1、1第 1 节 无机非金属材料的主角硅一、选择题1硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是( )解析：选 C。玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分是 SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池板。2下列关于碳、硅的叙述正确的是( )A碳、硅都是A 族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在B二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似C二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与 NaOH 溶液反应生成相应的盐D高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料解析：选 C。自然界中含有单质碳(如金刚石、石墨)，A 错误；二氧化碳、二氧化硅的物理性质(如熔、沸点
2、)差别很大，B 错误；高纯度的晶体硅用于制造半导体材料，D 错误。3大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是( )选项 俗名 主要成分(化学式) 用途A 石英 SiO2 集成电路板B 纯碱 Na2CO3 制备玻璃C 水玻璃 Na2SiO3 制备硅胶D 铁红 Fe2O3 用作油漆和涂料解析：选 A。石英主要用于生产玻璃，也可用于制造光导纤维，晶体硅才用于制作集成电路板。4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：Na 2SiO3CO 2H 2O=2Na CO H 2SiO323B澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)
3、22CO 2=Ca2 2HCO 3C硅与氢氟酸的反应：Si4H 4F =SiF42H 2D二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO 22OH =SiO H 2O23解析：选 D。A 项，Na 2SiO3是强电解质，应拆分成 Na 、SiO ，且应生成 HCO ；B23 3项，正确写法是 CO2OH =HCO ；C 项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成 H 和 F 。 325下列叙述正确的是( )A红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰的主要成分都是硅酸盐B硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃，可用于制备硅胶和木材防火剂C制造玻璃是复杂的物理过程，玻璃的组成不同，性能不同D金刚石是自然界中硬度最大的物质，不可能与氧气发生反应解析：
4、选 B。红宝石的主要成分为 Al2O3，珍珠的主要成分为 CaCO3，水晶的主要成分为 SiO2，钻石为碳单质，A 选项错误；制造玻璃包含复杂的物理变化和化学变化，C 选项错误；金刚石是碳单质，具有碳单质的化学性质，D 选项错误。6寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为 Al2O34SiO2H2O，下列观点不正确的是( )A寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触B寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物C潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质D久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质解析：选 C。根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A 正确；寿山石中含有不同形态的 Al2O3
5、，造成其色彩丰富，B 正确；其中的氧化物 Al2O3和 SiO2不溶于水也不和水反应，在潮湿的空气中不会溶解变质，C 错误；久置于干燥空气中，会失去其中的结晶水变质，D 正确。7下列除杂方法正确的是( )ASiO 2中含 Al2O3杂质，可以加入足量 NaOH 溶液然后过滤除去BCO 2中含有 CO 杂质，可以通入盛有 CuO 的玻璃管并加热CCO 2中含有 HCl 杂质，可以通入盛有 Na2CO3溶液的洗气瓶DNa 2CO3溶液中含有 Na2SiO3杂质，可以通入足量的 CO2，然后过滤除去解析：选 B。A 项，SiO 2、Al 2O3均与 NaOH 溶液反应；C 项，应通入盛有饱和 NaH
6、CO3溶液的洗气瓶；D 项，引入了 NaHCO3杂质。8水玻璃(Na 2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO 2：65%70%、C：30%35%)制取水玻璃的工艺流程：下列说法正确的是( )A原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值B操作 A 与操作 B 完全相同C该流程中硅元素的化合价发生改变3D反应器中发生的反应为氧化还原反应解析：选 A。A 项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B 项，操作 A 为过滤，操作 B 为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C 项，二氧化硅中，硅元素的化合价是
7、4 价，硅酸钠中，硅元素的化合价也是4 价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D 项，反应器中发生的反应为SiO22NaOH= =Na2SiO3H 2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。9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：容器中进行的反应为Si(粗)3HCl(g) SiHCl3(l)H 2(g)；容器= = = = = 中进行的反应为SiHCl 3H 2 Si(纯)3HCl。下列说法正确的是( )= = = = =高 温 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 SiHCl3C反应和中 HCl 均作氧化
8、剂 D反应和互为可逆反应解析：选 A。该工艺流程中 HCl 和 H2可循环使用；分离 Si 与 SiHCl3可用过滤的方法；反应中 HCl 是生成物，是氧化产物；反应、不在同一条件下进行，不是可逆反应。10浓度相同的 NaOH 溶液各 100 mL 倒入 A、B、C 三个烧杯中，分别向三份溶液中通入不等量的 CO2，充分反应后，再向三份所得溶液中逐滴加入 0.2 molL1 的盐酸，产生CO2的体积与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列判断不正确的是( )A原 NaOH 溶液的浓度为 0.2 molL1BB 烧杯中通入的 CO2体积为 448 mL(标准状况)C通入 CO2后，A 烧杯中的溶质
9、为 Na2CO3和 NaHCO3D通入 CO2后，C 烧杯中溶质成分的物质的量之比为 n(NaOH) n(Na2CO3)21解析：选 B。CO 2通入 NaOH 溶液，可能发生反应 2NaOHCO 2=Na2CO3H 2O 或NaOHCO 2=NaHCO3，由图示可知，滴加盐酸时均不直接产生 CO2气体，且最终完全反应消耗的盐酸均为 100 mL 生成 NaCl，由原子守恒得 n(Na ) n(Cl )，即 n(NaOH) n(HCl)，4故 c(NaOH) 0.2 molL1 ，A 正确；B 烧杯中从开n(NaOH)V(NaOH) 0.2 molL 10.1 L0.1 L始加入盐酸到开始产生
10、气体与从开始产生气体到气体完全放出需盐酸相同，即通入 CO2后生成的溶液为 Na2CO3溶液，据 2NaOHCO 2可知 n(CO2) 0.01 0.2 molL 10.1 L2mol，标准状况下 V(CO2)224 mL，B 错误；A 烧杯中未产生气体消耗的盐酸小于气体完全生成消耗的盐酸，故溶质为 Na2CO3和 NaHCO3，C 正确；C 烧杯中通入 CO2未产生气体消耗的盐酸大于气体完全放出消耗的盐酸，故溶液溶质为 Na2CO3和 NaOH， n(Na2CO3) n(NaHCO3)(10075)10 3 0.2 mol510 3 mol，故 n(NaOH)(500)10 3 0.2 mo
11、l110 2 mol，即 n(NaOH) n(Na2CO3)21，D 正确。二、非选择题11硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的 90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是_。A陶瓷 B玻璃C水泥 D生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO 2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_，工艺师常用_(填物质名称)来雕刻玻璃。(3)用 Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明 Na2SiO3可用作_。Na 2SiO3可通过 SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是_。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)工业上常用 2C
12、SiO 2 Si2CO制备粗硅，该反应中所含元素化= = = = =高 温 合价升高的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。解析：(1)生石灰(CaO)不含 Si 元素，不属于硅酸盐。(2)SiO 2与 HF 反应，所以通常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)含有 SiO2的坩埚可与 Na2CO3反应，Al 2O3也可与 Na2CO3反应。答案：(1)D (2)SiO 22NaOH= =Na2SiO3H 2O 氢氟酸 (3)防火剂 D (4)C SiO 212分别取等物质的量浓度的氢氧化钠溶液各 100 mL，再通入一定量的 CO2，随后分别各取 20 mL 溶液，向其中逐滴滴入 0.2 mol/L
13、的盐酸，在标准状况下产生 CO2的体积( y轴)与所加入盐酸的体积( x 轴)的关系如下图(分 A、B 两种情况)：5(1)在 A 情况下，溶质是_(填化学式)，其物质的量之比为_。在 B 情况下，溶质是_(填化学式)，其物质的量之比为_。(2)原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为_。解析：(1)CO 2通入 NaOH 溶液中进行反应时，据 CO2量与 NaOH 量的相对多少，有两个阶段：CO 22NaOH= =Na2CO3H 2O，此时溶质可能为 NaOH 和 Na2CO3或只有 Na2CO3(刚好反应)；Na 2CO3CO 2H 2O=2NaHCO3，此时溶质可能为 Na2CO3和 NaHCO3
14、或只有 NaHCO3。据图分析：B 情况最终生成的 CO2(其实就是最初通入的与 NaOH 溶液反应的 CO2)是 A 情况的 2倍。(2)当加入 150 mL 盐酸时，恰好完全反应，此时溶液中溶质为 NaCl。据元素守恒有n(NaOH) n(Na ) n(Cl )0.2 mol/L0.15 L0.03 mol，所以原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为 0.03 mol/0.02 L1.5 mol/L。答案：(1)NaOH、Na 2CO3 11Na2CO3、NaHCO 3 11(2)1.5 mol/L13综合利用 CO2、CO 对构建低碳社会有重要意义。(1)Li2O、Na 2O、MgO 均能吸收
15、CO2。如果寻找吸收 CO2的其他物质，下列建议合理的是_(填字母)。A可在碱性氧化物中寻找B可在A、A 族元素形成的氧化物中寻找C可在具有强氧化性的物质中寻找(2)Li4SiO4可用于吸收、释放 CO2，原理是在 500 ，CO 2与 Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至 700 ，反应逆向进行，放出 CO2，Li 4SiO4再生，写出 CO2与Li4SiO4反应的化学方程式：_。(3)如图所示，利用缺铁氧化物(如 Fe0.9O)可实现 CO2的综合利用、构建低碳环保社会。过程反应中二氧化碳作_(填“氧化”或“还原”)剂，每生成 3 mol 的Fe3O4可转化 CO2的体积为_
16、(标准状况)。请说明该转化的优点：_。解析：(1)A 项，Li 2O、Na 2O、MgO 均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物 CO2，可在6碱性氧化物中寻找吸收 CO2的其他物质，故 A 正确；B 项，Li 2O、Na 2O、MgO 均能吸收 CO2，锂与钠、镁为A、A 族元素，所以可在A、A 族元素形成的氧化物中寻找吸收 CO2的其他物质，故 B 正确；C 项，Li 2O、Na 2O、MgO 均能吸收 CO2，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原反应无关，故 C 错误。(2)在 500 ，CO 2与 Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为 CO2与 Li4SiO4，生成物
17、有 Li2CO3，根据质量守恒可知产物还有 Li2SiO3，所以化学方程式为 CO2Li 4SiO4 Li2CO3Li 2SiO3。(3)根据图示可知，Fe 0.9O 可以 500 700将 CO2转化为 Fe3O4和 C，过程反应的化学方程式为 Fe0.9O CO2= Fe3O4 C，可知110 310 110生成 3 mol 的 Fe3O4消耗 1 mol CO2，而 Fe3O4又在太阳能高温作用下分解为 Fe0.9O 和氧气，可实现铁的氧化物的循环利用。答案：(1)AB (2)CO 2Li 4SiO4 Li2CO3Li 2SiO3 (3)氧化 22.4 L 将 500 700CO2转化为
18、 C 和 O2；利用了太阳能；Fe 3O4可循环使用14硅是人类文明发展的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)工业生产粗硅的反应有 SiO22C Si(粗)2CO，SiO 23C= = = = =3 273 K SiC2CO。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为 11，则参加= = = = =3 273 K 反应的 C 和 SiO2的质量之比为_。(2)工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：若反应为 Si(粗)3HCl SiHCl3H 2，则反应的化学方程式为= = = = =553 573 K _。设每一轮次制备 1 mol 纯硅，且生产过程中硅元素
19、没有损失，反应中 HCl 的利用率为 90%，反应中 H2的利用率为 93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入 HCl 和 H2的物质的量之比是_ 。解析：(1)将两方程式叠加，可知 C 和 SiO2的物质的量之比为 52，因此质量比为(512)(260)12。(2)由流程图可知反应是 SiHCl3和 H2反应生成纯硅和 HCl，因此化学方程式为SiHCl3H 2 Si(纯)3HCl。= = = = =1 373 1 453 K 7由题中条件可知：Si(粗)3HCl SiHCl3H 2= = = = =553 573 K 1 mol 3 mol 1 molSiHCl3H 2 Si(纯)3HCl= = = = =1 373 1 453 K 1 mol 1 mol 3 mol由以上数据可知循环生产中只能产生 3 mol HCl，但 HCl 的利用率是 90%，因此需要增加( 3) mol HCl，循环生产中只产生 1 mol H2，但 H2的利用率为 93.75%，因此需增390%加( 1) mol H 2，所以补充投入 HCl 和 H2的物质的量之比为( 3)( 1)193.75% 390% 193.75%51。答案：(1)12(2)SiHCl 3H 2 Si(纯)3HCl= = = = =1 373 1 453 K 51
