2020-2021备战高考化学-硅及其化合物推断题的综合压轴题专题复习及答案

2020-2021备战高考化学—硅及其化合物推断题的综合压轴题专题复习及答案一、硅及其化合物1．A、B、C、D、E五种物质之间的相互转换关系如图所示。已知：A为单质，可用于制造计算机芯片，E为无色有毒气体。回答下列问题：（1）B在物质分类上属于___(填“酸性氧化物”或“碱性氧化物”)。（2）反应①的化学方程式为___。（3）反应②的化学方程式为___。（4）在D的溶液中通入过量CO2气体的离子方程式为___。【答案】酸性氧化物SiO2+2CSi+2CO↑SiO2+CaOCaSiO3SiO32-+2H2O+2CO2=2HCO3-+H2SiO3↓【解析】【分析】A为单质，可用于制造计算机芯片，则A为Si，E为无色有毒气体，结合转化关系可知，B为SiO2，SiO2与碳反应生成Si、CO，所以E为CO；SiO2与CaO反应生成C为CaSiO3；SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和水。据此解答。【详解】（1）B为SiO2，能与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，故答案为：酸性氧化物；（2）反应①是SiO2与C反应生成Si、CO，其化学反应方程式为：SiO2+2CSi+2CO↑，故答案为：SiO2+2CSi+2CO↑；（3）反应②是SiO2与CaO反应生成CaSiO3，其化学反应方程式为：SiO2+CaOCaSiO3，故答案为：SiO2+CaOCaSiO3；（4）D为Na2SiO3，其溶液中通入过量CO2，其化学反应方程式为：Na2SiO3+2H2O+2CO2＝2NaHCO3+H2SiO3↓，其离子方程式为：SiO32-+2H2O+2CO2=2HCO3-+H2SiO3↓，故答案为：SiO32-+2H2O+2CO2=2HCO3-+H2SiO3↓。2．探究无机盐X（仅含三种短周期元素）的组成和性质，设计并完成如下实验：请回答：（1）X的化学式是____。（2）白色粉末溶于氢氧化钠溶液的离子方程式是____。（3）高温条件下白色粉末与焦炭发生置换反应，写出该反应的化学方程式____。【答案】Mg2SiO4或2MgO·SiO2SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2OSiO2＋2CSi＋2CO↑【解析】【详解】无机盐X（仅含三种短周期元素），加入过量盐酸溶解，离心分离得到白色胶状物沉淀和无色溶液，白色胶状沉淀为硅酸，白色沉淀充分灼烧得到白色粉末1.80g为SiO2，物质的量=1.8g÷60g/mol=0.03mol，溶于氢氧化钠溶液得到无色溶液为硅酸钠溶液，说明无机盐中含硅酸根离子或原硅酸根离子，物质的量为0.03mol，若为硅酸根离子其质量=0.03mol×76g/mol=2.28g，金属质量=4.20g-2.28g=1.92g，无色溶液中加入过量氢氧化钠溶液生成白色沉淀则判断为Mg（OH）2，金属离子物质的量=3.48g÷58g/mol＝0.06mol，质量为0.06mol×24g/mol=1.44g，不符合，则应为原硅酸根，物质的量为0.03mol，质量=0.03mol×92g/mol=2.76g，金属质量4.20g-2.76g=1.44g，物质的量=1.44g÷24g/mol=0.06mol，得到X为Mg2SiO4，则（1）X的化学式是Mg2SiO4或2MgO·SiO2。（2）白色粉末溶于氢氧化钠溶液的离子方程式是SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2O。（3）高温条件下白色粉末与焦炭发生置换反应，该反应的化学方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑。3．为探究某固体X(仅含两种短周期元素)的组成和性质。设计并完成如下实验：已知：气体A为氢化物，固体B是光导纤维的主要成分，固体E为耐高温材料。请回答：(1)固体X的化学式为__________。(2)写出反应C→D的离子方程式__________。(3)已知NH3与气体A在一定条件下反应后可得到一种耐高温材料(仅含两种元素，摩尔质量为140g·mol－1)和H2，写出该反应的化学方程式__________。【答案】Mg2SiMg2++2OH－=Mg(OH)2↓3SiH4+4NH3=Si3N4+12H2↑【解析】【分析】固体B是光导纤维的主要成分，则为二氧化硅，硅元素的质量为=5.6g，根据逆分析法可知，A中含硅元素，又为氢化物，则推出A为SiH4；固体E为耐高温材料，根据逆推法结合过量氢氧化钠溶液可知，该耐高温材料不是氧化铝，而应为氧化镁，镁元素的质量为=9.6g，白色沉淀为氢氧化镁，溶液C为硫酸镁溶液，根据元素守恒可知，固体X含镁与硅元素，且原子个数比为:=2:1，应为Mg2Si，据此分析作答。【详解】（1）依据上述分析可知，固体X为Mg2Si，故答案为Mg2Si；（2）C→D是硫酸镁与过量氢氧化钠反应生成氢氧化镁的过程，其离子方程式为：Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓，故答案为Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓；（3）NH3与SiH4在一定条件下反应后可得到的一种耐高温材料中含N与Si，仅含两种元素，摩尔质量为140g·mol－1，则该化合物为Si3N4和H2，其化学方程式为：3SiH4+4NH3==Si3N4+12H2↑，故答案为3SiH4+4NH3==Si3N4+12H2↑。【点睛】需要注意的是，该题中的过量的氢氧化钠条件，若溶液C为铝离子，则不会得到白色沉淀，而会转化为偏铝酸钠，学生要熟练掌握反应物的用量对产物的影响效果。4．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)A的原子结构示意图为________，A与碳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_________(写名称)，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D①写出该反应的化学方程式：___________________________________________。②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是________。A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚C．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________。【答案】最外层均有4个电子，最内层均有2个电子氢氟酸SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OSiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑C50%【解析】试题分析：本题考查无机推断、侧重硅元素的单质及其化合物性质的考查、化学计算。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可用于制造光导纤维，则A为硅元素，C为SiO2；C（SiO2）与烧碱反应生成Na2SiO3和H2O，含A元素的化合物D为Na2SiO3。（1）A为Si，Si原子的核电荷数为14，Si原子核外有14个电子，根据原子核外电子排布规律，A的原子结构示意图为。碳的原子结构示意图为，硅原子与碳原子的电子层结构上的相同点是：最外层均有4个电子，最内层均有2个电子。（2）C为SiO2，易与SiO2发生化学反应的酸是氢氟酸，SiO2与HF反应生成SiF4和H2O，反应的化学方程式为SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。（3）①SiO2与纯碱高温熔融时反应生成Na2SiO3和CO2，反应的化学方程式为SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑。②A，普通玻璃的成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，SiO2与纯碱高温下反应生成Na2SiO3和CO2，不能选用普通玻璃坩埚熔化纯碱；B，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2与纯碱高温下反应生成Na2SiO3和CO2，不能选用石英玻璃坩埚熔化纯碱；C，铁与Na2CO3高温不反应，可选用铁坩埚熔化纯碱；答案选C。（4）SiO2与石灰石的混合物充分反应，可能发生的反应有SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑、CaCO3CaO+CO2↑，根据C守恒，n（CaCO3）=n（CO2）==0.5mol，m（CaCO3）=0.5mol100g/mol=50g，100g混合物中石灰石的质量分数为100%=50%。5．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）写出物质C的化学式。（2）写出B和碳高温反应生成A和E的化学方程式是。（3）写出B→D反应的离子反应方程式。【答案】（1）CaSiO3（2）SiO2+2CSi+2CO↑（3）SiO2+2OHˉ=SiO32ˉ+H2O【解析】A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，A是硅；二氧化硅与碳单质反应生成硅和CO，E是CO、B是SiO2；SiO2与氧化钙高温生成硅酸钙，C是硅酸钙；SiO2与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，D是硅酸钠。（1）根据以上分析可知可知物质C的化学式为CaSiO3。（2）SiO2和碳高温反应生成硅和CO的化学方程式是SiO2+2CSi+2CO↑。（3）B→D反应的离子反应方程式SiO2+2OHˉ＝SiO32ˉ+H2O。6．（1）X、Y、Z都是短周期元素的单质，X元素原子的最外层电子数是其次外层电子数的2倍；Y元素有两种常见单质，二者质量相等时其物质的量之比为3：2；Z元素原子的次外层电子数是其最外层电子数的4倍。则：①写出化合物甲的电子式___________________；②写出Z与甲反应的化学方程式_______________________________________________；（2）X、Y、Z都是非金属单质，X是原子晶体，Y、Z都是分子晶体，X、Y都能与强碱溶液反应；乙的水溶液是工业三酸之一，也是实验室常用试剂。则：①写出X与NaOH溶液反应的离子方程式________________________________________；②在①所得溶液中加入乙的溶液，观察到的现象___________________________________（3）.X、Z是常见金属，Z与甲的反应只有在高温下才能进行，甲是一种具有磁性的化合物，乙在工业上常用于制取Z单质。则：①写出乙与NaOH溶液反应的化学方程式______________________________________；②将等物质的量的X和Z分别与足量的稀硫酸反应，当两种金属完全溶解后，得到气体的质量之比是____________________________。【答案】2Mg+CO22MgO+CSi＋2OH－＋H2O＝SiO32－+2H2↑产生白色胶状沉淀Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O2:3【解析】【分析】（1）根据X、Y、Z都是短周期元素的单质，X元素原子的最外层电子数是其次外层电子数的2倍，X为C；Y元素有两种常见单质，二者质量相等时其物质的量之比为3：2，所以Y为O，氧元素形成的单质为O2和O3；Z元素原子的次外层电子数是其最外层电子数的4倍，Z为Mg；碳和氧气反应生成二氧化碳（甲）；氧气与镁反应生成氧化镁（乙），镁与二氧化碳反应生成氧化镁和碳，以上推断符合图示转化关系；据以上分析进行解答；（2）X、Y、Z都是非金属单质，X是原子晶体，X能与强碱溶液反应，所以X为硅；乙的水溶液是工业三酸之一，也是实验室常用试剂，所以乙是氯化氢，则Y是氯原子，Z是氢元素，氯气、氢气的固体均属于分子晶体，符合题意；据以上分析进行解答；（3）甲是一种具有磁性的化合物，则甲是四氧化三铁，乙在工业上常用于制取Z单质，所以Z是铝，X是铁，乙是氧化铝，Y是氧气，符合上述转化关系；据以上分析进行解答。【详解】（1）根据X、Y、Z都是短周期元素的单质，X元素原子的最外层电子数是其次外层电子数的2倍，X为C；Y元素有两种常见单质，二者质量相等时其物质的量之比为3：2，所以Y为O，氧元素形成的单质为O2和O3；Z元素原子的次外层电子数是其最外层电子数的4倍，Z为Mg；碳和氧气反应生成二氧化碳（甲）；氧气与镁反应生成氧化镁（乙），镁与二氧化碳反应生成氧化镁和碳，以上推断符合图示转化关系；①二氧化碳为共价化合物，碳氧原子间形成共价键，电子式；综上所述所，本题正确答案：；②镁与二氧化碳反应生成氧化镁和碳，反应的化学方程式：2Mg+CO22MgO+C；综上所述所，本题正确答案：2Mg+CO22MgO+C；（2）X、Y、Z都是非金属单质，X是原子晶体，X能与强碱溶液反应，所以X为硅；乙的水溶液是工业三酸之一，也是实验室常用试剂，所以乙是氯化氢，则Y是氯原子，Z是氢元素，氯气、氢气的固体均属于分子晶体，符合题意；①硅与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气，离子方程式为：Si＋2OH－＋H2O＝SiO32－+2H2↑；综上所述所，本题正确答案：Si＋2OH－＋H2O＝SiO32－+2H2↑；②由于盐酸的酸性大于硅酸，所以硅酸钠溶液中加入盐酸，反应生成硅酸白色胶状沉淀和氯化钠，因此可观察到产生白色胶状沉淀生成；综上所述所，本题正确答案：白色胶状沉淀生成；（3）甲是一种具有磁性的化合物，则甲是四氧化三铁，乙在工业上常用于制取Z单质，所以Z是铝，X是铁，乙是氧化铝，Y是氧气，符合上述转化关系；

①氧化铝与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和水，反应的化学方程式为：Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O；

综上所述所，本题正确答案：Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O；

②已知反应Fe+H2SO4=FeSO4+H2，2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2；根据反应关系可知，将等物质的量的铁和铝分别与足量的稀硫酸反应，当两种金属完全溶解后，生成氢气的量之比为：1：1.5，质量之比是1:1.5，整理为2:3；综上所述所，本题正确答案：2:3。7．某固体混合物X可能由Na2O2、Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2中的一种或几种物质组成。为确定X的成分，进行了如下三个实验。分析并回答下列问题：（1）由实验①可得出的结论为：_______。（2）步骤Ⅰ所发生反应的离子方程式为：__________，________。反应Ⅱ涉及固体质量变化的化学方程式为：_________。（3）由步骤Ⅲ可得出的结论为：______。（4）步骤Ⅳ所得蓝色溶液中阳离子为____。（5）原混合物中各成分的质量之比是____。（不必简化）【答案】混合物X中无Na2O2Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2OCu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O混合物X中无Al2O3H+、Cu2+、Fe2+m(Fe2O3):m（Cu）：m(SiO2)=3.2：3.2：3.0【解析】【分析】【详解】（1）由于Na2O2能与水反应生成NaOH和O2，实验①取4.7gX投入水中，有不溶物出现，过滤、洗涤、干燥、称量不溶物，其质量仍为4.7g，得出的结论是混合物X中无Na2O2。（2）实验②向9.4gX中加入过量的盐酸得到蓝色溶液和4.92g固体，该蓝色溶液中含Cu2+，但Cu与HCl不反应，所以X中必有Fe2O3和Cu，步骤I中所发生反应的离子方程式为Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+；向4.92g固体中加入过量NaOH，固体减少4.92g-1.92g=3.0g，减少的固体为SiO2，9.4gX中含3.0gSiO2，反应II涉及固体质量变化的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。（3）实验③向9.4gX中加入过量NaOH，固体减少9.4g-6.4g=3.0g，减少的固体的质量与SiO2的质量相等，说明溶解的物质只有SiO2、没有Al2O3，步骤III可得出的结论是：混合物X中无Al2O3。（4）由上面的分析，步骤III得到的6.4g固体是Cu和Fe2O3的混合物，实验③向6.4g固体中加入过量HCl得到蓝色溶液和1.92g固体，发生反应的离子方程式为Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，由于仍有固体未溶解说明Fe2O3与HCl反应生成的Fe3+不能将Cu完全溶解，1.92g固体为Cu，Fe3+完全被还原为Fe2+，步骤IV所得蓝色溶液中的阳离子为Cu2+、Fe2+和H+（H+来自过量HCl）。（5）根据上述分析，设6.4g固体中Fe2O3物质的量为y，根据反应Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，溶解的Cu的物质的量为y，160g/moly+64g/moly+1.92g=6.4g，解得y=0.02mol，则9.4gX中含Fe2O3的质量为0.02mol×160g/mol=3.2g、含SiO23.0g、含Cu的质量为（9.4g-3.2g-3.0g）=3.2g，则原混合物中m(Fe2O3):m（Cu）：m(SiO2)=3.2：3.2

：3.0。8．（14分）某新型无机非金属材料K由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性。它是以中学化学中常见物质为原料来生产的，图中C、M、K均含A元素，M的分子式为A（NH2）4；E为不含A元素的氢化物，在空气中易形成白雾；G、F均为难溶于水的白色沉淀，H为氧化物，J为气体；其余物质均为中学化学中常见物质。（提示：NH3和H2O的化学性质在某些方面相似）请回答下列问题：（1）写出指定物质的化学式：A，C，F。（2）K的化学式为。（3）写出图中下列序号的化学方程式：反应④；反应⑤。（4）写出图中反应⑥的离子方程式：。【答案】（14分）（1）Si（2分）；SiCl4（2分）；H2SiO3（H4SiO4）（2分）；（2）Si3N4（2分）（3）④Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑（2分）⑤SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（2分）（4）⑥SiO32－＋2CO2＋2H2O＝H2SiO3↓＋2HCO3－（2分）【解析】试题分析：根据题中各种物质之间的转化关系，F均为难溶于水的白色沉淀，H为氧化物，H与NaOH溶液发生反应产生I，I与过量的CO2发生反应产生F，，数目F是弱酸，而且不稳定，受热发生分解反应，结合化合物A可谓形成四个共价键可知A元素为Si价化合物，C、H、K均含有A元素，K抗腐蚀能力强，氮溶液被氢氟酸腐蚀，数目K中含有Si元素，由此可取代A是Si，H是SiO2，I是Na2SiO3，则F是H2SiO3，E为不含A元素的氢化物，在空气中易形成白雾；E与AgNO3溶液发生反应产生的F为难溶于水的白色沉淀，则F是AgCl，E是HCl，所以B是Cl2。C是SiCl4，SiCl4与过量的NH3发生反应产生M是Si3N4，K是含有Si元素的两种短周期元素组成的新型无机非金属材料，具有超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性。则K是Si3N4。（1）A物质的化学式：是Si；C化学式是SiCl4，F是H2SiO3，（2）K的化学式为Si3N4；（3）图中Si可以与NaOH溶液发生反应产生氢气，反应④的化学方程式是：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑；反应⑤是酸性氧化物SiO2与碱NaOH发生反应，产生盐和水，反应的化学方程式是：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O；（4）由于酸性H2CO3>H2SiO3，因此硅酸盐与碳酸发生反应产生硅酸，由于CO2过量，因此反应产生的碳酸盐是酸式盐，图中反应⑥是的离子方程式SiO32－＋2CO2＋2H2O＝H2SiO3↓＋2HCO3－【考点定位】考查了物质转化关系和判断、物质化学式、化学方程式和离子方程式的书写的知识。【名师点睛】本题是无机元素及化合物的推断题，全面考查了元素及化合物的性质及应用，要掌握元素及化合物的结构、性质、应用，同时把反应现象和题干信息充分结合，与材料及制取方法结合，注意物质的量的多少对反应及产物的影响。本题考查的非金属元素N、Cl、Si元素及其化合物的性质和应用的知识。从物质之间的转化关系中找准突破口，问题就会各个击破，迎仍而解。9．“生活无处不化学”，回答下列问题：（1）用白醋浸泡开水壶，第二天发现壶内水垢消失，开水壶又光洁如新了（水垢的主要成分是碳酸钙等）。该离子反应方程式为____________。（2）食盐不慎洒落在天然气的火焰上，观察到的现象是_____，该变化称为_____反应。（3）沾有水的铁制器皿在高温火焰上会发黑，该反应的化学方程式是____________。（4）面包在制作时会加入小苏打，利用其加热产生气体的性质，可将小苏打作为膨松剂，该反应的化学方程式是________________。（5）光导纤维、沙子、石英和玛瑙的主要成分是__________（填化学式）。（6）赏心悦目的雕花玻璃是用__________（填名称）对玻璃进行刻蚀而制成的。（7）使用“84”消毒液（含NaClO）时，按一定比例将它与水混合，并在空气中浸泡一段时间，使NaClO与H2O及空气中的CO2充分反应，以达到杀菌消毒的效果更好的目的。将该反应的离子方程式补充完整：____+____。【答案】火焰变成黄色焰色或(3Fe+2O2Fe3O4)SiO2氢氟酸HClOHCO3—【解析】【详解】：(1)发生反应为CaCO3+2CH3COOH═(CH3COO)2Ca+H2O+CO2↑，其离子反应为CaCO3+2CH3COOH═Ca2++2CH3COO－+H2O+CO2↑，故答案为：CaCO3+2CH3COOH═Ca2++2CH3COO－+H2O+CO2↑；(2)食盐不慎洒落在天然气的火焰上，观察到的现象是火焰变成黄色，该变化称为焰色反应，故答案为：火焰变成黄色；焰色；(3)沾有水的铁制器皿在高温火焰上会发黑，该反应的化学方程式是3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，故答案为：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2；(4)面包在制作时会加入小苏打，利用其加热产生气体的性质，可将小苏打作为膨松剂，该反应的化学方程