2020版高中化学 第四章 非金属及其化合物 学业分层测评18 无机非金属材料的主角——硅

2020版高中化学 第四章 非金属及其化合物 学业分层测评18 无机非金属材料的主角——硅

学业分层测评(十八) 富集在海水中的元素——氯 ‎(建议用时：45分钟) ‎ ‎[学业达标]‎ ‎1．下列有关硅的叙述中，正确的是(　　)‎ A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应，单质硅有多种不同的结构 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 C．硅的化学性质不活泼，在常温下只与Cl2、F2、HF、强碱反应 D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料，也是制造光导纤维的原料 ‎【解析】　A项正确，硅的化学性质稳定，常温下不易与氢气、氧气、氯气等反应；B项不正确，氧元素在地壳中的含量居第一位；C项不正确，硅的化学性质不活泼，但可与F2、氢氟酸和强碱等反应，不与Cl2、O2反应；D项不正确，通常用天然的石英作为光导纤维的原料。‎ ‎【答案】　A ‎2．下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)‎ A．晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料 B．常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在 C．SiO2是一种酸性氧化物，能够与水反应生成相应的酸 D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸 ‎【解析】　A项，晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质；其导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。B项，虽然常温下硅的化学性质稳定，但自然界中没有游离态的硅，它主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。C项，SiO2不同于其他酸性氧化物，它不溶于水也不与水反应。D项，SiO2不溶于稀盐酸，可使用稀盐酸除去其中混有的CaCO3，化学方程式为CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。‎ ‎【答案】　D ‎3．硅被誉为无机非金属材料的主角。下列物品用到硅单质的是(　　)‎ A．陶瓷餐具　　　　　　 B．石英钟表 C．计算机芯片 D．光导纤维 ‎【解析】　晶体硅可用作计算机芯片。‎ ‎【答案】　C ‎4．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是(　　)‎ A．加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出 B．加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解 C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成 7‎ D．先加过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现，若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解 ‎【解析】　二氧化硅不溶于盐酸但溶于NaOH溶液。碳酸钙难溶于水但溶于盐酸且放出二氧化碳气体，所以，在生石灰样品中加入足量盐酸产生气泡可证明含有石灰石，反应后有不溶物剩余，将该不溶物投入NaOH溶液，不溶物溶解，可证明生石灰样品中含有二氧化硅。‎ ‎【答案】　D ‎5．硅及其化合物是重要的无机材料，下列有关说法正确的是(　　) ‎ A．反应SiO2＋‎2C2CO↑＋Si，每生成1 mol Si转移4 mol e－‎ B．光纤的主要成分是硅单质，它质量轻且对光的传输能力强 C．光纤可以将光能转化为电能，是制造光电池的最佳材料 D．陶瓷、水泥、金刚砂及所有的玻璃都是硅酸盐产品 ‎【解析】　标出选项A反应前后元素的化合价，分析反应前后化合价的变化，可知A说法正确；光纤是光导纤维的简称，其主要成分是二氧化硅，B说法错误；制造光电池的材料是晶体硅，C说法错误；金刚砂的主要成分是碳化硅，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，都不是硅酸盐产品，故D说法错误。‎ ‎【答案】　A ‎6．下列离子方程式中，不正确的是(　　)‎ A．石英与烧碱溶液反应：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O B．向烧碱溶液中通入过量的CO2：CO2＋2OH－===CO＋H2O C．向硅酸钠溶液中加入盐酸：2H＋＋SiO===H2SiO3↓‎ D．水玻璃中通入过量CO2：SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO ‎【解析】　B项中通入过量CO2，离子方程式应为：CO2(过量)＋OH－===HCO。‎ ‎【答案】　B ‎7．昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用氧化物的形式可表示为(　　)‎ A．CaO·MgO·SiO2·H2O B．2CaO·5MgO·8SiO2·H2O C．2CaO·MgO·SiO2·2H2O D．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O ‎【解析】　按照硅酸盐改写为氧化物的原则，依次写出“活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→SiO2→H2O”即得：2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。‎ ‎【答案】　B ‎8．歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然於碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox 7‎ ‎，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　　)‎ A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2‎ B．性质稳定，不易脱色 C．易溶解于强酸和强碱 D．x等于6‎ ‎【解析】　据化合价之和等于零可知x＝6，硅酸铜钡可表示为BaO·CuO·2SiO2，它性质稳定，不易脱色，不易溶于强酸、强碱。‎ ‎【答案】　C ‎9．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是(　　)‎ A．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂 B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点 C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起 ‎【解析】　普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误；普通玻璃的大致组成为：Na2O·CaO·6SiO2，C正确；二氧化硅易与碱液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不得用玻璃塞，D正确。‎ ‎【答案】　B ‎10．下表中括号内物质是杂质，试将除杂试剂及分离方法填入表内： ‎ 混合物 SiO2‎ ‎(CaCO3)‎ CO2‎ ‎(SO2)‎ NaHCO3‎ ‎(Na2SiO3)‎ SiO2‎ ‎(NaCl)‎ 除杂 试剂 除杂 方法 ‎【解析】　SiO2(CaCO3)：可利用SiO2不溶于盐酸而CaCO3溶于盐酸除去CaCO3；CO2(SO2)：可通入饱和NaHCO3溶液；NaHCO3(Na2SiO3)：通入足量CO2气体；SiO2(NaCl)：溶于水过滤。‎ ‎【答案】　‎ 混合物 SiO2‎ ‎(CaCO3)‎ CO2‎ ‎(SO2)‎ NaHCO3‎ ‎(Na2SiO3)‎ SiO2‎ ‎(NaCl)‎ 7‎ 除杂 试剂 盐酸 饱和 NaHCO3‎ 溶液 通入足量 CO2气体 水 除杂 方法 过滤 洗气 过滤 过滤 ‎11.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图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。‎ 请填空：‎ ‎(1)形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________。‎ ‎(2)B的化学式为______________________________________________，‎ B和碳反应生成A和E的化学方程式为______________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(3)C的化学式为________，D的化学式为____________。‎ ‎【解析】　“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似”是做此题的关键。由此可以得出A为Si，B为SiO2。SiO2在高温的条件下与氧化钙反应得到的是C，即硅酸钙；SiO2与氢氧化钠溶液反应得到D，是硅酸钠溶液。从框图中可以得出E应是CO。‎ ‎【答案】　(1)　＋4‎ ‎(2)SiO2　SiO2＋‎2CSi＋2CO↑‎ ‎(3)CaSiO3　Na2SiO3‎ ‎12．在下列物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。‎ 据此填写：‎ ‎(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_________________________________‎ 7‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(3)C和过量盐酸反应的离子方程式是________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎【解析】　A是固体单质，则B是A的氧化物，E是一种白色沉淀，根据框图中的转化关系，在过量盐酸中生成的白色沉淀除AgCl外即是H2SiO3，但AgCl加热分解时并不会产生氧化物，E为H2SiO3，符合题意。则B为SiO2，A为Si，C为Na2SiO3，D为H2O，F为H2。‎ ‎【答案】　(1)SiO2　制光导纤维 ‎(2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O ‎(3)SiO＋2H＋===H2SiO3↓‎ ‎[能力提升]‎ ‎13．某溶液中可能含有OH－、CO、AlO、SiO、SO、Na＋、Fe3＋、Mg2＋、Al3＋等离子。向该溶液中加入一定物质的量浓度的盐酸时，生成沉淀的物质的量随盐酸体积的变化关系如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．原溶液中一定含有Na2SO4‎ B．反应最终形成的溶液中的溶质为NaCl C．原溶液中一定含有的阴离子有OH－、CO、AlO、SiO D．原溶液中含有CO与AlO的物质的量之比为1∶1‎ ‎【解析】　根据题图分析可知，开始没有沉淀生成，说明加入的盐酸和溶液中的碱反应，则溶液中一定含有OH－，则与OH－不能共存的离子为Fe3＋、Mg2＋、Al3＋，即该溶液中一定不含Fe3＋、Mg2＋、Al3＋；根据溶液呈电中性可知，溶液中一定含有Na＋。随后反应生成沉淀逐渐增多，说明AlO、SiO和H＋反应生成氢氧化铝沉淀和硅酸沉淀，继续加入盐酸沉淀量不变，消耗盐酸的离子只能是CO，反应完后继续加入盐酸，沉淀逐渐减少至不再改变，进一步证明沉淀是氢氧化铝和硅酸，氢氧化铝沉淀溶于盐酸，最后剩余的沉淀是硅酸；不能确定SO是否存在，则原溶液中不一定含有Na2SO4，故A错误；反应最终形成的溶液中的溶质为NaCl和AlCl3，故B错误；由前面分析可判断原溶液中一定含有的阴离子：OH－、SiO、AlO、CO，故C正确；依据题图可知与CO反应的盐酸为2体积，CO＋2H＋===CO2↑＋H2O，氢氧化铝溶解消耗的盐酸为4体积，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，则原溶液中含有CO与AlO的物质的量之比为3∶4，故D错误。‎ ‎【答案】　C 7‎ ‎14．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： ‎ ‎①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；‎ ‎②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；‎ ‎③SiHCl3与过量H2在1 000～1 ‎100 ℃‎反应制得纯硅。‎ 已知SiHCl3能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：‎ ‎(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为_____________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置均已略去)：‎ ‎①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热，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___________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的方法制得，反应方程式为SiO2＋‎2CSi＋2CO↑。‎ ‎(2)①因SiHCl3与水剧烈反应，故A中产生的H2必须干燥，B中液体为浓硫酸，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快与H2的反应。②制取纯硅的反应条件为1 000～1 ‎100 ℃‎，此温度下普通玻璃易软化。③因高温下H2与O2易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。‎ ‎【答案】　(1)SiO2＋‎2CSi＋2CO↑‎ ‎(2)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ‎②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3＋H2Si＋3HCl 7‎ ‎③排尽装置中的空气 7‎