1、1第四章 非金属及其化合物第一讲 无机非金属材料的主角硅(计时：45 分钟 满分：100 分)一、选择题(本大题共 10 小题，每小题 5 分，共 50 分)1下列说法中，不正确的是( )ASiO 2 是酸性氧化物，但不与水反应B泡花碱属于盐类C明矾和漂白粉均可用于自来水的杀菌、消毒D玻璃和陶瓷都属于传统硅酸盐材料解析 明矾中的铝离子水解得到氢氧化铝胶体，其具有吸附作用，可以净水但不能杀菌、消毒；漂白粉具有强氧化性，具有杀菌、消毒作用。答案 C2下列关于硅的说法中，不正确的是( )A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体C硅的化学性质不
2、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 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽) ，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。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、氟化氢和 NaOH 溶液等 发生反应，加热至一定温度时，硅能与 氯气、氧气等非金属发生反应。答案 C23下列离子方程式不正确的是( )A向烧碱溶液中通入过量的二氧化碳：2OH CO 2=COH 2O23B向纯碱溶液中通入足量的二氧化碳：CO CO 2H 2O=2HCO23 3C向水玻璃中通入少量二氧化碳：SiO CO
3、22H 2O=H4SiO4CO23 23D向氢氧化钠溶液中加入硅：Si 2OH H 2O=SiO 2H 223解析 向烧碱溶液中通入过量的 CO2的离子方程式为OH CO 2=HCO ，A 项错误。 3答案 A4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。下列关于硅的说法不正确的是( )A高纯度的单质硅被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、空气、盐酸、硝酸、硫酸不反应，但能与氢氟酸反应D自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅解析 自然界中无单质硅存在。答案 D5将足量 CO2 气体通入水玻璃(Na 2S
4、iO3 溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是( )ANa 2SiO3 BNa 2CO3、Na 2SiO33CNa 2CO3、SiO 2 DSiO 2解析 没有意识到高温下充分灼烧时，Na 2CO3和 SiO2还能够继续反应生成 Na2SiO3，从而造成错选 C。将足量 CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2Na 2SiO32H 2O=H2SiO32NaHCO 3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3 H2OSiO 2,2NaHCO3 Na2CO3CO 2= = = = = = = = = = H 2O；SiO2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2，各反应物
5、存= = = = =高 温 在如下关系，H2SiO32NaHCO 3，H2SiO3SiO 2,2NaHCO3Na 2CO3SiO 2，由上述关系可知，最后所得固体物质是 Na2SiO3，故 选 A 项。答案 A6金刚砂(SiC)可由 SiO2 和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为 SiO23C SiC2CO，下列有关制造金刚砂的= = = = =高 温 说法中正确的是( )A该反应中的氧化剂是 SiO2，还原剂为 CB该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为 1 2C该反应中转移的电子数为 12eD该反应中的还原产物是 SiC、氧化产物是 CO，其物质的量之比为 1 2解析 反应产物 S
6、iC 中 Si、C 的化合价分别为 4、4 价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从 0 价转变成4 价(SiC)和2 价(CO)， CO 是氧化产物，SiC 是还原 产物，两者的物质的量之4比为 2 1；根据化学方程式，电子转移数目为 4e 。答案 D7二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。ae 是对 反应中 SiO2 所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )SiO 22NaOH= =Na2SiO3H 2OSiO 22C Si2CO= = = = =高 温 SiO 24HF= =SiF42H 2ONa 2CO3SiO 2 N
7、a2SiO3CO 2= = = = =高 温 SiO 23C SiC2CO= = = = =高 温 a反应中 SiO2 作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b反应中 SiO2 表现出氧化性c反应中 SiO2 表现了酸性氧化物的通性d反应符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道理e反应中 SiO2 未参加氧化还原反应Aace BbdeCcde Dab解析 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是，因此 a判断错误， c 判断也错；反应是一个置换反 应，其中二氧化硅被 还原，表现出氧化性，b 判断正确；反 应是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d 判断正确；反 应中硅的化合价和
8、氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e 判断也正确；所以选项 B 正确。5答案 B8现有物质：氢氟酸 浓 H2SO4 烧碱溶液 Na 2CO3 固体 氧化钙 浓 HNO3 其中在一定条件下能与SiO2 反应的有( )A B全部C D解析 SiO 2与除氢氟酸以外的酸都不反应，SiO2 4HF=SiF4 2H 2O，则可以，和不可以；SiO 2是酸性氧化物，能够与碱和碱性氧化物反应，和可以；高温下 SiO2和Na2CO3能够反应，可以。答案 C9已知 A 是一种单质，在一定条件下可发生如图所示的转化关系，则下列叙述正确的是( )A 可能是铝或硅 A 只可能是金属单质 D 是一
9、种两性物质 D 晶体熔点极高A BC D解析 在中学阶段，与强碱溶液反应有 H2产生的常见单质只有Si 与 Al，对应 Na2SiO3和 NaAlO2转化成的 H4SiO4(或 H2SiO3)和Al(OH)3均 为白色胶状沉淀，它们煅烧后生成的 SiO2和 Al2O3也均为6白色固体，故 D 项正确。答案 D10化学家 Seidel 指出 Si 与 NaOH 溶液的反应，首先是 Si 与OH 反应，生成 SiO ，然后 SiO 迅速水解生成 H4SiO4，下列44 44有关说法正确的是( )A原硅酸钠( Na4SiO4)能迅速水解，溶液呈碱性，故 Na4SiO4为弱电解质B石英玻璃、普通玻璃、
10、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品C2HClNa 2SiO3=H2SiO32NaCl，说明 Cl 的非金属性大于 SiD半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指：将二氧化硅制成晶体硅解析 原硅酸钠是强电解质，A 项错误；石英玻璃的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐产品，B 项错误；盐酸不是 Cl 的最高价氧化物对应的水化物，无法通过盐酸与硅酸钠的反应说明 Cl 的非金属性较强，C 项错误。答案 D二、非选择题(本大题共 4 小题，共 50 分)11(12 分)A 元素的一种单质是重要的半导体材料，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。
11、(1)在元素周期表中，A 位于_族，与 A 同主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 的原子在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7_。(3)将 C 与纯碱混合，在高温熔融时发生化学反应也可生成 D，同时还生成 B 的最高价氧化物 E；将 E 与 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。写出生成 D 和 F 的化学反应方程式：_、_。要将纯碱在高温下熔化，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瓷坩埚 D铁坩埚解析 (1)A 元素的单质可作半导体材料，含 A 元素的某化合
12、物是制造光导纤维的原料，可知 A 为硅元素，比硅相 对原子质量小的同主族元素为碳。(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，含 SiO2的材料如普通玻璃、石英玻璃、陶瓷等都能与 Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融 Na2CO3。答案 (1) A 最外层均有 4 个电子，最内层均有2 个电子(2)氢氟酸 SiO24HF= =SiF42H 2O(3)SiO 2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2 = = = = =高 温 Na2SiO3CO 2H 2O=Na2CO3H 2SiO3 ABC12
13、(12 分)X 是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、8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 可做光导纤维。s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：反应的化学方程式_；反应的离子方程式_。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。反应为 Si 与 Cl2反应生成 SiCl4、反应为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。答案 (1)Si
14、Cl 4 Si 3N4(2)Si2Cl 2 SiCl4 = = = = = SiO 2H 2O2CO 2=H2SiO32HCO23 313(13 分) 硅基太阳电池需用化合物甲作钝化材料，甲的摩尔质量为 140 gmol1 ，其中硅元素的质量分数为 60%。已知 1 mol 9NH3 与足量的化合物乙充分反应后可得到 35 g 甲与 6 g H2。工业上制乙的流程如下：请回答下列问题：(1)乙的电子式是_；比较热稳定性：乙_NH 3(填“”、 “”或“”) 。(2)NH3 与足量的化合物乙反应制甲的化学方程式是_。(3)合成炉内物质需在保护气氛下高温合成，下列气体可作保护气的有_(填选项字母)
15、。AO 2 BH 2 CN 2 DCO 2 E Ar(4)上述生产乙的过程中液氨的作用是_。(5)甲与少量 H2SO4 溶液反应只得到 H2SiO3 和盐 M 两种产物，写出该反应的离子方程式_。请设计验证产物盐 M 的实验方案_。解析 (1) 由流程 图中乙的获得需要在液氨冷却下得到，再结合元素守恒，可知乙为沸点较低的 SiH4。硅的非金属性比氮弱，故 SiH4的热稳定性弱于 NH3。(2)由甲的摩尔质量为 140 gmol1 ，其中硅元素的 质量分数为 60%，10可知每摩尔甲中含有 3 mol Si；由 1 mol NH3与足量的化合物乙充分反应后可得到 35 g(0.25 mol)甲与
16、 6 g(3 mol)H2，再结合元素守恒可知每摩尔甲中含有 4 mol N，则甲的化学式为 Si3N4。(3)在高温下金属镁能与 O2、N2、CO2反应，故可用 H2或 Ar 作保护气。(5)由元素守恒可知 M 为(NH 4)2SO4。验证 M 既需要验证 NH的存在，也需要验证 SO 的存在。 4 24答案 (1) (2)3SiH44NH 3=Si3N412H 2(3)BE(4)制冷或降温(5)Si3N44H 9H 2O=3H2SiO34NH 4取少量滤液于试管中，先加稀盐酸无现象，再加氯化钡溶液，有白色沉淀生成；另取少量滤液于试管中，加入氢氧化钠固体(或浓溶液) 并加热，产生的气体能使湿
17、润的红色石蕊试纸( 或 pH 试纸)变蓝色，则说明盐 M 是 (NH4)2SO414(13 分) 硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：(1)1810 年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属” 。这种“金属”可能是_。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有_。(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基本11材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：发生的主要反应电弧炉 SiO22C Si2CO= = = = =1 600 1 800 流化床反应
18、器 Si3HCl SiHCl3H 2= = = = =250 300 还原炉 SiHCl3H 2 Si3HCl= = = = =1 100 1 200 用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为_；碳化硅又称_，其晶体结构与_相似。在流化床反应的产物中，SiHCl 3 大约占 85%，还有SiCl4、 SiH2Cl2、SiH 3Cl 等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3 的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_。物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4沸点/ 2 355 57.6 31.8 8.2 30.4 84.9
19、111.9SiHCl 3 极易水解，其完全水解的产物为_。(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是_。解析 (1) 反 应物是二氧化硅、木炭和铁，所得“金属”应是铁的12合金。(2)生产 普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英。(3)SiC 又名金刚砂，与金刚石或晶体硅具有相似的 结构。在SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl 中， SiCl4在常温下呈液 态，会成 为杂质。由于SiCl4与 SiHCl3沸点相差较大，因此可用蒸馏的方法进行分离。SiHCl 3完全水解的化学方程式为SiHCl34H 2O=H4SiO4H 23HCl 。(4)氯碱工 业 的产品是 NaOH、H2、Cl2，其中 H2、Cl2反应可制备HCl。H2、HCl 都是制 备硅工艺中的原料。答案 (1) 含有硅、碳的铁合金( 或硅铁)(2)石英、纯碱和石灰石(3)SiO 23C SiC2CO 金刚砂 金刚石(或单= = = = =高 温 晶硅) 精馏 (或蒸馏 ) H 4SiO4、H 2、HCl(4)H2、HCl
