无机非金属材料的主角

无机非金属材料的主角——硅专题训练及答案一、选择题（本题包括8小题,每题6分,共48分）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（）选项俗名化学式用途A石英SiO2集成电路B纯碱NaCO23制备玻璃C水玻璃NaSiO2 3制备硅胶D铁红FeQ用作油漆和涂料【解析】选A。石英主要用于生产玻璃和光导纤维等，晶体硅才用于制作集成电路。【加固训练】下列关于硅及其化合物的叙述错误的是（）硅是良好的半导体材料，二氧化硅可用于制造光导纤维高温二氧化硅能与石灰石反应:SiO+CaC0 CaSiO+C0f2332高温可以用焦炭还原二氧化硅生产硅:SiO2+2C—Si+2COf水泥的主要成分是NaSiO、CaSiO和SiO2332【解析】选D。水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙，普通玻璃的主要成分是NaSiO、CaSiO和SiO,D错误。气凝胶是一种世界上最轻的固体，也被称为“固态烟”，非常坚固耐用，它可以承受相当于自身重量几千倍的压力，最高能承受1400摄氏度的高温，绝热性能十分优越，其主要成分是二氧化硅等。下列说法正确的是 （）Si-SiO-HSiO可以通过一步反应实现223可以用陶瓷坩埚熔融烧碱二氧化硅溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物气凝胶与豆浆具有相似的性质【解析】选D。二氧化硅不与水反应,A错误；陶瓷坩埚的成分中含二氧化硅,与烧碱反应,B错误;二氧化硅是酸性氧化物,C错误；气凝胶与豆浆都属于胶体，具有相似的性质,D正确。【加固训练】硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅的化合物的叙述错误的是（ ）氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,其化学式为Si3N434碳化硅（SiC）的硬度大,熔点高，可用于制作砂纸、砂轮的磨料祖母绿的主要成分为BeAlSiO,用氧化物形式表示为3BeO・AlO・6SiO3 2 618 23 2二氧化硅为立体网状结构,其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为1：2【解析】选D。二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成4个硅氧单键,故硅原子和硅氧单键的个数之比为1：4,D错误。（2018•石嘴山模拟）纵观古今,化学与生活皆有着密切联系。下列有关说法正确的是（）陶瓷是中华民族祖先的一项伟大发明，烧结黏土制陶瓷的过程不涉及化学反应晶体硅熔点高硬度大,可用作芯片石英坩埚耐高温,可用来加热熔化烧碱、纯碱等固体工业生产玻璃、水泥、漂白粉,均需要用石灰石为原料【解析】选D。陶瓷的成分是硅酸盐烧结黏土制陶瓷的过程涉及化学变化,A错误；晶体硅可用作芯片，是因为硅是良好的半导体材料，与熔点高低无关,B错误;石英的成分是SiO,SiO在加热条件下能与烧碱、纯碱反应，C错误;工业生产玻璃所用的原料是石灰石、石英和纯碱,生产水泥的原料是石灰石和黏土,生产漂白粉的原料是石灰乳和氯气,石灰石经高温煅烧后与水反应可得石灰乳,D正确。（2018•商洛模拟）纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是()X可用作木材防火剂步骤II的反应是NaSiO+HSO_HSiO(胶体)+NaSO23242324步骤II中的稀硫酸可用co2来代替步骤III若在实验室完成,一般在蒸发皿中进行【解析】选DoX为硅酸钠溶液，可用作木材防火剂，A正确；步骤II的反应是NaSiO+HSO=HSiO(胶体)+NaSO,B正23242324确；碳酸的酸性比硅酸强，故步骤II中的稀硫酸可用CO来代替,C正确；步骤III为硅酸固体的灼烧，若在实验室完成，一般在坩埚中进行,D错误。下列说法正确的是( )向含K+、Na+、Br-、Si错误！未找到引用源。的溶液中通入匹后仍能大量共存合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料NaHCO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可通入少量匹后过滤SiO2中含Al2O3杂质，可加入足量稀盐酸溶液,然后过滤除去【解析】选DoCO2+H2O+Si错误！未找到引用源。—H2SiO3J+C错误！未找到引用源。，A错误;合成纤维属于有机高分子材料,B错误；除去NaHCO溶液中的NaSiO杂质，应通入足量CO,发生反应：NaSiO+2CO+2HO一2NaHCO+HSiOTOC\o"1-5"\h\z3 2 3 2 2 3 2 2 3 2 3J,C错误;SiO不与稀盐酸反应,D正确。(2018•武威模拟)某同学用图所示的装置及药品进行比较酸性强弱的实验，一段时间后试管②中有胶冻状物质生成。下列说法正确的是( )向Na2SiO3溶液中滴入酚酞试液无明显现象试管①中反应的离子方程式是Na2CO3+2H+—2Na++CO2f+屯。c.该实验可以证明酸性:盐酸〉碳酸＞硅酸 2 2D.若将浓盐酸换成硫酸，能证明酸性:硫酸〉碳酸〉硅酸【解析】选DoNa^SiO试液显碱性，滴入酚酞试液显红色,A错误;试管①盐酸与碳酸钠反应生成二氧化碳气体,离子方程式为C错误！未找到引用源。+2H+—CO2T+H2O,B错误；由于浓盐酸具有挥发性，生成的二氧化碳中会混有一定量的氯化氢,将生成的气体通入硅酸钠溶液中生成了硅酸胶体，不能证明酸性:碳酸〉硅酸,C错误；由于硫酸不挥发，若将盐酸换成硫酸，能证明酸性:硫酸〉碳酸〉硅酸,D正确。高温金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2+3C—SiC+2COf,下列有关说法中正确的是()该反应中的氧化剂是SiO2,还原剂为C该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1：2该反应中每生成1molSiC转移12mol电子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】选D。反应产物SiC中Si、C的化合价分别为+4价、-4价‘SiO?既不是氧化剂也不是还原剂,A错误;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，物质的量之比为2：1,B错误,C正确；该反应中每生成1molSiC，转移4mol电子，C错误。&(能力挑战题)硅烷(SiH4)在空气中易自燃或爆炸，可作橡胶等产品的偶联剂，硅烷的制备方法为MgSi+4HCl=2MgCl+SiHf。下列说法不正确的是224()SiH与CH的结构相似44硅烷自燃反应中的氧化剂是SiH4硅烷自燃产生SiO2和H2O制备硅烷时应隔绝氧气【解析】选B。硅烷自燃反应中的氧化剂是O,B错误。【加固训练】下列物质:①氢氟酸;②浓硫酸;③烧碱溶液;④Na2CO3固体;⑤氧化钙;⑥浓硝酸。其中在一定条件下能与SiO2反应的有( )A.①②⑥ B.②③⑥①③④⑤ D.全部【解析】选C。SiO不溶于除HF之外的任何酸，因此SiO与浓硫酸、浓硝酸不反应。二、非选择题(本题包括3小题,共52分)(18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(反应温度为450〜500°C),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图:ABC D I H相关信息如下:四氯化硅遇水极易水解硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物有关物质的物理常数见下表:物质SiClBCl3AlCl3FeCl3沸点/C57.712.8——315熔点/C-70.0-107.2————升华温度/C————180300请回答下列问题:⑴装置A中g管的作用是 ；装置C中的试剂是 。⑵甲方案:f接装置I；乙方案f接装置II。但是装置1、11都有不足之处，请你评价后填写下表。万案优点缺点甲乙在上述(2)的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表述: SiCl与H反应的化学方程式为 。42【解析】(1)g管的作用是平衡压强，使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下;四氯化硅遇水极易水解,B是饱和食盐水,C是浓硫酸。四氯化硅容易液化,若收集的导管太细,容易堵塞导管;制取四氯化硅需要冷凝,因有氯气参与反应,要有尾气处理装置。将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。答案:(1)平衡压强,使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下浓硫酸方案优点缺点甲收集产品的导管粗，不会堵塞导管冷凝产品，减少产品损失空气中的水蒸气进入产品收集装置，使SiCl水解4尾气没有处理，污染环境乙有尾气处理装置，注重环保避免空气中的水蒸气进入装置产品易堵塞导管没有冷凝装置，产品易损失⑶在装置丨的i处接干燥管j高温SiCI+2HSi+4HCI42(16分)某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。已知:PdCl2溶液可用于检验CO,反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O—C02TOC\o"1-5"\h\z+2HCl+Pdi(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 2 2实验前要通入足够长时间的N2,其原因是 。装置B的作用是 。装置C、D中所盛试剂分别为 、 ，若装置C、D中溶液均变浑浊,且经检测两气体产物的物质的量相等,则该反应的化学方程式为 。该装置的缺点是 。资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。取18gSiO2和&4g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44L,假定气体产物只有CO,固体产物只有Si和SiC,则Si和SiC的物质的量之比为 。设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强: __。【解析】(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行,而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验前要通入足够长时间的N将装置中的空气排尽。根据装置图可知,B装置作安全瓶，防止倒吸。⑶碳与二氧化硅反应可能生成CO也可能生成CO,所以C装置用来检验CO，D装置用来检验CO,所盛试剂分别为澄清石灰水、PdC—溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有CO又有CO,由于两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可高温知化学方程式为3SiO+4C——2COT+2COT+3Sio22⑷CO有毒，不能直接排放到空气中，而该装置缺少尾气吸收装置吸收未反应的COo18gSQ是0.3mol,8.4gC是0.7mol，充分反应后收集到13.44L(0.6mol)气体，假定气体产物只有CO,固体产物只有Si和SiC,则有高温SiO+2C—2COT+Si20.3mol0.6mol0.6mol0.3mol高温Si+C SiC1110.1mol0.1mol0.1molSi和SiC的物质的量之比为0.2mol:0.1mol=2：1o⑹验证碳酸、硅酸的酸性强弱，将CO气体通入硅酸钠溶液,发生反应CO+HO+22NaSiO=NaCO+HSiOJ,溶液变浑浊，说明酸性HCO>HSiO。2 3 2 3 2 3 2 3 2 3-4-®—蒸X酸—600°C硅胶氮化炉二1®—蒸X酸—600°C硅胶氮化炉二1200〜1400°C18-36h酸洗水洗一接真空装置氮览硅答案:(1)将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气等对实验产生干扰作安全瓶，防止倒吸澄清石灰水PdCl溶液2高温3SiO+4C2COT+2COT+3Si22缺少尾气吸收装置⑸2:1向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸(18分)(能力挑战题)硅是带来人类文明的重要元素之一，在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法在屯的作用下，使SiCl4与N2反应生成SiN沉积在石墨表面，该反应的化学方程式为 。34一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下:硅块一粉碎已知硅的熔点是1420°C,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。TOC\o"1-5"\h\z％净化时，铜屑的作用是 ；硅胶的作用是 。在氮化炉中反应为3Si(s)+2N(g)一SiN(s)AH=-727.5kj・mol-i,开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的2 34原因是 。X可能是 (选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，该反应的化学方程式为假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应I中HCl的利用率为90%,反应II中屯的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和屯的物质的量之比是 。 2【解析】(1)制备SiN的反应中，反应物是H、SiCl和N,根据质量守恒，除了SiN夕卜，还有HCl气体生成，从而写出该34 2 4 2 34反应的化学方程式。(2)①氮气中含有少量氧气及