课后提升训练无机非金属材料的主角硅.docx

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课后提升训练无机非金属材料的主角硅

课后提升训练十七

无机非金属材料的主角——硅

（30分钟　50分）

一、选择题（本题包括6小题，每小题5分，共30分）

1.如图所示，用胶头滴管向用石蜡围成的“化学”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“化学”的字样，则该溶液是（　　）

A.盐酸　　　　　　　　B.氢氟酸

C.烧碱D.饱和食盐水

【解析】选B。

氢氟酸可与二氧化硅反应：

SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O，运用这个反应，在玻璃上进行刻蚀可制成毛玻璃和雕花玻璃等。

【补偿训练】

下列关于硅的说法中，不正确的是（　　）

A.硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体

B.单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石硬度小，熔点低

C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应

D.加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

【解析】选C。

硅虽然外形像金属（有金属光泽），但实际上属于非金属；硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅晶体比金刚石的硬度小，熔点低；硅的化学性质不活泼（尤其是在常温下），但常温下仍能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发生反应。

2.将足量CO2气体通入Na2SiO3溶液中，然后加热蒸干所得溶液，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（　　）

A.Na2SiO3　　　　　　　　　B.Na2CO3、Na2SiO3

C.Na2CO3、SiO2D.SiO2

【解析】选A。

将足量CO2气体通入Na2SiO3溶液中，发生反应2CO2+Na2SiO3+2H2O

H2SiO3↓+2NaHCO3。

加热蒸干、高温灼烧时发生反应H2SiO3

H2O+SiO2，2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O，SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑。

各物质间存在如下关系：

H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2，2NaHCO3～Na2CO3～SiO2。

由上述关系可知，最后所得的固体物质是Na2SiO3。

【补偿训练】

CO2通入下列各溶液中，不可能产生固体的是（　　）

A.CaCl2溶液

B.石灰水

C.饱和Na2CO3溶液

D.Na2SiO3溶液

【解析】选A。

A项，CO2通入CaCl2溶液中，CO2与CaCl2不发生反应。

B项，酸性氧化物能与碱发生反应，故有反应Ca（OH）2+CO2

CaCO3↓+H2O发生。

C项，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，发生反应NaCO3+CO2+H2O

2NaHCO3，因为在相同温度下，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，故会析出NaHCO3固体。

D项，因为H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以CO2通入Na2SiO3溶液中会发生反应生成白色胶状沉淀H2SiO3，该反应为Na2SiO3+CO2+H2O

H2SiO3↓+Na2CO3。

3.（2017·太原高一检测）下列说法正确的是（　　）

A.光导纤维的主要成分是硅

B.常用氢氟酸（HF）来刻蚀玻璃

C.制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英

D.实验室用带玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液

【解析】选B。

A项，光导纤维的主要成分是二氧化硅，不正确；C项，制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英，不正确；D项，保存氢氧化钠溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶，因为NaOH与玻璃的主要成分SiO2反应生成的硅酸钠是一种矿物胶，时间长了会打不开瓶塞，不正确。

4.近年来科学家才得知大多数古瓷中所用颜料为硅酸盐，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（　　）

A.可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2

B.性质稳定，不易脱色

C.易溶于强酸和强碱

D.x等于6

【解析】选C。

BaCuSi2Ox中Ba为+2价，Cu为+2价，Si为+4价，O为-2价，由化合价规则：

（+2）+（+2）+2×（+4）+（-2）×x=0，得x=6，则用氧化物形式表示硅酸铜钡为BaO·CuO·2SiO2，A、D项正确；由题干信息可知硅酸铜钡性质稳定，不易脱色，故B项正确，C项错误。

【补偿训练】

昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22（OH）2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为（　　）

A.CaO·MgO·SiO2·H2O

B.2CaO·5MgO·8SiO2·H2O

C.2CaO·MgO·SiO2·2H2O

D.5CaO·2MgO·8SiO2·H2O

【解析】选B。

根据昆仑玉的化学式，将Ca、Mg、Si、H分别写成氧化物的形式，再调整各氧化物前的计量数并使其原子组成与昆仑玉的化学式一致，可得昆仑玉用氧化物的形式表示为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。

5.有下列四个变化：

①Na2CO3

Na2SiO3，②SiO2→H2SiO3，③Na2SiO3→Na2CO3，④Ca（NO3）2→CaSiO3，其中不能通过一步反应实现的是（　　）

A.①②　　B.②④　　C.③④　　D.只有②

【解析】选D。

Na2CO3可以和SiO2在高温下反应得到Na2SiO3；SiO2是不溶于水的酸性氧化物，不能和水反应生成H2SiO3；向Na2SiO3溶液中通入适量的CO2可得到Na2CO3；Ca（NO3）2溶液和Na2SiO3溶液反应可得到CaSiO3。

【补偿训练】

下列变化中不能一步实现的是（　　）

A.H2SiO3→SiO2　　　　B.SiO2→H2SiO3

C.Si→SiO2　　　　　　D.SiO2→Si

【解析】选B。

H2SiO3不稳定，加热分解可生成SiO2；Si加热时可与O2反应生成SiO2；高温下SiO2可与C反应生成Si，A、C、D项正确；SiO2不溶于水，也不能直接与水反应生成H2SiO3。

6.（2017·揭阳高一检测）能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（　　）

A.CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能跟水直接反应生成硅酸

B.在高温条件下，SiO2和Na2CO3能发生反应：

SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑

C.SiO2熔点比CO2高

D.CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶

【解析】选D。

SiO2与CO2的结构不同，SiO2的熔点高，硬度大，既不溶于水也不能与水直接反应生成H2SiO3，但不能证明H2CO3酸性比H2SiO3强，A、C错；反应SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑是在高温下进行，因为CO2为气体，脱离反应体系而使反应得以进行，但不能证明H2CO3与H2SiO3的酸性强弱；CO2通入Na2SiO3溶液生成H2SiO3，符合强酸制弱酸规律，符合题意。

【补偿训练】

下列说法中不正确的是（　　）

A.因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸，或者说SiO2不是H2SiO3的酸酐

B.CO2通入硅酸钠溶液可以得到硅酸胶状沉淀

C.SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大

D.氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸

【解析】选A。

酸酐是含氧酸脱去一分子或几分子水后剩余的部分，与其水溶性无关，SiO2是H2SiO3的酸酐，故A项错误；B项发生的反应是Na2SiO3+CO2（少量）+H2O

H2SiO3↓+Na2CO3；D项发生的反应是SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O。

二、非选择题（本题包括2小题，共20分）

7.（8分）欲除去下表中固体物质中的杂质（括号内物质为杂质），请选择下面提供的试剂和操作，并将序号填在表内。

供选试剂：

A.盐酸；B.烧碱溶液；C.氧气；D.水；E.CO2；F.不用其他试剂。

供选操作：

①加热；②加热熔融；③过滤；④蒸发结晶。

含杂质的物质

所加试剂

主要操作

（1）SiO2（NaHCO3）

（2）SiO2（CaCO3）

（3）SiO2（Si）

（4）NaCl（SiO2）

【解析】

（1）除去SiO2中的NaHCO3可用水溶解，然后过滤。

（2）除去SiO2中的CaCO3可先用盐酸溶解，然后再过滤。

（3）除去SiO2中的Si可用加热法，Si+O2

SiO2。

（4）因NaCl溶于水而SiO2不溶于水，所以除去NaCl中的SiO2可先溶解过滤，然后蒸发结晶。

答案：

（1）D　③　

（2）A　③（3）C　①　（4）D　③④

【补偿训练】

氮化硅（Si3N4）是一种重要的结构陶瓷材料，属于新型功能性陶瓷产品，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃时反应获得。

（1）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。

试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：

______________________________________ 

___________________________________________________________________。

（2）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅及氯化氢，反应的化学方程式为 __________________________________

___________________________________________________________________。

（3）沸石是一种含结晶水的、具有多孔结构的铝硅酸盐，化学式为Na2[Al2Si3O10（H2O）2]，若以氧化物形式可表示为  ________ ________ ________

 ________ ________ ________ ________ ________ ________ ____________。

【解析】

（1）根据题目信息可知，Si3N4与氢氟酸反应，因Si3N4中硅元素化合价为+4价，氮元素化合价为-3价，故其生成物应为SiF4和NH3。

（2）根据质量守恒，SiCl4与N2、H2在高温下反应时，除生成Si3N4外，另一种生成物为HCl。

（3）以氧化物形式表示硅酸盐组成时，应注意氧化物的书写顺序：

金属氧化物→SiO2→H2O，当有多种金属氧化物时则按金属活动性顺序排列，同时要注意原子守恒。

答案：

（1）Si3N4+12HF

3SiF4↑+4NH3↑

（2）3SiCl4+2N2+6H2

Si3N4+12HCl

（3）Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O

8.（12分）（能力挑战题）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）在元素周期表中，A位于________族，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________________，A与B在原子的电子层结构上的相同点是________________。

（2）易与C发生化学反应的酸是__________，反应的化学方程式是_ ________

 ________ _________。

（3）将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成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，又发生化学反应生成含A的化合物F。

①分别写出生成D和F的化学反应方程式：

  ________ ________ ________ ___

_ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ __。

②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是_ _______________。

A.普通玻璃坩埚B.石英玻璃坩埚

C.氧化铝坩埚D.铁坩埚

（4）100gC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11.2L，100g混合物中石灰石的质量分数是___ _____________。

【解析】

（1）A的单质可作半导体材料，可知A为Si，位于ⅣA族，与之同族且相对原子质量较小的是碳元素，两者共同点是最外层均有4个电子。

（2）C为SiO2，易与氢氟酸反应生成SiF4和H2O。

（3）SiO2与纯碱高温反应生成Na2SiO3（D）和CO2（E），Al2O3高温下也与碱性物质反应。

（4）不论CaCO3过量与否，生成的CO2由CaCO3决定，由关系式CaCO3～CO2得

=

，解得m（CaCO3）=50g。

混合物中石灰石的质量分数为

×100%=50%。

答案：

（1）ⅣA　

　最外层均有4个电子

（2）氢氟酸　SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O

（3）①SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑；Na2SiO3+CO2+H2O

Na2CO3+H2SiO3↓　②A、B、C

（4）50%

【补偿训练】

（2017·洛阳高一检测）在半导体工业中有这样一句话：

“从沙滩到用户”，其中由粗硅制纯硅的常用方法为Si（粗）+2Cl2

SiCl4　SiCl4+2H2

Si（纯）+4HCl。

若在25℃101kPa条件下反应生成HCl气体49L（注：

25℃101kPa条件下气体摩尔体积为24.5L·mol-1），则：

（1）反应生成HCl气体的质量为________，转移电子的个数为________。

（2）反应生成的HCl气体溶于127mL水中，得到密度为1.20g·mL-1的盐酸，此盐酸的物质的量浓度为________。

（3）“从沙滩到用户”涉及多个反应，其中制取粗硅的反应方程式为_ ______

 ________ ________ _________。

纯净的石英与烧碱反应可以制得水玻璃，反应的离子方程式为  ________ ____

_ ________ ________ ________ ________ ________ ________ _________。

（4）普通玻璃若以氧化物形式表示其组成为（质量分数）：

Na2O13%，CaO11.7%，SiO275.3%。

现以石灰石、纯碱和石英为原料生产这种玻璃10t，石灰石的利用率为80%，纯碱和石英的利用率为95%，至少需要上述原料的质量是________t（保留两位小数）。

【解析】

（1）25℃101kPa条件下气体摩尔体积为24.5L·mol-1，49LHCl气体的物质的量为2mol，其质量为2mol×36.5g·mol-1=73g，两个反应共转移电子个数为4NA。

（2）溶质质量为73g，水的质量为127g，所以溶液体积为

=

L，则盐酸的物质的量浓度是

=12mol·L-1。

（3）制取粗硅是用碳还原二氧化硅，其方程式为SiO2+2C

Si（粗）+2CO↑，石英的主要成分是SiO2，与烧碱反应制取水玻璃，反应的离子方程式为SiO2+2OH-

Si

+H2O。

（4）10t这种玻璃中含Na2O1.3t，CaO1.17t，SiO27.53t，由

CaCO3　～　CaO

10056

0.8x1.17t

所需CaCO3的质量x=

≈2.61t

Na2CO3　～　Na2O

10662

0.95y1.3t

所需Na2CO3的质量为y=

≈2.34t

所需SiO2的质量为

≈7.93t

则至少需要上述原料的质量为

2.61t+2.34t+7.93t=12.88t。

答案：

（1）73g　4NA

（2）12mol·L-1　

（3）SiO2+2C

Si（粗）+2CO↑

SiO2+2OH-

Si

+H2O

（4）12.88