1、硅无机非金属材.doc

第1课时：硅及其化合物同步课时训练知识梳理：1硅在地壳中含量仅次于氧居第 位。在自然界中以 存在，是构成矿物和岩石的主要成分。与碳一样，硅最外层有4个电子。硅原子既不容易 也不容易 电子，因而性质比较 ，在其形成的化合物中，硅通常显 价。2二氧化硅的化学性质不活泼，与水_反应，除_外,不与其它酸反应，但能与_或_反应生成盐。夯实基础：1. 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. 常温时硅与水、空气和酸不反应,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【答案】D【解析】【详解】ASi是重要的半导体材料，可用于生产制造计算机中的芯片，A正确；B硅可由二氧化硅和焦炭经还原制得：2CSiO2Si2CO，B正确；C低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应，产生SiF4和水，C正确；D自然界中硅的储量丰富，但硅是亲氧元素，自然界中Si以SiO2和硅酸盐的形式存在，自然界中不存在单质硅，D错误。答案选D。2.工业上制取粗硅的反应中，氧化剂与还原剂物质的量之比为 （ ）A. 1：2B. 2：1C. 5：3D. 3：5【答案】A【解析】【详解】在工业上用焦炭与SiO2在高温下发生反应SiO2+2C Si+2CO制取粗硅，在该反应中，Si元素的化合价降低，C元素的化合价升高，SiO2为氧化剂，C是还原剂，由反应可知，物质的量比为1：2，故合理选项是A。3.硅是一种重要的非金属单质，常温下，下列物质不能与硅发生反应的是()A. 氢氟酸B. NaOH溶液C. F2D. Cl2【答案】D【解析】【详解】A.Si与HF酸会发生反应：Si+4HF=SiF4+2H2，A不符合题意；B.Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2，B不符合题意；C.Si+2F2=SiF4 ，C不符合题意；D.Si与Cl2在常温下不能发生反应，在高温下反应产生SiCl4，D符合题意；答案选D。4.下列溶液能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是 （ ）A. Na2SO4溶液B. HF溶液C. NaOH溶液D. NaCl溶液【答案】C【解析】【详解】A.Na2SO4溶液与玻璃的成分不能发生反应，因此可以用玻璃瓶盛放，也可以使用玻璃塞，A不符合题意；B.HF溶液与玻璃的主要成分SiO2会发生反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2O，因此不能使用玻璃瓶盛放，B不符合题意；C.NaOH溶液与玻璃的主要成分SiO2会发生反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，Na2SiO3有粘性，会将玻璃瓶与玻璃塞粘在一起，因此可以使用玻璃瓶盛放，但不能使用玻璃塞，C符合题意；D. NaCl溶液与玻璃的成分不能发生反应，因此可以用玻璃瓶盛放，也可以使用玻璃塞，D不符合题意；故合理选项是C。5.“3G”手机出现后，以光导纤维为基础的高速信息通道尤显重要。下列物质中用于制造光导纤维的材料是A. 铜合金B. 陶瓷C. 硅D. 二氧化硅【答案】D【解析】【详解】SiO2可以使光线进行全反射，因此SiO2是光导纤维材料的主要成分，故合理选项是D。6.下列关于二氧化硅的说法正确的是 （ ）A. 二氧化硅既能与氢氟酸反应又能与氢氧化钠溶液反应，所以二氧化硅是两性氧化物B. 二氧化硅分子中含有一个硅原子和两个氧原子C. 二氧化硅溶于水得到硅酸D. 纯净的二氧化硅是无色的且熔点高，硬度大。【答案】D【解析】【详解】A.二氧化硅能与氢氟酸反应，产生的四氟化硅不是盐，因此二氧化硅不是两性氧化物，二氧化硅属于酸性氧化物，A错误；B.二氧化硅是原子晶体，每个Si原子与四个O原子形成共价键，每个O原子与2个Si原子形成共价键，Si、O原子个数比为1:2，因此不能说含有SiO2分子，B错误；C.二氧化硅不溶于水，不能与水反应产生硅酸，C错误；D.二氧化硅是原子晶体，每个Si原子与四个O原子形成共价键，每个O原子与2个Si原子形成共价键，原子间都以共价键结合，断裂共价键需要消耗很高的能量，因此纯净的二氧化硅是无色的且熔点高，硬度大，D正确；故合理选项是D。7.下列关于硅的说法不正确的是A. 硅是非金属元素，但它的单质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，是良好的半导体材料C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D. 当加热到一定程度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应【答案】C【解析】【详解】A.硅是非金属元素，晶体硅为灰黑色有金属光泽的固体，A正确；B.硅元素在元素周期表中位于金属与非金属交界区，因此导电性介于导体和绝缘体之间，是一种良好的半导体材料，B正确；C.晶体硅中Si原子之间以共价键结合，断裂消耗较多的能量，因此硅的化学性质不活泼，但常温下也与NaOH溶液及F2、HF等物质起反应，C错误；D.晶体硅中Si原子之间以共价键结合，断裂消耗较多的能量，因此硅的化学性质不活泼，当加热到一定程度时，硅能与氧气反应生成SiO2，与氢气反应生成SiH4，D正确；故合理选项是C。8.二氧化硅属于酸性氧化物，理由是A. Si是非金属元素B. SiO2对应水化物是可溶性弱酸C. SiO2与强碱反应生成盐和水D. SiO2不能与酸反应【答案】C【解析】试题分析：能和碱反应生成盐和水的氧化物是酸性氧化物，二氧化硅能与强碱反应生成盐和水，所以二氧化硅是酸性氧化物，答案选C。考点：考查酸性氧化物的含义及二氧化硅的性质点评：该题是基础性试题的考查，试题注重基础，难度不大。该题的关键是要明确酸性氧化物的含义，及判断的标准，有助于培养学生的逻辑思维能力。9.硅是无机非金属材料的主角，硅元素的单质及其化合物在环境、能源及材料科学中有着重要影响和广泛应用。试回答下列问题：(1)硅在自然界中最主要的存在形式是_和_。(2)有下列物体或设备：水晶镜片 计算机芯片 玛瑙手镯 硅太阳能电池 石英光导纤维。（用序号填写）用到硅单质的是_；所用材料主要为SiO2的是_；(3)写出工业上制取粗硅的化学反应方程式_。其中，氧化剂为_，还原剂为_。【答案】 (1). 二氧化硅 (2). 硅酸盐 (3). (4). (5). SiO2+2C Si+2CO (6). SiO2 (7). C【解析】【分析】(1)硅是一种亲氧元素，在自然界中最主要的存在形式是二氧化硅和硅酸盐；(2)水晶主要成分是SiO2；计算机芯片主要是利用Si的半导体性质；玛瑙主要成分是二氧化硅；硅太阳能电池主要成分是单质硅；石英光导纤维主要成分是二氧化硅；(3)粗硅在工业上是以SiO2和焦炭在高温下反应制取，然后根据元素化合价的升降、结合氧化还原反应的规律，判断物质的作用。【详解】(1)硅是一种亲氧元素，在自然界中最主要的存在形式是二氧化硅和硅酸盐；(2)水晶镜片主要成分二氧化硅； 计算机芯片主要成分是晶体硅；玛瑙手镯主要成分是二氧化硅；硅太阳能电池主要成分是晶体硅；石英光导纤维主要成分是二氧化硅；因此上述四种物质中，用到硅单质的是；所用材料主要为SiO2的是；(3)在工业上以焦炭和二氧化硅为原料，在电炉中高温下反应制取粗硅，该化学反应方程式为：SiO2+2CSi+2CO。在该反应中，Si元素的化合价降低，C元素的化合价升高，所以SiO2为氧化剂，C是还原剂。【点睛】本题考查了硅元素在自然界的存在、含有硅元素的物质的成分、用途及单质硅的制取方法及相应物质的作用等知识。都属于识记性的知识，只要用心学习，不难掌握、巩固。10.SiO2是_的酸酐，不溶于水。常温下和NaOH溶液反应的化学方程式为_；碱性试剂不能保存在_塞的试剂瓶中。高温下，SiO2和碱性氧化物（如CaO）反应的化学方程式为：_；常温下SiO2和氢氟酸反应的化学方程式_。【答案】 (1). 硅酸 (2). SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O (3). 玻璃 (4). SiO2+CaOCaSiO3 (5). SiO2+4HF=SiF4 +2H2O【解析】【分析】酸酐是含氧酸脱去一分子水或几分子水后剩余的物质；常温下SiO2和NaOH溶液反应产生硅酸钠和水，硅酸盐有粘性，会将玻璃瓶与玻璃塞粘在一起，因此碱性试剂不能使用玻璃塞，要用橡胶塞或软木塞；SiO2是酸性氧化物，可以与碱性氧化物在高温下反应产生硅酸盐，可以与氢氟酸反应产生四氟化硅和水。【详解】SiO2是H2SiO3脱去一分子水后剩余的物质，因此SiO2是硅酸的酸酐；在常温下SiO2和NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，该反应的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，所以二氧化硅是酸性氧化物；玻璃的主要成分是二氧化硅，二氧化硅与碱性试剂反应产生的硅酸盐具有粘性，会将玻璃瓶与玻璃塞粘在一起，因此碱性试剂不能保存在玻璃塞 的试剂瓶中；SiO2中Si、O原子间以共价键结合，断裂消耗很高的能量，CaO是离子化合物，Ca2+、O2-间以离子键结合，断裂为离子也需要很高的能量，因此在高温下，当SiO2、CaO获得足够能量时，会发生反应生成硅酸钙，反应的化学方程式为：SiO2+CaOCaSiO3；常温下SiO2可以和氢氟酸反应产生SiF4、H2O，反应的化学方程式为SiO2+4HF=SiF4 +2H2O。【点睛】本题考查了二氧化硅的性质及有关化学反应方程式书写等知识。掌握物质结构及二氧化硅性质的特殊性是本题解答的关键。11.A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。请填空：(1)形成单质A的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)B的化学式(分子式)为_，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_。(3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_。【答案】 (1). (2). +4 (3). SiO2 (4). SiO2+2CSi+2CO (5). CaSiO3 (6). Na2SiO3【解析】【分析】A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，可确定A是Si单质，它可由SiO2和C在高温条件下反应制取，则B为SiO2，E为CO，C为CaSiO3，D为Na2SiO3，结合对应的物质的性质以及题目要求可解答该题。【详解】根据上述分析可知A是Si单质，B是SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3，E为CO。(1)Si是14号元素，形成单质A的原子结构示意图为；Si原子最外层有4个电子，由于原子最外层电子数等于该元素的最高正化合价，所以Si元素的最高正化合价为+4价；(2)根据上述推断可知B为二氧化硅，B的化学式为SiO2；二氧化硅和碳在高温下反应生成硅单质和一氧化碳，反应的化学方程式是：SiO2+2CSi+2CO；(3)C是硅酸钙，化学式为CaSiO3；D为硅酸钠，其化学式Na2SiO3。【点睛】本题考查无机物的推断的知识，侧重硅及其化合物转化的考查，把握地壳中元素的含量推断A为解答的突破口，注意性质与用途的关系。能力提高12.二氧化硅是一种酸性氧化物，下列物质中不能和二氧化硅发生化学反应的是()A. 盐酸B. 氢氟酸C. NaOH溶液D. CaO【答案】A【解析】【详解】A.二氧化硅是一种酸性氧化物，一般情况下与酸如盐酸、稀硫酸等不能发生反应，A符合题意；B.二氧化硅是一种酸性氧化物，与一般的酸不能反应，但能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，B不符合题意；CSiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，C不符合题意；D.二氧化硅与CaO在高温下反应生成硅酸钙，D不符合题意；故合理选项是A。13.对于化学方程式SiO23CSiC2CO，有关叙述正确的是A. 反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂B. 硅元素被还原了，碳元素被氧化了C. 在反应中C既是氧化剂又是还原剂D. 在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为11【答案】C【解析】ASi元素化合价没有发生变化，SiO2既不是氧化剂又不是还原剂，C元素化合价既升高又降低，既是氧化剂又是还原剂，故A错误；BSi元素化合价没有发生变化，C元素既被氧化又被还原，故B错误；C反应中C元素化合价由0价升高为+2价和降低为4价，反应中C既是氧化剂又是还原剂，故C正确；DC既是氧化剂又是还原剂，由方程式可知3molC参加反应，有2mol被氧化，1mol被还原，则在反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：2，故D错误【点评】本题考查氧化还原反应，侧重于学生的分析能力和基本概念的理解和应用的考查，为高频考点，难度不大，注意从元素化合价的角度认识和解答该类题目14.下列说法正确的是 ()A. 硅材料广泛应用于光纤通讯B. 工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C. 水晶项链和餐桌上的瓷盘都是二氧化硅D. 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应【答案】A【解析】【详解】A.含硅元素的材料SiO2广泛应用于光纤通讯，A正确；B.工艺师利用氢氟酸与二氧化硅反应的性质来刻蚀石英制作艺术品，B错误；C.水晶项链主要成分是二氧化碳，而餐桌上的瓷盘主要成分是硅酸盐，C错误；D.粗硅中含有杂质，将以其为原料制备单晶硅，先用Cl2为氧化剂，将Si及杂质氧化为氯化物，然后根据这些氯化物的沸点的不同，用蒸馏方法收集含有SiCl4的馏分，然后用H2还原SiCl4得到Si、HCl，因此在该过程中涉及氧化还原反应，D错误；故合理选项是A。15.地壳里含量占第一、第二位元素之间形成的化合物不具有的性质是（ ）A. 熔点高，硬度大B. 常温下能与烧碱溶液反应C. 高温下能与生石灰反应D. 能与水蒸气反应生成酸【答案】D【解析】【详解】A.地壳里含量占第一、第二位元素之间形成的化合物是SiO2，该化合物为共价化合物，Si、O原子间以共价键结合，共价键是一种强烈的相互作用，破坏需消耗较高的能量，因此二氧化硅熔点高，硬度大，A正确；B.二氧化硅是酸性氧化物，可以与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，B正确；C.二氧化硅是酸性氧化物，在高温下可以与CaO反应生成硅酸钙，C正确；D.二氧化硅难溶于水，不能与水反应生成酸，D错误；故合理选项是D。16.下列物质中在一定条件下能与SiO2起反应的是 ( )浓H2SO4；H2O；浓硝酸；氢氟酸；KOH溶液；氧化钙；碳酸钠A. B. C. D. 【答案】C【解析】【详解】SiO2是酸性氧化物，与浓H2SO4不能反应，不符合题意；H2O与SiO2不能反应，不符合题意；SiO2是酸性氧化物，与浓硝酸不能反应，不符合题意；氢氟酸与SiO2反应生成SiF4、H2O，符合题意；SiO2是酸性氧化物，与强碱KOH溶液反应生成K2SiO3、H2O，符合题意；氧化钙是碱性氧化物，可以与SiO2在高温下反应生成硅酸钙，符合题意；SiO2与碳酸钠在高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳，符合题意；可以与二氧化硅反应的为，因此合理选项是C。17.硅单质及其化合物应用范围很广，请回答下列问题：制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式_；(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧，SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3，HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式_； H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_。【答案】 (1). SiHCl3+H2Si+3HCl (2). SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2 (3). 氧气与氢气混合，可能引起爆炸、氧气可能会氧化SiHCl3【解析】【分析】(1)纯SiHCl3与H21357K下反应产生Si单质和HCl，据此可书写有关反应方程式；(2)SiHCl3遇水反应产生H2SiO3、HCl，然后根据反应前后元素守恒，分析另外一种物质的成分，并书写相应的化学方程式；H2、O2的混合气体遇明火会发生爆炸。【详解】(1)纯SiHCl3与H2在1357K下反应产生Si单质和HCl，该反应方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl；(2)SiHCl3遇水反应产生H2SiO3、HCl等，然后根据反应前后元素守恒，分析另外一种物质的成分是H2，据此可得相应的化学方程式为SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，H2、O2的混合气体可能会发生爆炸，并且氧气可能会氧化