2021届高考化学一轮复习无机非金属材料的主角——硅作业

2021届高考化学一轮复习无机非金属材料的主角——硅作业

考点规范练10　无机非金属材料的主角——硅 ‎(时间:45分钟　满分:100分)‎ ‎　考点规范练第20页　 ‎ 一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)‎ ‎1.(2019浙江嵊州一中月考)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”,这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中不正确的是(　　)。‎ A.高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片 B.硅可由二氧化硅还原制得 C.低温时,硅与水和空气不反应,但能与氢氟酸反应 D.自然界中硅的储量丰富,自然界中存在大量的单质硅 答案:D 解析:硅在自然界中全部以化合态形式存在,D项错误。‎ ‎2.下列叙述不正确的是(　　)。‎ A.粗硅SiCl4Si的转化均能一步实现 B.甲乙丙的转化中,若甲为焦炭,则丁可能是O2‎ C.单质硅常用作半导体材料和制作光导纤维 D.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅 答案:C 解析:粗硅与氯气在高温下化合生成四氯化硅:Si+2Cl2SiCl4,再在高温条件下用氢气还原SiCl4得到纯硅:2H2+SiCl4Si+4HCl,A正确;甲为焦炭,丁为氧气,焦炭不充分燃烧生成CO(乙),CO继续被氧气氧化生成CO2(丙),CO2(丙)在高温时被焦炭(甲)还原为CO(乙),B正确;单质硅常用作半导体材料,但不能制作光导纤维,SiO2可用来制作光导纤维,C错误;2C+SiO2Si+2CO↑,是工业上制取粗硅的主要反应,D正确。‎ ‎3.(2019山东淄博桓台一中检测)下列说法正确的是(　　)。‎ A.SiO2溶于水显酸性 B.二氧化碳通入水玻璃中可以得到白色沉淀 C.陶瓷、玻璃、水晶、玛瑙的主要成分都是硅酸盐 D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸 答案:B 解析:SiO2不溶于水,也不溶于一般的酸,但SiO2能溶于氢氟酸;水晶和玛瑙的主要成分是二氧化硅,二氧化硅不属于硅酸盐。‎ ‎4.(2019河北定州中学月考)山西博物院是太原市地标性建筑之一,下列相关说法正确的是(　　)。‎ A.展柜使用的钢化玻璃,其主要成分只有SiO2‎ B.墙体使用的砖瓦、水泥,都是硅酸盐材料 C.陈列的元青花瓷的原料有高岭土[Al2Si2O5(OH)4],也可以表示为Al2O3·SiO2·H2O D.展示的青铜器上有一层绿色物质,可能是碱式碳酸铜,此绿色物质不溶于盐酸 答案:B 解析:钢化玻璃与普通玻璃的成分相同,只是制造的工艺不同,主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅,A项错误;砖瓦和水泥都是硅酸盐材料,B项正确;高岭土[Al2Si2O5(OH)4]应该表示为Al2O3·2SiO2·2H2O,C项错误;铜绿的主要成分是碱式碳酸铜,该物质可以与盐酸反应生成氯化铜、水和二氧化碳而溶解,D项错误。‎ ‎5.(2019广西贺州平桂区平桂高级中学高三摸底考试)能证明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性的实验事实是(　　)。‎ A.CO2溶于水形成碳酸,SiO2难溶于水 B.CO2通入可溶性硅酸盐溶液中析出硅酸沉淀 C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2‎ D.HCl通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体,氯化氢通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀 答案:B 解析:氧化物的溶解性与相应酸的酸性强弱无必然联系,A项错误;CO2通入可溶性硅酸盐溶液中析出硅酸沉淀,说明硅酸的酸性比碳酸的酸性更弱,B项正确;高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2,是因为生成的CO2逸出利于反应向右进行,不能说明硅酸是弱酸,C项错误;HCl通入可溶性硅酸盐溶液中生成硅酸沉淀,因为盐酸是强酸,只能证明硅酸的酸性比盐酸的酸性弱,但不能证明硅酸的酸性比碳酸的酸性弱,D项错误。‎ ‎6.科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示:‎ 容器①中进行的反应①为Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g);容器②中进行的反应②为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。下列说法中正确的是(　　)。‎ A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3‎ C.反应①和②中HCl均作氧化剂 D.反应①和②均属于可逆反应 答案:A 解析:从反应流程容易看出,HCl可循环使用,A项正确;Si为固体,SiHCl3为液体,应该用过滤法分离两者,B项错误;反应①中HCl作氧化剂,反应②中HCl为氧化产物,C项错误;反应①和②都不是可逆反应,D项错误。‎ ‎7.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是(　　)。‎ A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体 B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:r(Mg2+)>r(Mg)‎ C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性 D.该反应中化学能全部转化为热能 答案:C 解析:元素C的单质还存在C60等同素异形体,A项错误;Mg的电子层数比Mg2+多,所以半径r(Mg)>r(Mg2+),B项错误;化学方程式为2Mg+CO22MgO+C,还原剂为Mg,还原产物为C,根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性知,Mg的还原性强于C的,C项正确;燃烧过程中除了热能还有光能等其他形式的能量放出,D项错误。‎ ‎8.下列离子方程式的书写正确的是(　　)。‎ A.水玻璃中通入过量二氧化碳:Na2SiO3+CO2+H2O2Na++CO‎3‎‎2-‎+H2SiO3‎ B.澄清石灰水中通入过量二氧化碳:Ca(OH)2+2CO2Ca2++2HCO‎3‎‎-‎ C.硅与氢氟酸的反应:Si+4H++4F-SiF4↑+2H2↑‎ D.二氧化硅溶于烧碱溶液中:SiO2+2OH-SiO‎3‎‎2-‎+H2O 答案:D 解析:Na2SiO3是强电解质,应拆成Na+、SiO‎3‎‎2-‎,通入过量CO2应生成HCO‎3‎‎-‎,A项错误;澄清石灰水中通入过量二氧化碳的离子方程式为CO2+OH-HCO‎3‎‎-‎,B项错误;氢氟酸是弱酸,不能拆分成H+和F-,C项错误。‎ ‎9.C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素,下列关于其单质及化合物的说法中正确的是(　　)。‎ A.三种元素在自然界中既有游离态又有化合态 B.C、Si、S的氧化物都属于酸性氧化物,能与碱反应 C.最低价的气态氢化物都具有还原性,一定条件下可与O2发生反应 D.其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱:H2SO4>H2SiO3>H2CO3‎ 答案:C 解析:硅是亲氧元素,硅元素在自然界中以硅酸盐、二氧化硅的形式存在,A错误;CO是不成盐氧化物,不与碱反应,B错误;最低价的气态氢化物化合价只能升高,具有还原性,一定条件下可与氧气反应,C正确;碳的非金属性比硅强,则碳酸酸性强于硅酸,酸性:H2SO4>H2CO3>H2SiO3,D错误。‎ ‎10.某溶液中含有SiO‎3‎‎2-‎、Br-、CO‎3‎‎2-‎、Na+,向该溶液中通入过量的Cl2,下列判断不正确的是(　　)。‎ A.SiO‎3‎‎2-‎和Br-浓度都会减小 B.溶液颜色会发生变化 C.该过程中不会有沉淀生成 D.离子浓度基本保持不变的只有Na+‎ 答案:C 解析:溶液中含有SiO‎3‎‎2-‎、Br-、CO‎3‎‎2-‎、Na+,向该溶液中通入过量的Cl2,溶液呈酸性,SiO‎3‎‎2-‎、CO‎3‎‎2-‎均与H+反应,前者生成H2SiO3沉淀,后者生成CO2气体,溶液中Br-与Cl2发生氧化还原反应生成Br2,故溶液中SiO‎3‎‎2-‎和Br-浓度都会减小,A项正确,C项错误;原溶液为无色溶液,通入过量的Cl2后会有Br2生成,溶液呈橙色,B项正确;Na+不与Cl2反应,故其浓度基本保持不变,D项正确。‎ 二、非选择题(本题共5小题,共50分)‎ ‎11.(8分)X是一种新型无机非金属材料,具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下:‎ 为了确定C的组成,某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀,I可用于制造光导纤维。‎ 按要求回答下列问题:‎ ‎(1)C的化学式为　　　　;X的化学式为　　　　。 ‎ ‎(2)写出下列方程式:‎ 反应①的化学方程式　 ; ‎ 反应⑦的离子方程式　 。 ‎ 答案:(1)SiCl4　Si3N4‎ ‎(2)Si+2Cl2SiCl4　SiO‎3‎‎2-‎+2H2O+2CO2H2SiO3↓+2HCO‎3‎‎-‎ 解析:本题可从I入手推断,I可用于制造光导纤维,故其为二氧化硅,F为硅酸,H为硅酸钠,E为HCl,C为四氯化硅,X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4,反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。‎ ‎12.(10分)金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性,应用广泛。‎ ‎(1)碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物,其中一种化合物R为非极性分子。碳元素在周期表中的位置是　　　　　 　　　　　　,Q是　　　　(填名称),R的电子式为　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)一定条件下,Na还原CCl4可制备金刚石。反应结束冷却至室温后,回收其中的CCl4的实验操作名称为　　　　,除去粗产品中少量钠的试剂为　　　　。 ‎ ‎(3)碳还原SiO2制SiC,其粗产品中杂质为Si和SiO2。现将20.0 g SiC粗产品加入过量的NaOH溶液中充分反应,收集到0.1 mol氢气,过滤得SiC固体11.4 g,滤液稀释到1 L。生成氢气的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,硅酸盐的物质的量浓度为　　　　　　　。 ‎ ‎(4)下列叙述正确的有　　　　(填序号)。 ‎ ‎①Na还原CCl4的反应、Cl2与H2O的反应均是置换反应 ‎②水晶、干冰熔化时克服粒子间作用力的类型相同 ‎③Na2SiO3溶液与SO3的反应可用于推断Si与S的非金属性强弱 ‎④钠、锂分别在空气中燃烧,生成的氧化物中阴阳离子数目比均为1∶2‎ 答案:(1)第二周期第ⅣA族　氧‎　‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎C‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎·‎‎·‎ ‎(2)过滤　乙醇或水(合理即可)‎ ‎(3)Si+2OH-+H2OSiO‎3‎‎2-‎+2H2↑　0.17 mol·L-1‎ ‎(4)③④‎ 解析:(1)由题意可知元素Q为O(氧),形成的化合物R为CO2,其电子式为‎ ‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎C‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎·‎‎·‎。(2)因为CCl4为液体,C(金刚石)和Na都为固体,所以用过滤法分离;除去C(金刚石)中的Na可以用水或乙醇。(3)混合物中的Si可以与NaOH溶液反应生成氢气,离子方程式为Si+2OH-+H2OSiO‎3‎‎2-‎+2H2↑。由于杂质SiO2也能生成Na2SiO3,所以可先求混合物中SiO2的质量,再求硅酸盐的物质的量浓度。‎ Si　~　2H2‎ ‎28 g　　2 mol ‎1.4 g　　0.1 mol m(SiO2)=20.0 g-11.4 g-1.4 g=7.2 g n(SiO2)=0.12 mol 所以n(Na2SiO3)=n(Si)+n(SiO2)=‎1.4 g‎28 g·mol‎-1‎+0.12 mol=0.17 mol c(Na2SiO3)=‎0.17mol‎1 L=0.17 mol·L-1。‎ ‎(4)①中Cl2与H2O的反应不是置换反应;②中水晶熔化克服的是共价键,干冰熔化克服的是分子间作用力,两者不同。‎ ‎13.(10分)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性,在国防工业中有非常重要的作用,利用铝热反应完成钢轨的焊接非常方便迅速。完成下列填空:‎ ‎(1)在特制漏斗中将铝热剂混合均匀后,引发铝热反应的操作是　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)硅与铝同周期,地壳里硅、铝的含量硅　　　　(填“>”“<”或“=”)铝。工业上制备金属铝的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分,Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2,钠长石(NaAlSi3O8)的氧化物形式为　　　　　　　　　,长石是铝硅酸盐,不同类长石其氧原子的物质的量分数相同,由此可推知钙长石的化学式为　。 ‎ ‎(4)某铝合金由Al、Si、Cu、Mg组成。①称取100 g该铝合金样品,分成等质量的A、B两份。向A中加入足量NaOH溶液,向B中加入足量的稀盐酸。②待两份反应物都充分反应之后,称得滤渣质量相差1.60 g,收集得到的两份气体的体积相差2 240 mL(标准状况下)。则100 g该铝合金样品中Si和Mg的物质的量分别是n(Si)=　　　　和n(Mg)=　　　　。 ‎ 答案:(1)铺上一层KClO3粉末,点燃插入的镁条 ‎(2)>　2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑‎ ‎(3)Na2O·Al2O3·6SiO2　CaAl2Si2O8‎ ‎(4)0.4 mol　0.6 mol 解析:(1)氧化铁与铝在高温条件下发生铝热反应生成氧化铝和铁,反应的化学方程式为Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3,为使反应顺利进行,可加入氯酸钾,为助燃剂,同时插上镁条作为引燃剂,点燃镁条时反应放出大量的热引发反应进行,所以引发铝热反应的实验操作是加少量KClO3,插上镁条并将其点燃。‎ ‎(2)地壳中含量排在前五位的元素分别是O、Si、Al、Fe、Ca,地壳里硅的含量大于铝;工业上通过电解氧化铝冶炼金属铝。‎ ‎(3)结合钠长石的化学式及化合物中各元素的化合价代数和等于0可得钙长石的氧化物形式为CaO·Al2O3·2SiO2,则钙长石的化学式为CaAl2Si2O8。‎ ‎(4)A中Al、Si与氢氧化钠溶液反应,B中Al、Mg与盐酸反应,A和B中Al反应放出的气体相等,因此两份气体差和质量差均来源于Mg、Si,Si、Mg与生成氢气的物质的量关系为Si~2H2、Mg~H2,标准状况下2 240 mL气体的物质的量为‎2.24 L‎22.4 L·mol‎-1‎=0.1 mol,通过讨论分析可知合金中Mg的质量大于Si,Si反应放出的气体体积大于Mg反应放出的气体。设A中含有的Si的物质的量为x,B中含有Mg的物质的量为y,‎ 由质量差可得:①24 g·mol-1 y-28 g·mol-1 x=1.60 g 由气体相差0.1 mol可得:②2x-y=0.1 mol,‎ 联立①②求得:x=0.2 mol,y=0.3 mol,则100 g该铝合金样品中Si和Mg的物质的量分别为0.4 mol、0.6 mol。‎ ‎14.(10分)含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信材料——光导纤维,C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎(1)与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为　　　　　　　。 ‎ ‎(2)C与氢氟酸反应的化学方程式是 　 。 ‎ ‎(3)将C与纯碱混合高温熔融时反应生成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,生成了含A的化合物F。‎ ‎①生成D和F的化学方程式分别为　　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②要将纯碱高温熔化,下列坩埚中可选用的是　　　　(填字母)。 ‎ A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚 C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚 答案:(1) ‎ ‎(2)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O ‎(3)①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑　Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓　②D 解析:含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,则A元素是Si;含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通信材料——光导纤维,则C是SiO2;C与烧碱反应生成含A元素的化合物D,则D是Na2SiO3。(1)与Si同族但相对原子质量比Si小的元素B是碳元素,其原子结构示意图为。(2)C是SiO2,SiO2与氢氟酸反应的化学方程式是SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。(3)①将SiO2与纯碱混合高温熔融时反应生成Na2SiO3,化学方程式是SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑;由于酸性:H2CO3>H2SiO3,将反应产生的CO2通入Na2SiO3水溶液中,发生反应:Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓。②要将纯碱高温熔化,坩埚应该不能与纯碱发生反应。普通玻璃坩埚中含有SiO2,能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;石英玻璃坩埚的主要成分是SiO2,能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;氧化铝坩埚的主要成分氧化铝是两性氧化物,可以像SiO2那样能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;铁坩埚与纯碱不发生反应,可以使用。‎ ‎15.(12分)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。SiH2Cl2易燃、有毒,与水接触易水解,沸点为8.2 ℃。在铜的催化作用下,HCl与硅在250~260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。‎ ‎(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料,选用A装置制取HCl,利用了浓硫酸的　　　　性。 ‎ ‎(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)按照气体从左到右的方向,制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)(填仪器接口的字母,其中装置C用到两次)。‎ ‎(4)按从左到右的顺序,前面装置C中装的药品为　　　　　　　　　　　　　　,后面装置C的作用为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会生成H2和　　　　　、　　　　　等。 ‎ ‎(6)新的制取SiH2Cl2的方法是:往硅粉中先通入Cl2,在300~350 ℃反应生成SiCl4,然后再与HCl在250~260 ℃反应,可以大大提高产率。如果通入气体次序相反,结果会　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 ‎ 答案:(1)吸水 ‎(2)Si+2HClSiH2Cl2‎ ‎(3)d　e　f　g　b　c　d ‎(4)P2O5或CaCl2　尾气处理和防止空气中的水进入B中 ‎(5)SiCl4　SiHCl3‎ ‎(6)SiH2Cl2+2Cl2SiCl4+2HCl(或SiH2Cl2+Cl2SiHCl3+HCl)‎ 解析:(1)浓硫酸有吸水性,使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl,连接C装置干燥,从f进入D中反应,SiH2Cl2从g处挥发出来,在B装置中收集,SiH2Cl2的密度比空气的大,导气管应“长进短出”,为防止空气中的水进入B中,则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的,应选用P2O5或CaCl2,后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中,应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反,SiH2Cl2会与Cl2继续反应,生成SiCl4、SiHCl3。‎