2019高考化学总复习04非金属及其化合物(12)无机非金属材料的主角

无机非金属材料的主角——硅

李仕才

基础巩固

1．(2018年海淀区高一检测)下列关于硅及其化合物的说法不正确的是( ) A．单质硅常用作半导体材料 B．硅酸钠是制备木材防火剂的原料 C．二氧化硅是制备光导纤维的基本原料

D．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物

解析：由于SiO2与氢氟酸反应不能生成盐，所以SiO2是酸性氧化物而不是两性氧化物。 答案：D

2．下列说法正确的是( )

A．硅的氧化物及硅酸盐是构成地壳的主要物质，硅是地壳中含量最多的非金属元素 B．硅和碳都是不活泼的非金属，在自然界中大多以游离态的形式存在 C．硅是一种亲氧元素，因此硅在自然界中都以氧化物的形式存在 D．硅是构成岩石及矿物的基本元素

解析：地壳中含量最多的非金属元素是氧，硅仅次于氧，A项错误；自然界中不存在游离态的硅，存在游离态的碳，B项错误；硅在自然界中除以氧化物形式存在外，还以硅酸盐的形式大量存在，C项错误。

答案：D

3．把过量CO2气体通入下列溶液中，溶液始终保持澄清的是( ) A．Na2SiO3溶液 C．CaCl2溶液

B．澄清石灰水 D．Ca(ClO)2溶液

解析：Na2SiO3溶液与CO2气体反应生成H2SiO3胶体；澄清石灰水与CO2气体反应先生成白色沉淀，然后白色沉淀又溶解；CaCl2溶液与CO2气体不反应；Ca(ClO)2溶液与CO2气体反应先生成白色沉淀，然后沉淀又溶解。

答案：C

4. 碳酸的酸性比硅酸的强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( )

A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水

B．CO2通入可溶性硅酸盐溶液中，析出硅酸沉淀 C．高温下SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成CO2

D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀

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解析：根据强酸制弱酸的规律，CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀的事实可证明碳酸的酸性比硅酸的强。

答案：B

5．现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是( )

A．纯水 C．硝酸银溶液

B．盐酸 D．碳酸钠溶液

解析：A项，硅酸钠、石灰石、二氧化硅中后两种难溶于水，不能鉴别；硅酸钠溶液与盐酸反应会出现白色胶状沉淀，后两种与盐酸反应分别出现气泡和无明显现象，可以鉴别；硅酸钠溶于硝酸银溶液且反应生成白色沉淀，其余难溶，不能鉴别；加入碳酸钠溶液后，硅酸钠溶解，其余难溶，不能鉴别。

答案：B

6．在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是( ) ①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤硝酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氧化钙 ⑧氟气 A．③⑤⑦⑧ C．⑤⑧

B．⑤⑦⑧ D．⑤

解析：二氧化硅是酸性氧化物，可与碱及碱性氧化物反应，⑥、⑦能反应；二氧化硅与纯碱(或碳酸钙)在高温下能发生反应，②、③能反应；二氧化硅在高温下还能与焦炭发生置换反应，①能反应；二氧化硅作为一种特殊的氧化物还能与氟气、氢氟酸反应，④、⑧能反应；二氧化硅与硝酸不反应，⑤不能反应。

答案：D

7．(2018年南京高一检测)下列实验室保存试剂的方法正确的是( ) A．氢氟酸存放在带有橡胶塞的棕色玻璃瓶中

B．碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液存放在配有磨口玻璃塞的棕色玻璃瓶中 C．氯化铁溶液存放在铜制容器中

D．氢氧化钠溶液盛放在带有橡胶塞的玻璃瓶中

解析：氢氟酸能腐蚀玻璃，A项错误；碳酸钠溶液和氢氧化钙溶液呈碱性，能与SiO2

反应，B项错误；氯化铁溶液会溶解铜，C项错误；氢氧化钠溶液可盛放在带有橡胶塞的玻璃瓶中，D项正确。

答案：D

8．如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。

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请回答下列问题：

(1)B的化学式是__________，目前B已被用作________的主要原料。 (2)B和a溶液反应的离子方程式是__________________________ __________________________________________________________。

(3)A和a溶液反应的离子方程式是_________________________ __________________________________________________________。

(4)C和过量的盐酸反应的离子方程式是____________________ __________________________________________________________。

解析：C与过量的盐酸反应生成白色沉淀E，则E可能是硅酸或氯化银，若E是氯化银，则C是硝酸银，A为银，则根据已有知识，银可以与硝酸反应生成硝酸银，而银与硝酸反应能生成三种产物，不符合框图中物质间的转化关系。则E只能为硅酸，则C为硅酸盐，A为硅，a溶液为强碱的水溶液，进一步推出B为二氧化硅。

答案：(1)SiO2 光导纤维 (2)SiO2＋2OH===SiO3＋H2O(3)Si＋2OH＋H2O===SiO3＋2H2↑

(4)SiO3＋2H===H2SiO3↓

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＋

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2－

－

2－

综合提升

9．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是( ) A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O 1

B．镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·SiO2

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C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2 D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]表示为Al2O3·2SiO2·2H2O

解析：A项，Ca(Al2Si3O10)·3H2O应表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O(排序错)；B项，Mg2SiO4

应表示为2MgO·SiO2(不能在系数中出现分数)；C项，K2Al6Si6H4O24应表示为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(排序错)。

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答案：D

10．用胶头滴管向用石蜡围成的“Spark”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“Spark”的字样，则该溶液是( )

A．盐酸 C．烧碱

B．氢氟酸 D．饱和食盐水

解析：能腐蚀玻璃的是氢氟酸，反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 答案：B

高温

11．关于工业制金刚砂的反应：SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑，下列说法正确的是( ) A．SiO2是氧化剂，C为还原剂 B．碳的还原性比硅强

C．氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1 D．1 mol SiO2参与反应时，转移电子4 mol

解析：由价态变化知该反应是单质碳自身的氧化还原反应，作为氧化剂和还原剂的碳的物质的量之比为1∶2，故选D。

答案：D

12．下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是( )

A．SiO2属于两性氧化物

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B．酸性：H2SiO3>H2CO3 C．硅胶吸水后可重复再生

D．图中所示转化反应都是氧化还原反应

解析：SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3>H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应。

答案：C

13．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答：

(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗中所盛试剂是__________。 (2)装置B所盛试剂是__________，其作用是_________________。

(3)装置C所盛试剂是__________，C中反应的离子方程式是__________________________________________________________。

(4)由此可得出的结论是：酸性_________>_________>_________。

解析：根据强酸＋弱酸盐→弱酸＋强酸盐，可知分液漏斗中盛装盐酸，A中盛放Na2CO3

溶液，根据Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑，可以知道酸性：HCl>H2CO3，然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋Na2CO3，由此判断酸性：H2CO3>H2SiO3，但需注意的是A中反应会有HCl气体逸出，故通入Na2SiO3溶液前需将HCl气体除去，但不能除去CO2，故可选用饱和NaHCO3溶液。

答案：(1)盐酸

(2)饱和NaHCO3溶液 吸收HCl气体 (3)Na2SiO3溶液

SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋CO3 (4)HCl H2CO3 H2SiO3

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创新设计

14．(2018年安徽省阜阳市高三三模)近年来我国光纤光缆快速发展产生了对光纤预制棒的迫切需求。光纤预制棒是光缆生产的最“源头”项目，是制造石英系列光纤的核心原材料。

(1)光纤预制棒的主要成分是__________，如果把光缆裸露在碱性土壤中，结果会短路，用离子方程式说明原因_______________。

(2)石英用途广泛，下列说法正确的是( ) A．制备石英玻璃用来制造耐高温的化学仪器 B．可用作吸附剂或催化剂载体 C．工艺师用盐酸刻蚀石英制作艺术品

D．制备各种各样的陶瓷制品，如坩埚、蒸发皿、氮化硅高温结构陶瓷等

(3)晶体硅是电子工业的重要材料，工业上大量的晶体硅通常是由石英为原料制备得到 第一步 碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质) 第二步 粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500 ℃) 第三步 四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅 相关信息如下：

a．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物； b．有关物质的物理常数见下表：

物质 沸点/℃ 熔点/℃ 升华温度/℃ SiCl4 57.7 －70.0 — BCl3 12.8 －107.2 — AlCl3 — — 180 FeCl3 315 — 300 PCl5 — — 162 ①写出获得粗硅的化学方程式 ______________________________________________________。

②第二步获得的粗产品经冷却后再通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外，可能还含有的杂质元素是__________(填写元素符号)。

③第三步中用SiCl4与过量干燥的H2反应制备纯硅，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__________，原因是___________________________。

解析： (1)由光导纤维的主要成分SiO2可知光纤预制棒的主要成分；(3)②由表中所给信息FeCl3的沸点高于SiCl4，AlCl3、PCl5的升华温度也高于SiCl4的沸点，所以残留物中含有AlCl3、PCl5；③因为氢气是可燃性气体，要从安全角度分析。

答案：(1)SiO2 SiO2＋2OH===SiO3＋H2O

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(2)AD

高温

(3)①SiO2＋2C=====Si＋2CO↑ ②Al、P、Cl

③排尽装置中的空气，确保为干燥的H2气流 以防H2、O2混合物受热不安全及高温下Si被氧化

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