2019届一轮复习鲁科版硅无机非金属材料学案(2)
第四章 材料家族中的元素
第一节 硅 无机非金属材料
[教材基础——自热身]
1．硅元素的原子结构与存在
硅元素在地壳中含量为第二位，在周期表中位置为第3周期ⅣA族，原子结构示意图为，在自然界中只以化合态形式存在，主要存在形式为SiO2和硅酸盐。
2．单质硅与半导体材料
(1)Si的物理性质
灰黑色固体，有金属光泽，熔点高、硬度大、有脆性。
(2)Si的化学性质
(3)用途——半导体材料
制晶体管、集成电路、硅芯片、太阳能电池、硅合金等。
3．二氧化硅与光导纤维
(1)二氧化硅
①存在
在自然界中广泛存在，是沙子、石英、水晶的主要成分。
②物理性质：熔点高，硬度大。
③化学性质
④用途
制造电子部件、光学仪器、光导纤维，生产水泥、玻璃等硅酸盐产品，水晶可制作饰品。
(2)光导纤维
光导纤维是高性能的现代通讯材料，又可用于能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械制造等方面。
[注意] SiO2既能与HF反应，又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物。
[知能深化——扫盲点]
(1)Si的还原性强于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
(2)非金属单质与碱液反应一般无H2放出，但Si与碱液反应却放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
(4)非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。
[对点练]
1．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．Si粉中含有铝粉可用NaOH溶液除去铝粉
C．反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂
D．能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应
解析：选A Si和Al都可以与NaOH溶液反应，B项错误；Si与烧碱溶液反应的实质是Si先和H2O反应：Si＋3H2O===H2SiO3＋2H2↑，生成的H2SiO3与NaOH反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O，H2O是氧化剂，C项错误；硅不能与盐酸反应，D项错误。
(1)制取粗硅
工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
(2)粗硅提纯
①Si＋2Cl2SiCl4，
②SiCl4＋2H2Si＋4HCl。
(3)注意问题
①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。
②粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。
[对点练]
2．从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
②Si(粗)＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
关于上述反应的叙述不正确的是( )
A．①③是置换反应，②是化合反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅
解析：选D 在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的强，B正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g (1 mol)硅，均转移4 mol电子，C正确；题中的三个反应是在三个不同反应器中发生，D错误。
(1)SiO2是空间网状立体结构，不存在单个分子，这与CO2、SO2、SO3等酸性氧化物的单分子结构不同。
(2)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。
(3)酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与HF反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(4)反应：Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，不能说明酸性的强弱。
[对点练]
3．下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是( )
A．都是共价化合物
B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
解析：选C SiO2和CO2都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应能生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应能生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。
[题点全练——过高考]
题点一 C、Si的性质
1．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
SiH4，错误；D项，SiO2不能与水反应，错误。
2．常温下，下列不发生反应的物质是( )
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
A．①② B．③④
C．②⑤ D．②④
解析：选D ①中发生反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；Si不与除氢氟酸外的其他酸反应，②不反应，③反应；④中SiO2与Na2CO3反应需要高温，常温下不反应；⑤中发生反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
题点二 Si的制取
3．硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
(1)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过程中若混有O2
，可能引起的后果是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息：
Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；
Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；
Ⅲ.SiH4在空气中自燃。
他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解Ⅰ实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。
①Ⅰ实验发生反应的化学方程式是___________________________________
________________________________________________________________________。
②用稀H2SO4溶解Ⅰ实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：在SiHCl3中，把硅考虑为＋4价，则氢为－1价，氯为－1价，SiHCl3水解时，－1价氢还原水中＋1价的氢，生成氢气。
答案：(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl 高温下，H2遇O2发生爆炸
(2)①2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si
②Mg2Si与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O
题点三 二氧化硅的性质
4．下列说法正确的是( )
A．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
B．不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸，能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化
C．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料
D．HF与SiO2反应，可用于氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
解析：选D A项，SiO2与HF反应不能生成盐，不属于两性氧化物，错误；B项，瓷坩埚中含SiO2，不能用来加热碱性物质，错误；C项，光导纤维不是新型无机非金属材料，错误。
5．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2CSi＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde
C．cde D．ab
解析：选B 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中SiO2被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的SiO2制取易挥发的CO2，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此SiO2没有参加氧化还原反应，e判断也正确。
[教材基础——自热身]
1．硅酸
2．硅酸盐
(1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。
(2)硅酸盐组成的表示方法
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，钾长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
(3)硅酸钠
①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
②与酸性较硅酸强的酸反应
a．与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
b．与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
3．无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
①常见硅酸盐材料比较
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
主要成分
硅酸三钙(3CaO·SiO2)
硅酸二钙
(2CaO·SiO2)
铝酸三钙
(3CaO·Al2O3)
Na2SiO3
CaSiO3
SiO2
—
主要性质
水硬性
没有固定的熔点
—
②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2高温,CaSiO3＋CO2↑。
(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。
[题点全练——过高考]
题点一 硅酸盐、无机非金属材料
1．下列关于硅酸盐、无机材料的说法正确的是( )
A．玻璃是一种晶体，有较高的熔点
B．水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱
C．碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是新型无机非金属材料
D．普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品
解析：选C A项，玻璃是混合物，没有固定的熔点，错误；B项，Na2SiO3又叫泡花碱，其水溶液叫做水玻璃，属于盐，错误；D项，玛瑙不属于硅酸盐产品，错误。
2．硅与铝同周期。SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成黏性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为_____________________________________________
________________________________________________________________________。
长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石的化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为________________。
解析：根据不同类长石其氧原子的物质的量分数相同，结合化合价代数和是0可写出钙长石的化学式。
答案：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O CaAl2Si2O8
[规律方法] 硅酸盐改写成氧化物形式的方法
(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，不同氧化物间以“·”隔开。
(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如长石(KAlSi3O8)不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
题点二 硅及其化合物的转化
3．下列变化中，不能一步实现的是( )
A．Na2SiO3―→H2SiO3 B．H2SiO3―→SiO2
C．SiO2―→H2SiO3 D．SiO2―→Na2SiO3
解析：选C Na2SiO3H2SiO3；H2SiO3SiO2；SiO2Na2SiO3；SiO2不与H2O反应，故不能一步转化为H2SiO3。
4．如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
B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示的转化都是氧化还原反应
解析：选C SiO2是酸性氧化物，A错误；Na2CO3溶液呈碱性，盛放Na2CO3水溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，B错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，例如SiO2与NaOH溶液的反应，D错误。
[课堂真题集训——明考向]
1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2017·江苏高考)由于SiO2硬度大，所以可用于制造光导纤维( )
(2)(2016·全国卷Ⅲ)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记( )
(3)(2016·江苏高考)下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4Si( )
(4)(2016·江苏高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋ ===H2SiO3↓＋2Na＋( )
(5)(2016·海南高考)石英砂可用于生产单晶硅( )
(6)(2016·上海高考)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅( )
(7)(2016·四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化( )
(8)(2015·安徽高考)SiO2既能和氢氧化钠溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
(7)√ (8)×
2．(2017·全国卷Ⅱ)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_______________________________________________
______________________，还可使用_______________________________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为__________________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是_______________________________________。
沉淀B的主要成分为__________、__________(写化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为MnO＋H＋＋H2C2O4―→Mn2＋＋CO2＋H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 mol·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为________。
解析：
(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，为了不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2(或H2SiO3)，SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。(3)加入氨水调节溶液的pH＝4～5的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。(4)根据反应中转移电子数相等可找出关系式2MnO～5H2C2O4，结合消耗KMnO4溶液的浓度和体积可求出n(H2C2O4)＝＝4.5×10－3 mol，则该水泥样品中钙的质量分数为×100%＝45.0%。
答案：(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2 (2)SiO2(或H2SiO3) SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3
(4)45.0%
3．(2015·海南高考)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：
(1)能与X发生化学反应的酸是________；由X制备Mg2Z的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为_____________________________________，
Y分子的电子式为____________。
(3)Z、X中共价键的类型分别是__________、__________。
解析：Z为半导体单质，则Z是Si元素，其氧化物为二氧化硅，可与氢氟酸反应，根据反应的流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。
答案：(1)氢氟酸 SiO2＋4Mg2MgO＋Mg2Si
(2)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑
(3)非极性键 极性键
[课下能力测评——查缺漏]
1．硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是( )
A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐产品
B．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂
C．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示
D．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池
解析：选C 水晶的主要成分为SiO2，不属于硅酸盐产品，A错误；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，属于混合物，B错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅，用于制造太阳能电池的是高纯硅，D错误。
2．大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一项是( )
选项
俗名
主要成分(化学式)
用途
A
石英
SiO2
集成电路
B
纯碱
Na2CO3
制备玻璃
C
水玻璃
Na2SiO3
制备硅胶
D
铁红
Fe2O3
用作油漆和涂料
解析：选A 石英主要用于生产玻璃和光导纤维等，晶体硅才用于制作集成电路。
3．我国科学家制得了SiO2超分子纳米管。下列叙述正确的是( )
A．SiO2与干冰的物理性质相似
B．SiO2耐腐蚀，不与任何酸反应
C．工业上用SiO2制备粗硅
D．光导纤维主要成分是SiO2，具有导电性
解析：选C A项，SiO2熔、沸点高，干冰的熔、沸点低，两者物理性质不相似；B项，SiO2能与氢氟酸反应；C项，工业上用SiO2制粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑；D项，光导纤维主要成分是SiO2，能传导光，但是不导电。
4．(2018·山东枣庄模拟)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．沙子和粘土的主要成分均为硅酸盐
解析：选D A项，由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘土而为之”可知，粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，正确；B项，黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理化学变化过程，粘土发生复杂的物理化学变化，正确；C项，青瓦和红瓦是在冷却时区分的，自然冷却的是红瓦，浇水冷却的是青瓦，正确；D项，沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，错误。
5．下列除杂方法正确的是( )
A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液，然后过滤除去
B．CO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热
C．CO2中含有HCl杂质，可以通过盛有饱和Na2CO3溶液的洗气瓶
D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤
解析：选B A项，SiO2、Al2O3均能与NaOH溶液反应，错误；C项，应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，错误；D项，引入NaHCO3杂质，错误。
6．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是( )
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价发生改变
D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
解析：选A A项，稻壳灰来源广泛、价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，SiO2中硅元素的化合价是＋4价，Na2SiO3中硅元素的化合价是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，错误。
7．(2018·定州模拟)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制晶的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．Y、Z分别为H2、Cl2
B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价
D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应
解析：选B A项，电解饱和食盐水得到X(NaOH)、Y(H2)、Z (Cl2)，正确；B项，焦炭与石英发生副反应生成碳化硅的化学方程式为3C＋SiO2SiC＋2CO↑
，该反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，错误；C项，SiHCl3发生水解反应的化学方程式为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2＋3HCl，根据化合价升降总和相等的规律可知SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价，正确；D项，Y(H2)与SiHCl3制备多晶硅的反应为H2＋SiHCl3===Si＋3HCl，该反应属于置换反应， 正确。
8．(2018·九江模拟)蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述不正确的是( )
A．沉淀X的成分是SiO2
B．将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到红色颜料Fe2O3
C．在溶液Y中加入过量的NaOH溶液，过滤得到的沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2
D．溶液Y中的阳离子主要是Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋
解析：选B 向蛇纹石试样中加入过量的盐酸，其中的MgO、Al2O3、Fe2O3溶解形成含Mg2＋、Al3＋、Fe3＋和H＋的溶液Y，而SiO2不溶解形成沉淀X，溶液Y中加入过量NaOH溶液，将得到Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀，A、C、D正确；将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液，其中的Al2O3和SiO2溶解形成AlO和SiO，而MgO和Fe2O3不溶解形成沉淀，B错误。
9．下列说法中正确的是( )
A．单质氧化物酸或碱盐，硅单质可以按上述关系进行转化
B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系
C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中
D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示为Al2O3·SiO2·H2O
解析：选C A项，Si与O2反应生成SiO2，SiO2不与H2O反应，“氧化物酸或碱”不能实现，错误；B项， b→c，c→a均不能通过一步反应实现，错误；C项，二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应生成盐和水，正确；D项，硅酸盐可以用盐的形式或氧化物的形式表示，[Al2Si2O5(OH)4]可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，错误。
10．(2018·烟台模拟)三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)难溶于水，在医疗上可作抗酸剂。它除了可以中和胃液中多余的酸之外，生成的H2SiO3还可覆盖在有溃疡的胃表面，缓解刺激。将0.184 g三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)加入到50 mL 0.1 mol·L－1
盐酸中，充分反应后，滤去沉淀，用0.1 mol· L－1 NaOH溶液滴定剩余的盐酸，消耗NaOH溶液30 mL，则n为( )
A．6 B．5
C．4 D．3
解析：选A 三硅酸镁中和胃酸(HCl)的化学方程式为Mg2Si3O8·nH2O＋4HCl===2MgCl2＋3SiO2＋(n＋2)H2O，根据化学方程式，设0.184 g MgSi3O8·nH2O的物质的量是x，消耗盐酸的物质的量为(0.050×0.1－0.030×0.1) mol＝0.002 mol，则有
Mg2Si3O8·nH2O＋4HCl===2MgCl2＋3SiO2＋(n＋2)H2O
1 mol 4 mol
x 0.002 mol
解得x＝0.000 5 mol，所以Mg2Si3O8·nH2O的摩尔质量是＝368 g·mol－1，Mg2Si3O8的摩尔质量为260 g·mol－1，所以18n＝108，即n＝6。
11．某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。
(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
(2)装置B的作用是___________________________________________。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为____________________、______________________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)该装置的缺点是__________________________________________。
(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为________。
(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：__________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验前要通入足够长时间的N2
将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知，B装置作安全瓶，防止倒吸。(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成CO也可能生成CO2，所以C装置用来检验CO2，D装置用来检验CO，所以C、D装置中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有CO2又有CO。由于两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2＋4C2CO2＋2CO＋3Si。(4)CO有毒，不能排放到空气中，而该装置缺少尾气吸收装置吸收未反应的CO。(5)18 g SiO2的物质的量＝＝0.3 mol,8.4 g焦炭的物质的量＝＝0.7 mol，充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L，其物质的量＝＝0.6 mol，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则有：
SiO2 ＋ 2C ===2CO ＋ Si
0．3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol
Si ＋ C ===SiC
1 1 1
0．1 mol 0.1 mol 0.1 mol
故Si和SiC的物质的量之比为0.2 mol∶0.1 mol＝2∶1。
(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，将CO2气体通入硅酸钠溶液发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，溶液变浑浊，说明酸性：H2CO3>H2SiO3。
答案：(1)将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰
(2)作安全瓶，防止倒吸
(3)澄清石灰水 PdCl2溶液 3SiO2＋4C2CO2＋2CO＋3Si (4)缺少尾气吸收装置
(5)2∶1 (6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性强于硅酸
12．某矿石含碳酸镁和石英，制备高纯硅和硅胶的工艺流程如下：
(1)“硅胶”常用作________，也可以用作________的载体。A的结构式为____________。
(2)制备粗硅的方程式为______________________________________________。
(3)操作Ⅰ为________，操作Ⅱ为_______________________________________。
(4)操作Ⅲ需要在氯化氢气流中加热脱水的原因是________________________。
(5)溶液G用E酸化的方程式为________________________________________。
解析：(1)“硅胶”多孔，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。二氧化碳的结构式为O===C===O。(2)工业制取纯硅的工艺流程为SiO2粗硅SiCl4纯硅，用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。(3)操作Ⅰ为过滤，操作Ⅱ为蒸发结晶。(4)MgCl2·6H2O加热脱水制得MgCl2，要在氯化氢气流中进行，氯化氢氛围是防止镁离子水解。(5)Na2SiO3与HCl反应，生成NaCl和H2SiO3。
答案：(1)干燥剂 催化剂 O===C===O
(2)SiO2＋2CSi＋2CO
(3)过滤 蒸发结晶或蒸发浓缩、冷却结晶
(4)防止镁离子水解
(5)Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
13．(2018·郑州模拟)未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无水冷发动机。这类材料中研究较多的是化合物G。
(1)化合物G的相对分子质量为140，G中硅元素的质量分数为60%，另有元素Y。G可以由化合物E(含两种元素)与NH3反应而生成，同时产生HCl气体。请推断：
①化合物G的化学式为____________。
②1 mol NH3和0.75 mol E恰好完全反应生成G和HCl，则化合物E的分子式为____________。
(2)粉末状G能够与空气中的氧气和水作用，所得产物中都有一种酸性氧化物，它是工业上生产玻璃的主要原料。与氧气反应所得的产物还有一种单质，与水反应生成的另一种产物是该种单质元素的氢化物。请写出化合物G与水反应的化学方程式________________________________________________________________________。
(3)为了使化合物G能成为新一代汽车发动机材料，现采用常压下在G中添加氧化铝，经高温烧结制成一种高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，它的商品名叫“赛伦”，化学通式可表示为Si6－xAlxOxY8－x。在接近于1 700 ℃时x的极限值约为4.0，在1 400 ℃时x为2.0，以保持整个化合物呈电中性。试问：赛伦中Y元素的化合价为________。
解析：(1)1个G分子中Si的原子数为＝3，另一种元素不可能是氢，而是氮，氮的原子数为＝4，故G的化学式为Si3N4。E分子中只有一个硅原子，故其分子式为SiCl4。(2)由题意知Si3N4与H2O反应生成SiO2和NH3。(3)Si为＋4价，Al为＋3价，O为－2价，当x＝4时代入得Y的化合价a：2×4＋4×3＋(－2)×4＋a×4＝0，a
＝－3。
答案：(1)①Si3N4 ②SiCl4
(2)Si3N4＋6H2O===3SiO2＋4NH3↑
(3)－3
