课时跟踪检测十 无机非金属材料的主角——硅
(时间：45分钟 满分：100分)
一、选择题(每小题6分，共60分)
1．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是( ) A．二者氧化物都能与NaOH溶液反应 B．二者单质在加热时都能跟O2反应 C．二者氧化物都能溶于水生成相应的酸 D．碳和硅两种元素共有两种单质
解析：碳的氧化物有CO、CO2，CO不能与NaOH溶液反应，A项错误；单质碳、单质硅在加热条件下均能与O2反应，B项正确；SiO2不能溶于水，也不能生成相应的酸，CO不能溶于水生成酸，C项错误；碳有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素有多种单质，D项错误。
答案：B
2．(2017届大连模拟)硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列说法正确的是 ( ) A．硅酸钠可用于制备木材防火剂 B．硅单质广泛用于光纤通信 C．利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 D．水晶项链是硅酸盐制品
解析：硅酸钠不易燃烧，可用于制备木材防火剂，A项正确；硅单质主要应用于半导体材料及太阳能电池板，而二氧化硅广泛用于光纤通信行业，B项错误；盐酸与二氧化硅不反应，可用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，C项错误；水晶项链的主要成分为二氧化硅，而不是硅酸盐，D项错误。
答案：A
3．下列关于C、Si两种非金属元素的说法中，正确的是( ) A．两者结合形成的化合物是共价化合物 B．在自然界中都能以游离态存在 C．氢化物的热稳定性比较：CH4 解析：C、Si都是非金属元素，二者结合形成的化合物为共价化合物，A项正确；硅元素为亲氧元素没有以游离态存在的单质，B项错误；非金属性C>Si，故氢化物的稳定性SiH4 答案：A 4．(2017届宿州模拟)下列叙述中正确的是( ) 高温 A．因为Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 1 C．二氧化硅既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 D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸 解析：Na2CO3与SiO2在高温下发生反应，是因为生成的产物中有气体生成，使平衡正向移动，促使反应能够顺利进行，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A项错误；CO2、SiO2的晶体结构不同，二者物理性质差异较大，B项错误；SiO2与氢氟酸反应生成SiF4和H2O，SiF4不属于盐，该反应中SiO2并未表现碱性氧化物的性质，SiO2属于酸性氧化物，C项错误。 答案：D 5．下列关于工业生产的说法中，不正确的是( ) A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含少量杂质的粗硅 B．在高炉炼铁的反应中，焦炭为铁矿石的还原剂 C．工业上将粗铜进行精炼，应将粗铜连接电源的正极 D．生产普通玻璃的主要原料有石灰石、石英和纯碱 高温 解析：A项，2C＋SiO2=====Si＋2CO↑，正确；B项，在高炉炼铁的反应中，CO为铁矿石的还原剂，错误；C项，电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，纯铜作阴极，与电源负极相连，正确；D项正确。 答案：B 6．常温下，下列不发生反应的一组物质是( ) ①硅与NaOH溶液 ②硅与盐酸 ③硅与氢氟酸 ④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与NaOH溶液 ⑥二氧化硅与浓硝酸 A．①②④ C．②⑤⑥ B．③④⑥ D．②④⑥ 解析：①中Si与NaOH溶液发生反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，③中硅与氢氟酸发生反应Si＋4HF===SiF4＋2H2↑，⑤二氧化硅与NaOH溶液发生反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，②、④、⑥中物质常温下不发生反应，故选D项。 答案：D 7．下列离子方程式不正确的是( ) A．石英与烧碱反应：SiO2＋2OH===SiO3＋H2O B．硅与烧碱反应：Si＋2OH＋H2O===SiO3＋2H2↑ C．向小苏打溶液中加入过量的石灰水： 2HCO3＋Ca＋2OH===CaCO3↓＋2H2O＋CO3 D．往水玻璃中加入盐酸：2H＋SiO3===H2SiO3↓ 解析：向小苏打溶液中加入过量石灰水，溶液中一定不存在CO3，C项错误。 答案：C 8．(2017届邯郸市曲周县第一中学摸底)汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记 2 2－ ＋ 2－ － 2＋ － 2－ － 2－ － 2－ 载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为＋2价)，下列有关“汉紫”的说法中不正确的是( ) A．用盐的形式表示：BaSiO3·CuSiO3 B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2 C．易溶于强酸、强碱 D．性质稳定，不易褪色 解析：根据化合物中化合价代数和为0，可知x为6，硅酸铜钡的化学式为BaCuSi2O6，用盐的形式可表示为：BaSiO3·CuSiO3，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2；根据“汉紫”是汉代器物上的颜料可推知，“汉紫”性质稳定，不易褪色；由盐的表达式可推知，其不溶于强碱，故A、B、D项正确，C项错误。 答案：C 9．下列转化关系中，不能通过一步反应实现的是( ) ①SiO2→Na2SiO3 ②Si→Na2SiO3 ③SiO2→H2SiO3 ④CuO→Cu(OH)2 ⑤Na2O→ Na2CO3 A．①和② C．②③④ B．③和④ D．②③④⑤ 解析：①中SiO2可与NaOH反应生成Na2SiO3；②中Si与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3；③中SiO2不能与水反应，所以不能由SiO2一步制得H2SiO3；④中氧化铜不能与水反应生成氢氧化铜；⑤中将氧化钠与CO2反应可得到碳酸钠。 答案：B 10．(2017届湖南衡阳八中等十三校联考)将足量的CO2不断通入NaOH、Ba(OH)2、NaAlO2的混合溶液中，生成沉淀与通入CO2的量的关系可表示为( ) 解析：解答本题关键在于反应顺序的正确判断。反应依次为CO2＋Ba(OH)2===BaCO3↓＋H2O、CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2＋2NaAlO2＋3H2O===Na2CO3＋2Al(OH)3↓、CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3、CO2＋BaCO3＋H2O===Ba(HCO3)2。用离子方程式判断，若先和AlO2反应生成Al(OH)3，则生成的Al(OH)3与溶液中的OH － － 2－ 2＋ － － 还是会反应生成AlO2，相当于先和OH反应；若先和NaOH反应，生成Na2CO3，则CO3会与Ba生成BaCO3沉淀，还是相当于先和Ba(OH)2反应；若先与BaCO3反应，溶解沉淀，溶液中还有Na2CO3，还是会与Ba沉淀为BaCO3，所以先和Na2CO3反应生成NaHCO3后，再与BaCO3反应，沉淀溶解；所以，随CO2的通入，先生成BaCO3，然后沉淀质量保持不变一段时间，然后又继续生成Al(OH)3沉淀，然后沉淀质量又保持不变一段 2＋ 3 时间，然后沉淀逐渐溶解一部分，最后剩下的就是Al(OH)3沉淀。 答案：C 二、非选择题(共40分) 11．(16分)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下： ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 300 ℃ ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2 ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题： (1)第ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为____________________________________。 (2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为__________________________。 (3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)： ①装置 B 中的试剂是________。装置 C 的烧瓶需要加热，其目的是 ________________________________________________________________________。 ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是___________________________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式为____________________________________。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________________。 ④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填写字母代号)。 a．碘水 b．氯水 c．NaOH溶液 d．KSCN溶液 e．Na2SO3溶液 解析：SiCl4与SiHCl3的沸点不同，分离沸点不同的液体采用的方法是分馏。根据题干“SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃”可判断H2的作用之一是排尽装置内的空气，防止SiHCl3自燃，而且H2必须是干燥的，可知B的作用就是干燥H2，故B中试剂为浓H2SO4。由于通入D中应是稳定的SiHCl3与过量H2的气流，故C装置要加热，并且用水浴加热。由D装置加热到1 000～1 100 ℃，普通玻璃管会软化，所以必须选用石英管。鉴定产品硅中是否含铁单质，用稀HCl溶解后生成Fe，如果选用NaOH会将生成的Si也溶解，检验时会将Fe转化为Fe，故选用试剂为氯水、KSCN 溶液。 高温 答案：(1)SiO2＋2C=====Si＋2CO↑ (2)分馏(或蒸馏) (3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3气化 2＋ 3＋ 2＋ 4 1 000～1 100 ℃ ②有固体物质生成 在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl ③排尽装置中的空气 ④bd 12．(10分)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、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可作光导纤维。 按要求回答下列问题： (1)C的化学式为________；X的化学式为________。 (2)反应②的化学方程式：_________________________________________________； 反应⑦的离子方程式：___________________________________________________。 解析：由I可作光导纤维知，I为SiO2，根据题给第二个框图中的转化关系和“F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀”知F为硅酸，H为硅酸钠；由E→G是加入了硝酸银和稀硝酸，生成了难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，则E中含有氯离子；则化合物C中含硅、氯两种元素，故C为SiCl4，D为Si(NH2)4，X为Si3N4。 答案：(1)SiCl4 Si3N4 (2)SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HCl SiO3＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO3 13．(14分)已知SiO2、SO2、CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质点燃 也具有一定的相似性(提示：2Mg＋CO2=====2MgO＋C)。 2－ － Ⅰ.用如图所示的装置进行Mg和SO2反应的实验： (1)选择制取SO2的合适试剂______(填选项代号)。 ①10%的H2SO4溶液；②80%的H2SO4溶液；③Na2SO3固体；④CaSO3固体。 (2)写出装置B中发生的主要反应的化学方程式：_____________________________。 (3)你认为该装置是否有不足之处？________，如果有，请一一说明____________________________________________________________________________。 Ⅱ.某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料后得到以下可供参考的信息： 5 ①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si； ②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应； ③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐和SiH4； ④Si和SiO2均不与稀硫酸反应； ⑤SiH4在空气中能自燃。 他们在研究报告中记载着“??选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量??在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右”。 (4)该小组“实验室制Si”的化学方程式是___________________________________。 (5)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是____________________________________________________。 解析：(1)由于SO2易溶于水故选用试剂②，由于CaSO4微溶于水故应选试剂③，②、③反应来制SO2。 (2)B中发生的主要反应的化学方程式为 △△△ 3Mg＋SO2=====2MgO＋MgS(或2Mg＋SO2=====2MgO＋S，Mg＋S=====MgS)。 (3)该装置有不足之处，由于在高温下水可和Mg反应产生H2，故应在A和B之间连接一个干燥装置；C装置应与大气相通，防止发生事故，由于SO2溶于水易与NaOH溶液反应，故应设计一个防倒吸装置；镁能与玻璃中SiO2反应，故应在Mg下方垫一个不锈钢垫片。 点燃 (4)由题给资料可知，制Si的化学方程式为2Mg＋SiO2=====2MgO＋Si。 (5)Mg与Si反应生成Mg2Si，Mg2Si与H2SO4反应可生成的SiH4，可自燃，用方程式可表示为，2Mg＋Si===Mg2Si、Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑、SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O。 △△△ 答案：(1)②③ (2)3Mg＋SO2=====2MgO＋MgS(或写成2Mg＋SO2=====2MgO＋S，Mg＋S=====MgS) (3)有 在A和B之间未连接一个干燥装置；C装置未与大气相通；在镁下方未垫一个不锈钢垫片，镁能与玻璃管反应；未设计一个防倒吸装置(只要答出两点即可) 点燃 (4)2Mg＋SiO2=====2MgO＋Si (5)金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃(或用方程式表示：2Mg＋Si===Mg2Si，Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O) 6 ①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si； ②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应； ③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐和SiH4； ④Si和SiO2均不与稀硫酸反应； ⑤SiH4在空气中能自燃。 他们在研究报告中记载着“??选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量??在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右”。 (4)该小组“实验室制Si”的化学方程式是___________________________________。 (5)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是____________________________________________________。 解析：(1)由于SO2易溶于水故选用试剂②，由于CaSO4微溶于水故应选试剂③，②、③反应来制SO2。 (2)B中发生的主要反应的化学方程式为 △△△ 3Mg＋SO2=====2MgO＋MgS(或2Mg＋SO2=====2MgO＋S，Mg＋S=====MgS)。 (3)该装置有不足之处，由于在高温下水可和Mg反应产生H2，故应在A和B之间连接一个干燥装置；C装置应与大气相通，防止发生事故，由于SO2溶于水易与NaOH溶液反应，故应设计一个防倒吸装置；镁能与玻璃中SiO2反应，故应在Mg下方垫一个不锈钢垫片。 点燃 (4)由题给资料可知，制Si的化学方程式为2Mg＋SiO2=====2MgO＋Si。 (5)Mg与Si反应生成Mg2Si，Mg2Si与H2SO4反应可生成的SiH4，可自燃，用方程式可表示为，2Mg＋Si===Mg2Si、Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑、SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O。 △△△ 答案：(1)②③ (2)3Mg＋SO2=====2MgO＋MgS(或写成2Mg＋SO2=====2MgO＋S，Mg＋S=====MgS) (3)有 在A和B之间未连接一个干燥装置；C装置未与大气相通；在镁下方未垫一个不锈钢垫片，镁能与玻璃管反应；未设计一个防倒吸装置(只要答出两点即可) 点燃 (4)2Mg＋SiO2=====2MgO＋Si (5)金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃(或用方程式表示：2Mg＋Si===Mg2Si，Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O) 6 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