2020_2021学年高中化学专题3从矿物到基础材料3_1硅酸盐和硅单质课时作业含解析苏教版必修1

2020_2021学年高中化学专题3从矿物到基础材料3_1硅酸盐和硅单质课时作业含解析苏教版必修1

课时作业22　硅酸盐和硅单质 时间：45分钟　　满分：100分 一、选择题(每小题4分，共44分)‎ ‎1．下列关于硅及其化合物的说法不正确的是(　B　)‎ A．水玻璃可用作木材防火剂 B．硅是制造光导纤维的材料 C．硅是制造太阳能电池的常用材料 D．硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 解析：水玻璃是硅酸钠的水溶液，硅酸钠不燃烧也不支持燃烧，所以水玻璃可用作木材防火剂，故A正确；二氧化硅是制造光导纤维的材料，故B错误；硅是一种半导体材料，是制造太阳能电池的常用材料，故C正确；岩石和矿物中含有硅酸盐、二氧化硅，所以硅是构成一些岩石和矿物的基本元素，故D正确。‎ ‎2．下列表述正确的是(　D　)‎ ‎①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅　②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐　③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料　④夏天到了，游客配戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛　⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能 A．①②③　　　　　　　　　 B．②④‎ C．③④⑤ D．③⑤‎ 解析：人造刚玉的主要成分是氧化铝；玛瑙的主要成分是二氧化硅；水泥的主要成分是硅酸盐；变色玻璃是含有溴化银(或氯化银)和微量氧化亚铜的玻璃；太阳能电池的使用开辟了新的能源，有利于环保和节能，故正确答案为D。‎ ‎3．下列有关说法正确的是(　D　)‎ A．硅酸钠溶液与醋酸混合的离子方程式为SiO＋2H＋===H2SiO3↓‎ B．向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，说明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强 C．SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维 D．单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 解析：CH3COOH是弱电解质，不能写为离子形式，正确的离子方程式为SiO＋2CH3COOH===H2SiO3↓＋2CH3COO－，A错误；根据强酸制弱酸的原理，应该是H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，B错误；SiO2没有导电性，SiO2‎ 9‎ 可以用于制备光导纤维，C错误；单质硅是半导体材料，利用硅制成的光电池可将太阳能直接转变为电能，D正确。‎ ‎4．歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　C　)‎ A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2‎ B．性质稳定，不易脱色 C．易溶解于强酸和强碱 D．x等于6‎ ‎5．下列各种应用中，利用了硅元素的还原性的是(　B　)‎ A．用晶体硅制造集成电路、晶体管等半导体器件 B．在野外，用硅、石灰、烧碱的混合物制取氢气：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH===Na2SiO3＋CaO＋2H2↑‎ C．用氢氟酸刻蚀玻璃：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O D．单质硅的制备：SiO2＋2CSi＋2CO↑‎ 解析：用晶体硅制造集成电路、晶体管等半导体器件，利用的是硅的半导体性能，A错误；在野外，用硅、石灰、烧碱的混合物制取氢气：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH===Na2SiO3＋CaO＋2H2↑，在反应中硅元素化合价升高，利用的是硅的还原性，B正确；用氢氟酸刻蚀玻璃：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，在反应中各元素的化合价均不变，不是氧化还原反应，C错误；在SiO2＋2CSi＋2CO↑反应中硅元素的化合价降低，利用的是二氧化硅的氧化性，D错误。‎ ‎6．下列关于碳和硅的比较，正确的是(　B　)‎ A．它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸 B．碳和硅的最高正价都是＋4价 C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位 D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态 解析：SiO2不溶于水也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅，因为硅是一种亲氧元素。答案为B。‎ ‎7．下列叙述正确的是(　D　)‎ ‎①氧化铝是一种比较好的耐火材料，可用来制造耐火坩埚 ‎②氧化铁常用来制作红色油漆和涂料 ‎③硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料 ‎④以纯碱、石灰石、石英为原料可制普通玻璃 9‎ ‎⑤石灰石、高岭石、石英和水晶的主要成分是SiO2‎ A．①③④⑤ B．②③④⑤‎ C．①②④⑤ D．①②③④‎ 解析：①氧化铝的熔、沸点高，是一种比较好的耐火材料，可用来制造耐火坩埚，正确；②氧化铁是红棕色的固体，常用来制作红色油漆和涂料，正确；③硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料，正确；④以纯碱、石灰石、石英为原料可制普通玻璃，正确；⑤石灰石的主要成分是CaCO3，高岭石的主要成分是硅酸盐，石英和水晶的主要成分是SiO2，错误。因此上述说法正确的是①②③④，答案是D。‎ ‎8．常温下，下列物质不发生反应的一组是(　D　)‎ ‎①硅与NaOH溶液　②硅与盐酸　③硅与氢氟酸　④二氧化硅与碳酸钠　⑤二氧化硅与NaOH溶液　⑥二氧化硅与浓硝酸 A．①②④ B．③④⑥‎ C．②⑤⑥ D．②④⑥‎ 解析：硅在常温下只能与F2、氢氟酸、NaOH溶液发生反应；二氧化硅与碳酸钠在高温下能反应；二氧化硅是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应，但不能与HNO3反应，故D选项符合题意。‎ ‎9．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法。”下列说法错误的是(　D　)‎ A．黏土是制作砖瓦和陶瓷等的主要原料 B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化 C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 解析：黏土是制作砖瓦和陶瓷等的主要原料，A项正确；“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化，B项正确；C项正确；沙子的主要成分为SiO2，黏土的主要成分为硅酸盐，D项错误。‎ ‎10．从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：‎ ‎①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑‎ ‎②Si(粗)＋2Cl2SiCl4‎ ‎③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 关于上述反应的分析不正确的是(　D　)‎ A．①、③是置换反应，②是化合反应 9‎ B．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子 C．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅 D．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅 解析：在这三个反应中，①、③是置换反应，②是化合反应，所以A正确；这三个反应都是氧化还原反应，其中硅的化合价都变化了4价，所以每消耗或生成28 g硅(即1 mol Si)，都转移 4 mol电子，故B正确；在氧化还原反应中，还原剂的还原性强于还原产物的还原性，在反应①，C是还原剂，Si是还原产物，在反应③中，H2是还原剂，Si是还原产物，所以在高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅，故C正确；这些反应并不是混合在一起同时进行的，所以高温下把石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合是得不到高纯硅的，故D错误。‎ ‎11．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示：‎ 下列说法错误的是(　B　)‎ A．Y、Z分别为H2、Cl2‎ B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为11‎ C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价 D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应 解析：电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，Y和Z点燃化合，其中Y还能将硅元素从其化合物中还原出来，这说明Y、Z分别为H2、Cl2，A正确；制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅：3C＋SiO2SiC＋2CO↑，在该副反应中碳既是氧化剂，也是还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为12，B错误；SiHCl3中H是＋1价，Cl是－1价，则硅元素的化合价为＋2价，C正确；氢气与SiHCl3制备多晶硅的反应为SiHCl3＋H2Si＋3HCl，属于置换反应，D正确。‎ 二、非选择题(共56分)‎ 9‎ ‎12．(10分)氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。‎ ‎(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是AC。‎ A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应 B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐 C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料 D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅 ‎(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比362反应生成两种化合物。‎ ‎①该反应的化学方程式为3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。‎ ‎②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为79。‎ 解析：(1)SiO2与N2、C反应前后，N、C元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。‎ ‎(2)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6C―→Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应方程式为3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。②根据反应：3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO，分析各元素化合价变化可知，Si、O元素反应前后化合价没有变化，氮元素价态降低，为氧化剂，碳元素价态升高为还原剂，其质量比为2 mol×28 g/mol(6 mol×12 g/mol)＝79。‎ ‎13．(10分)元代青花瓷的制作原料采用瓷土加高岭土[主要成分Al2Si2O5(OH)x]的“二元配方”，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1 300 ℃左右高温一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。‎ ‎(1)下列说法正确的是D。‎ A．高岭土化学式中x＝2‎ B．钾长石能完全溶于盐酸 C．烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化，但没有化学变化 D．青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品 ‎(2)工业上可利用海边石英砂生产粗硅，其主要原理：‎ SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑。‎ 工业上可通过下图所示流程由粗硅进一步制纯硅：‎ 9‎ ‎①反应a的化学方程式为Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)，反应b的化学方程式为SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。‎ ‎②以上工艺中可循环使用的物质是H2、HCl。‎ ‎③若上述两步反应中硅元素的利用率均为80%，制粗硅时有10%的SiO2转化为SiC，则生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂125吨。‎ 解析：(1)根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得2×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋x·(－2＋1)＝0，解得x＝4，A错误；钾长石与盐酸反应生成不溶于盐酸的硅酸，B错误；根据传统硅酸盐的制造过程可知，烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，C错误；青花瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品，D正确。‎ ‎(2)①根据元素守恒可知，反应b的反应物为SiHCl3、H2，生成物为Si(纯)、HCl：SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。②根据反应a、b可知，反应a产生的H2是反应b的反应物，反应b产生的HCl是反应a的反应物，所以H2、HCl是可循环使用的物质。③由硅原子守恒，×(1－10%)×80%×80%＝，得m＝125(吨)。‎ ‎14．(10分)A元素的单质是重要的半导体材料，含A元素的化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。‎ ‎(1)A的原子结构示意图为。‎ ‎(2)易与C发生化学反应的酸是氢氟酸，发生反应的化学方程式是SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。‎ ‎(3)C与纯碱混合高温熔融时，发生化学反应生成D，同时还生成氧化物B；将全部的B与全部的D在足量的水中混合，又发生化学反应生成含A的化合物E。写出生成D和E的化学方程式 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。‎ ‎(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是50%。‎ 解析：‎ 9‎ ‎(1)A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅。‎ ‎(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。‎ ‎(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，碳酸的酸性强于硅酸的，故在水溶液中能发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。‎ ‎(4)CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过关系式CaCO3～CO2列式求解。‎ ‎15．(15分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。实验室制备四氯化硅的装置如图所示。‎ 相关信息如下：‎ a．四氯化硅遇水极易水解；‎ b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；‎ c．有关物质的物理性质见下表：‎ 物质 SiCl4‎ BCl3‎ AlCl3‎ FeCl3‎ PCl5‎ 沸点/℃‎ ‎57.7‎ ‎12.8‎ ‎－‎ ‎315‎ ‎－‎ 熔点/℃‎ ‎－70.0‎ ‎－107.2‎ ‎－‎ ‎－‎ ‎－‎ 升华温度/℃‎ ‎－‎ ‎－‎ ‎180‎ ‎300‎ ‎162‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)写出装置A中发生反应的离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。‎ ‎(2)装置A中g管的作用是平衡压强；装置C中的试剂是浓硫酸；装置E中h瓶冷却的目的是使SiCl4冷凝。‎ ‎(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是Al、P、Cl(填写元素符号)。‎ ‎(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理将铁元素还原成Fe2＋，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原反应，反应的离子方程式是5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。‎ ‎①如何知道反应恰好完成，请说明理由高锰酸钾溶液呈紫红色，与Fe2＋‎ 9‎ 反应时褪色，当滴入高锰酸钾溶液不褪色时反应恰好完成。‎ ‎②某同学称取5.000 g残留物，预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL溶液，用1.000×10－2 mol·L－1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是4.48%。‎ 解析：制备四氯化硅的原料为Cl2和Si。A装置为Cl2的制备装置，B、C装置为除杂装置；先用B装置除去HCl，再用C装置(浓硫酸)除去水蒸气；Cl2通入粗硅中反应，用水将产生的SiCl4冷凝即可。(1)用浓盐酸和MnO2在加热条件下反应制取氯气。(2)g管将分液漏斗与烧瓶相连，使它们压强相等，便于浓盐酸顺利滴下。SiCl4的沸点为57.7 ℃，而反应的温度很高，故需要冷凝收集。(3)由表中数据可知h瓶收集到SiCl4、AlCl3、FeCl3和PCl5，AlCl3、FeCl3、PCl5都会在精馏后的残留物中存在，故残留液中还有Al、P、Cl元素。(4)①高锰酸钾溶液呈紫红色，与Fe2＋反应时褪色，当滴入高锰酸钾溶液不褪色时反应恰好完成。②根据方程式可以找出关系式5Fe2＋～MnO，n(Fe)＝1.000×10－2 mol·L－1×20.00×10－3 L×5×＝4×10－3 mol。w(Fe)＝4×10－3 mol×56 g·mol－1÷5.000 g×100%＝4.48%。‎ ‎16．(11分)玻璃与人们的生产生活密切相关，玻璃制品随处可见。‎ ‎(1)一般住宅的玻璃窗是普通玻璃，制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英，将原料粉碎后放入玻璃窑中在高温条件下发生反应即可制得玻璃，则普通玻璃的主要成分是CaSiO3、Na2SiO3、SiO2。‎ ‎(2)某玻璃用三种氧化物的组合形式表示组成时，其中Na2O、CaO、SiO2的质量之比为3128180，则此玻璃的组成为B(填序号)。‎ A．Na2O·CaO·6H2SiO3‎ B．Na2O·CaO·6SiO2‎ C．2Na2O·2CaO·9SiO2‎ D．6Na2O·6CaO·SiO2‎ ‎(3)我们看到的普通玻璃，一般都呈淡绿色，这是因为制造玻璃的原料中混有Fe2＋。若在原料中加入下列物质，则可制得各种不同玻璃。‎ A．氧化亚铜(Cu2O)‎ B．氧化钴(Co2O3)‎ C．氧化铅(PbO)‎ D．硼砂(Na2B4O7·10H2O)‎ ‎①制造化学仪器的玻璃需加入的物质可能是D(填序号，下同)。‎ ‎②制造光学仪器的玻璃需加入的物质可能是C。‎ ‎③制造蓝色玻璃需加入的物质可能是B。‎ 9‎ ‎④制造红色玻璃需加入的物质可能是A。‎ 解析：(1)区别普通玻璃的主要制造原料和主要成分的关键是掌握生产普通玻璃的反应方程式：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。(2)n(Na2O)n(CaO)n(SiO2)＝＝116。(3)原料中加有硼砂的玻璃能耐酸碱腐蚀；光学玻璃中常加有PbO；Cu2O为红色；Co2O3为蓝色。‎ 9‎