英制作藝術品,鹽酸與SiO2不反應;D項,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7000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構的含水鈣鎂硅酸鹽,某種和田玉的化學成分為Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2,下列有關敘述不正確的是 ()A.和田玉可與強酸或強堿溶液發生反應B.和田玉是一種無機非金屬材料C.鎂元素的質量分數是鈣元素質量分數的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,但不能與鹽酸、硫酸等強酸反應,故A不正確;硅酸鹽材料屬于無機非金屬材料,所以和田玉是一種無機非金屬材料,故B正確;該化合物的化學式中Mg的個數為3,Ca的個數為2,則鎂元素的質量分數是鈣元素質量分數的24×340×2=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D4.下列除雜方法正確的是 ()A.SiO2中含Al2O3雜質,可以加入足量NaOH溶液然后過濾除去B.CO2中含有CO雜質,可以通入盛有CuO的玻璃管且加熱C.CO2中含有HCl雜質,可以通過盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質,可以通入足量的CO2,然后過濾【解析】選B。A項,SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應;C項,應通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶;D項,Na2CO3與CO2反應生成NaHCO3。5.甲氣體可發生如下變化: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,發生反應:2CO2+Na2SiO3+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3;加熱蒸干,高溫灼燒時發生反應:H2SiO3H2O+SiO2;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O;Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,所以最后所得固體物質是Na2SiO3。二、非選擇題7.單質Z是一種常見的半導體材料,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,分子結構與甲烷相似,回答下列問題:(1)能與X發生化學反應的酸是________;由X制備Mg2Z的化學方程式為_____________________________________。

(2)由Mg2Z生成Y的化學方程式為_______________________,

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為半導體單質,則為Si;X是其氧化物,則為SiO2,能與SiO2反應的酸只有氫氟酸;根據反應的流程圖可知,SiO2與Mg反應生成Mg2Si和MgO。(2)Mg2Si與鹽酸反應生成的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,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方程式是__________________________,粗硅含有的雜質有鋁、________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金剛砂(化學式為SiC,Si為+4價),原理是SiO2+3CSiC+2CO↑,該反應中的氧化劑是________。

(3)若A是氯氣,B是四氯化硅,精餾得到純凈SiCl4,溫度應控制的范圍是________(填序號)。

物質SiCl4SiHCl3FeCl3AlCl3熔點/℃-70-128.2306——沸點/℃57.631.85315181升華a.55～60℃b.180～200℃c.300～320℃則精餾分離出的雜質成分是________。

(4)若A是HCl,B是SiHCl3,生產過程中可循環利用的物質是________。

【解析】(1)從硅石中得到粗硅的化學方程式是SiO2+2CSi+2CO↑,同時焦炭將Al2O3、Fe2O3還原為單質鋁和鐵。(2)反應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,從表中數據可知,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發生反應:SiHCl3+H2Si+3HCl,HCl可循環利用。答案:(1)SiO2+2CSi+2CO↑鐵(2)碳(3)aFeCl3、AlCl3(4)HCl一、選擇題1.硅及其化合物的應用范圍很廣。下列說法正確的是 ()A.硅是人類將太陽能轉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C.反應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,則硅可以與鹽酸反應【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,B項錯誤;Si與燒堿溶液反應時,H2O是氧化劑,C項錯誤;硅不能與鹽酸反應,D項錯誤。2.硅是構成無機非金屬材料的一種主要元素,下列有關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非金屬材料,其化學式為Si3N4B.碳化硅(SiC)的硬度大,熔點高,可用于制作高溫結構陶瓷和軸承C.光導纖維是一種新型無機非金屬材料,其主要成分為SiO2D.二氧化硅為立體網狀結構,其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數之比為1∶2【解析】選D。二氧化硅為立體網狀結構,其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數之比為1∶4,D項錯誤。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,分別持續通入CO2,最終不會得到沉淀或析出晶體的是 ()A.①②B.③⑤C.①⑥D.④⑥【解析】選A。①碳酸比鹽酸弱,CO2與CaCl2溶液不會反應,無沉淀生成,故①正確;②酸性氧化物能與堿反應,過量的CO2與Ca(OH)2反應:Ca(OH)2+2CO2Ca(HCO3)2,無沉淀生成,故②正確;③碳酸比硅酸強,過量的CO2與Na2SiO3溶液反應:2CO2+Na2SiO3+2H2O2NaHCO3+H2SiO3↓,產生硅酸沉淀,故③錯誤;④過量的CO2通入飽和Na2CO3溶液中發生反應:Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3↓,因為碳酸氫鈉溶解度比碳酸鈉小,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,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均會有沉淀產生,其中Ca(OH)2、Ca(ClO)2溶液中通入CO2,先產生沉淀,后沉淀溶解。4.SiO2是一種化工原料,可以制備一系列物質。下列說法正確的是 ()A.圖中所有反應都不屬于氧化還原反應B.硅酸鹽的化學性質穩定,常用于制造光導纖維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,其熔點很高【解析】選C。圖中SiO2與CaO、CaCO3、Na2CO3反應不屬于氧化還原反應,SiO2與C、Si與Cl2、SiCl4與H2的反應屬于氧化還原反應,A錯誤;光導纖維的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽,B錯誤;玻璃沒有固定的熔點,D錯誤。【加固訓練】下列有關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生成四氟化硅和水,故C錯誤;二氧化硅和鹽酸不反應,CaCO3與鹽酸反應,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的結構式為_______________________。

(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,常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑,也可以用作催化劑的載體。二氧化碳的結構式為OCO。(2)工業制取純硅的工藝流程為SiO2粗硅SiCl4純硅,用焦炭還原SiO2,產物是CO,而不是CO2。(3)操作Ⅰ為過濾,操作Ⅱ為蒸發結晶。(4)MgCl2·6H2O加熱脫水制得MgCl2,要在氯化氫氣流中進行,氯化氫氛圍是防止鎂離子水解。(5)Na2SiO3與HCl反應,生成NaCl和H2SiO3。答案:(1)干燥劑催化劑OCO(2)SiO2+2CSi+2CO↑(3)過濾蒸發結晶(4)防止鎂離子水解(5)Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓6.(2019·福州模擬)某實驗小組設計了如下裝置對焦炭還原二氧化硅的氣體產物的成分進行探究。已知:PdCl2溶液可用于檢驗CO,反應的化學方程式為CO+PdCl2+H2OCO2+2HCl+Pd(產生黑色金屬鈀粉末,使溶液變渾濁)。(1)實驗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,且經檢測兩氣體產物的物質的量相等,則該反應的化學方程式為__________________________。

(4)該裝置的缺點是________________________。

(5)資料表明,上述反應在焦炭過量時會生成副產物SiC。取18gSiO2和8.4g焦炭充分反應后收集到標準狀況下的氣體13.44L,假定氣體產物只有CO,固體產物只有Si和SiC,則Si和SiC的物質的量之比為________。

(6)設計實驗證明碳酸的酸性比硅酸的強:__________________________。

【解析】(1)碳與二氧化硅反應要在高溫下進行,而高溫下碳與空氣中氧氣反應,所以實驗時要通入足夠長時間的N2將裝置中的空氣排盡。(2)根據裝置圖可知,B裝置的作用是作安全瓶,防止倒吸。(3)根據質量守恒,碳與二氧化硅反應可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳,所以C裝置是用來檢驗有沒有二氧化碳生成,D裝置是用來檢驗一氧化碳