第十讲 无机非金属材料的主角——硅
(时间：45分钟 满分：100分)
考 点
题 号
硅及其化合物的性质
2、5、6、7、8、9、11
无机非金属材料
1、3、4、10
一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意)
1．2012年我国载人飞船再次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流。飞船应用了许多尖端的合成材料。据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是 ( )。
A．它耐高温抗氧化
B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆
C．它没有固定熔点
D．它是一种新型无机非金属材料
解析 航空材料的特点是质轻、高强度、耐高温抗氧化等高可靠性，故B错，A正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅、高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料，C、D正确。
答案 B
2．(2013·雅安调研)硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是 ( )。
A．硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制
B．从Si(s)＋O2(g)SiO2(s) ΔH＝－858.6 kJ·mol－1可知，硅燃烧放出
的热量多
C．自然界中硅的储量丰富，可以从自然界直接获得单质硅
D．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一
解析 硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅不是气体，其污染容易得到有效控制；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易且又安全；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，所以C是错误的。
答案 C
3．(2013·江南八校高三联考)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杂质的粗硅
B．生产普通水泥的主要原料有石灰石、石英和纯碱
C．工业上将粗铜进行精炼，应将粗铜连接在电源的正极
D．硅和铁可以冶炼成合金
解析 生产普通水泥的原料是石灰石和黏土，B项不正确。
答案 B
4．(2013·福州质检)寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是 ( )。
A．寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触
B．寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物
C．潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质
D．置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质
解析 根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A对；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B对；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C错；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D对。
答案 C
5．(2013·杭州模拟)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 ( )。
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
C．反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂
D．硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应
解析 粗硅提纯涉及的反应：Si＋2Cl2SiCl4、SiCl4＋2H2Si＋4HCl都是氧化还原反应，B错误；硅与氢氧化钠溶液反应中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的是水，C错误；硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D错误。
答案 A
6．(2013·长春一模)将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后所得的固体物质是 ( )。
A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2
解析 分析题述过程中发生的化学反应：H2O＋CO2＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3，Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，H2SiO3SiO2＋H2O,2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，且Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，因此最后所得的固体物质中只有Na2SiO3。
答案 A
7．(2013·眉山二调)有一粗硅，含杂质铁，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是(提示：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑)
( )。
A．物质的量之比为：1∶1 B．物质的量之比为1∶2
C．质量之比为4∶1 D．质量之比为2∶1
解析 粗硅与盐酸反应是其中的Fe与盐酸反应：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，粗硅与碱反应是其中的硅与碱液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。因放出等量H2，则Fe与Si的物质的量之比为2∶1，质量之比为4∶1。
答案 C
二、非选择题(本题共4个小题，共58分)
8．(12分)如何除去下列各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请选用下面提供的试剂和操作，将标号填在表内。
供选试剂：A.盐酸 B．烧碱溶液 C．氧气 D．水
E．CO2 F．不用其他试剂
供选操作：①加热 ②加热熔融 ③过滤 ④结晶
含杂质的物质
所加试剂
主要操作
(1)SiO2(NaHCO3)
(2)SiO2(CaCO3)
(3)SiO2(Si)
(4)NaCl(SiO2)
解析 (1)除去SiO2中的NaHCO3可用水溶法；
(2)除去SiO2中的CaCO3可用盐酸溶解；
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑然后再过滤。
(3)除去SiO2中的Si可用加热法：Si＋O2SiO2。
(4)除去NaCl中的SiO2可用过滤、结晶法，因NaCl溶于水而SiO2不溶于水。
答案 (1)D ③ (2)A ③ (3)C ① (4)D ③④
9．(16分)(2012·南京月考)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。
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－===SiO＋H2O (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑
(4)SiO＋2H＋===H2SiO3↓
10．(16分)(2013·广元模拟)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)在元素周期表中，A位于________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为________，A与B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________，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D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。
①分别写出生成D和F的化学反应方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是 ( )
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
(4)100 g C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11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是________。
解析 (1)A的单质可作半导体材料，可知A为Si，位于ⅣA族，与之同族且相对原子质量较小的是碳元素，两者共同点是最外层均有4个电子。 (2)C为SiO2，易与氢氟酸反应生成SiF4和H2O。(3)SiO2与纯碱高温反应生成Na2SiO3(D)和CO2(E)，Al2O3高温下也与碱性物质反应。(4)不论CaCO3过量与否，生成的CO2由CaCO3决定，由关系式CaCO3～CO2得：＝，解得m(CaCO3)＝50 g。混合物中石灰石的质量分数为：×100%＝50%。
答案 (1)ⅣA 最外层均有4个电子
(2)氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
②ABC (4)50%
11．(14分)在工业中利用镁制取硅：2Mg＋SiO22MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：
(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________(填序号)。
a．石灰石 b．锌粒 c．纯碱
(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是________________________________________________________________________，
当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是
________________________________________________________________________。
(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因
用化学方程式表示为________________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析 (1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而可用H2。那么试管中应选用的固体药品为锌粒；(2)实验开始时应先通入氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响。然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行；(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，生成的SiH4可自燃，SiH4＋2O2===SiO2↓＋2H2O，所以会观察到闪亮的火星。
答案 (1)b (2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响 该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行 (3)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑ ②SiH4＋2O2===SiO2↓＋2H2O
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