2019高考化学高分突破二轮复习专题十五无机非金属材料的主角——硅备考备查清单学案

2019高考化学高分突破二轮复习专题十五无机非金属材料的主角——硅备考备查清单学案

备考备查清单 ‎[知识体系]‎ 硅及含硅化合物之间的相互转化关系 ‎[规律方法]‎ ‎1.(1)无机非金属材料分类 ‎(2)不要混淆二氧化硅和硅的用途 用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。‎ ‎(3)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。‎ ‎2.框图推断试题常用素材 ‎(1)直线型转化关系 ABC ‎①X为O2‎ Na→Na2O→Na2O2‎ N2→NO→NO2或NH3→NO→NO2‎ S→SO2→SO3或H2S→SO2→SO3‎ C→CO→CO2或CH4→CO→CO2‎ 醇→醛→羧酸 ‎②X为CO2‎ NaOHNa2CO3NaHCO3‎ ‎③X为强酸，如HCl NaAlO2Al(OH)3AlCl3‎ Na2CO3NaHCO3CO2‎ ‎④X为强碱，如NaOH AlCl3Al(OH)3NaAlO2‎ ‎(2)交叉型转化 ‎(3)三角型转化 ‎(4)注意反应形式与物质的关系，特别是置换反应 ‎①金属―→金属：金属＋盐―→盐＋金属，铝热反应。‎ ‎②金属―→非金属：活泼金属＋H2O(或H＋)―→H2，2Mg＋CO22MgO＋C。‎ ‎③非金属―→非金属：2F2＋2H2O===4HF＋O2，2C＋SiO2Si＋2CO↑，C＋H2O(g)CO＋H2，X2＋H2S===2HX＋S↓。‎ ‎④非金属―→金属，用H2、C冶炼金属。‎ ‎(5)抓住化学反应与反应条件的关系 多数化学反应需要一定条件，条件不同化学反应也不同。‎ ‎①“催化剂”，无机化学反应需要的催化剂不同，但是根据“催化剂”这一条件，可将氯酸钾分解、双氧水分解、工业合成氨、SO2催化氧化、氨气催化氧化联系起来，形成知识链。‎ ‎②“通电”或“电解”，可以锁定在电解水、氯化钠、氯化镁、氯化铜、硫酸铜、硝酸盐等溶液，熔融氯化钠和氧化铝范围内。‎ ‎③“高温”，常见的有碳酸钙分解、SiO2和C的置换反应、制造普通玻璃的反应、铝热反应等。‎ ‎(6)物质性质及用途：如黄绿色的Cl2、橙色的溴水、紫色的碘水；盐酸除锈、碘与甲状腺肿大、碘化银与人工降雨、二氧化硫与酸雨等；自然界硬度最大的金刚石、空气主要成分氮气、红棕色气体NO2、黄色的工业硝酸(工业盐酸也呈黄色)。‎ ‎(7)特殊组成或构成：H2O、H2O2、SO2、SO3、CO、CO2、NO2、NO、NH3、N2H4等相同元素可组成不同的物质。‎ ‎(8)特殊反应现象 ‎①淀粉遇碘变蓝，蛋白质遇浓硝酸变黄。‎ ‎②使湿润红色石蕊试纸变蓝的是NH3，使品红溶液褪色的是Cl2、SO2。‎ ‎③在空气中由无色变为红棕色气体的是NO。‎ ‎④Fe3＋遇OH－生成红褐色沉淀，遇苯酚显紫色，遇SCN－显红色。‎ ‎⑤Fe2＋遇OH－生成白色沉淀，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；Fe2＋遇SCN－无明显现象， 在通入Cl2后溶液显红色。‎ ‎⑥与碱反应产生气体的溶液中一般含NH。‎ ‎⑦既能与酸反应又能与碱反应并产生气体的物质：Al、弱酸的铵盐(碳酸铵、硫化铵等)、弱酸的酸式铵盐(碳酸氢铵、硫氢化铵等)。‎ ‎⑧燃烧能生成烟：Na在氯气中燃烧生成白烟，Fe在氯气中燃烧生成红棕色烟，Cu在氯气中燃烧生成棕黄色烟。‎ 一、选择题 ‎1.(2018·嘉兴学考模拟)‎ 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是(　　)‎ 解析　玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分是SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池板。‎ 答案　C ‎2.下列说法正确的是(　　)‎ A.在粗硅的制取中发生2C＋SiO22CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性强于硅的还原性 B.硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在配磨口玻璃塞的试剂瓶中 C.用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2‎ D.由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸 解析　A项，该反应主要是因为CO2是气态物质，从混合物中逸出而容易发生，实际上Si的还原性强于C，A错；硅酸钠本身即为矿物胶，可作黏合剂，使瓶塞、瓶口黏合不易打开，B错；强酸制取弱酸的适用对象是水溶液中的复分解反应，D错。‎ 答案　C ‎3.(2017·邢台质检)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，最后得到的固体物质是(　　)‎ A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3‎ C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2‎ 解析　将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2O＋SiO2；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。‎ 答案　A ‎4.(2018·浙江师大附中高一检测)下列离子方程式的书写正确的是(　　)‎ A.水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3↓‎ B.澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO C.硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑‎ D.二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 解析　Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiO，且应生成HCO，A错；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。‎ 答案　D ‎5.(2018·温州第二外国语学校高一)硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)‎ A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4‎ B.碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作砂纸、砂轮的磨料 C.祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2‎ D.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为1∶2‎ 解析　二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成4个硅氧单键，故硅原子和硅氧单键的个数之比为1∶4，D错误。‎ 答案　D ‎6.(2018·浙江省丽水中学月考)用于金属焊接的某种焊条，其药皮由大理石、水泥、硅铁等配制而成。下列说法不正确的是(　　)‎ A.生产水泥的原料是大理石、纯碱、石英，其组成一般为Na2O·CaO·6SiO2‎ B.Si与NaOH溶液反应的离子方程式为：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑‎ C.焊接过程中，药皮在高温下产生了熔渣和使金属不被氧化的气体，该气体是CO2‎ D.经处理后的熔渣36.0 g(仅含Fe2O3、Al2O3、SiO2)，加入足量稀盐酸，分离得到11.0 g固体；滤液中加入过量NaOH溶液，分离得到21.4 g固体；则此熔渣中Al2O3的质量分数为25%‎ 解析　A.‎ 生产玻璃的原料是石英、大理石和纯碱，故A错误；B.根据硅与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑可知，NaOH和Na2SiO3可以拆，故离子方程式为：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑，故B正确；C.由药皮的成分大理石、水泥、硅铁可知，在高温下大理石分解产生CO2，故C正确；D.熔渣中只有SiO2与盐酸不反应，因此11.0 g是SiO2的质量。Fe2O3、Al2O3溶于盐酸分别生成FeCl3、AlCl3，当滤液中加入过量NaOH溶液时AlCl3生成NaAlO2，FeCl3生成Fe(OH)3沉淀。所以21.4 g固体是Fe(OH)3的质量，其物质的量为：＝0.2 mol，由铁原子守恒知Fe2O3的物质的量为0.1 mol，其质量为0.1 mol×160g·mol－1＝16.0 g，熔渣中Al2O3的质量分数为 ×100%＝25%，故D正确。‎ 答案　A ‎7.(2017·浙江宁波北仑中学)氮化硼是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时所克服的微粒间的作用力与氮化硼熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是(　　)‎ A.氯化钠和金刚石 B.二氧化硫和二氧化硅 C.冰和干冰 D.晶体硅和二氧化硅 解析　氮化硼超硬、耐磨、耐高温的性质可知是原子晶体，其微粒的作用力为共价键。A项中氯化钠是离子晶体，克服离子键，不正确；B项二氧化硫是分子晶体，克服的是分子间作用力；C项冰和干冰都是分子晶体，克服的也是分子间作用力；D项中硅晶体和二氧化硅都是原子晶体，克服的作用力与氮化硼相同都是共价键。‎ 答案　D ‎8.硅烷(SiH4)在空气中易自燃或爆炸，可作橡胶等产品的偶联剂，硅烷的制备方法为Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑。下列说法不正确的是(　　)‎ A.SiH4与CH4的结构相似 B.硅烷自燃反应中的氧化剂是SiH4‎ C.硅烷自燃产生SiO2和H2O D.制备硅烷时应隔绝氧气 解析　硅烷自燃反应中的氧化剂是O2，B错误。‎ 答案　B ‎9.(2018·浙江省余杭区高一下期末)硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述错误的是(　　)‎ A.硅单质可用来制造太阳能电池 B.氮化硅陶瓷属于新型的无机非金属材料 C.为防止NaOH溶液变质，常将其保存在磨口玻璃瓶中 D.高温下，二氧化硅能分别与C、CaCO3、Na2CO3发生反应 解析　单质硅能够使太阳能直接转化为电能，故用来制作太阳能电池板，A项正确；玻璃、水泥和陶瓷均属于传统的硅酸盐材料，而Si3N4、SiC等被称为新型的无机非金属材料，B项正确；NaOH能够与玻璃中的SiO2反应生成具有黏合能力的Na2SiO3，将磨口玻璃塞和瓶口黏在一起，无法打开，C项错误；2C＋SiO2Si＋2CO，SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2，D项正确。‎ 答案　C ‎10.(2018·桐乡一中模拟)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：‎ 容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)===SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2===Si(纯)＋3HCl。下列说法正确的是(　　)‎ A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3‎ C.反应①和②中HCl均作氧化剂 D.反应①和②互为可逆反应 解析　该工艺流程中HCl和H2可循环使用；分离Si与SiHCl3可用过滤的方法；反应②中HCl是生成物，是氧化产物；反应①、②不在同一条件下进行，不是可逆反应。‎ 答案　A ‎11.化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiO，然后SiO迅速水解生成H4SiO4。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.原硅酸钠(Na4SiO4)能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质 B.石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品 C.2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl说明Cl的非金属性强于Si D.半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅 解析　原硅酸钠(Na4SiO4)是强电解质，A项错误；石英玻璃的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐产品，B项错误；HCl不是Cl的最高价氧化物对应的水化物，无法通过盐酸与硅酸钠的反应比较Cl、Si的非金属性强弱，C项错误。‎ 答案　D 二、填空题 ‎12.(2018·桐乡一中高一模拟)氮化硅是一种重要的高温结构陶瓷，为立体网状结构的晶体，属于超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。人们常常利用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。‎ ‎(1)下列有关该陶瓷的说法中正确的是________(填字母，下同)。‎ A.氮化硅的分子式为Si3N4‎ B.该陶瓷虽耐高温，但抗震性差、易断裂 C.该陶瓷在高温时，易与氧气反应 D.氮化硅陶瓷制成的机械部件一般不需要润滑剂 ‎(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，但遇上氢氟酸会发生反应：Si3N4＋HF＋H2O―→H2SiO3＋NH4F。‎ 下列有关说法中正确的是________。‎ A.该反应为氧化还原反应 B.该反应配平后的化学计量数依次为1、4、9、3、4‎ C.氢氟酸是一种超强酸 D.Si3N4为共价化合物，NH4F为离子化合物 ‎(3)氮化硅可由硅的氯化物与氨气在一定条件下反应得到，试写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________。‎ 解析　(1)氮化硅为立体网状结构的晶体，不存在单个分子，Si3N4不是分子式，A错误；由氮化硅是高温结构陶瓷，抗氧化、有润滑性可知B、C错误，D正确。(2)Si3N4与HF反应，无元素化合价的变化，A项错误；氢氟酸是一种弱酸，C项错误。(3)硅的氯化物为SiCl4，根据题意可知化学方程式为3SiCl4＋4NH3Si3N4＋12HCl。‎ 答案　(1)D　(2)BD　(3)3SiCl4＋4NH3Si3N4＋12HCl ‎13.(2017·渭南二模)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；‎ Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；‎ Ⅲ.SiHCl3与过量H2在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图(热源及夹持装置略去)：‎ ‎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________(填字母)。‎ a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e.Na2SO3溶液 解析　(1)高温下，SiO2和C反应生成Si和CO，反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。(2)沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以可以采用蒸馏的方法分离。(3)①为防止SiHCl3与H2O强烈反应，需要干燥剂干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应，所以可以作干燥剂；升高温度能使SiHCl3气化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应；②D中发生反应SiHCl3＋H2Si＋3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成；③Si是亲氧元素，为防止Si被氧化，需要排尽装置中的空气；④向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性可将生成的Fe2＋氧化为Fe3＋，故选bd。‎ 答案　(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑‎ ‎(2)蒸馏 ‎(3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化 ‎②有固体物质生成　SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎③排尽装置中的空气 ‎④bd ‎14.(2017·课标全国Ⅱ，26)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______________、______________(填化学式)。‎ ‎(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)Fe3＋容易在pH较小时转换为沉淀，所以需要将Fe2＋氧化为Fe3＋。双氧水可以将Fe2＋氧化为Fe3＋且不会引入杂质。(2)二氧化硅不与强酸反应，但与HF反应，所以沉淀A是二氧化硅。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)加热可以促进Fe3＋、Al3＋水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。pH为4～5时Ca2＋、Mg2＋不沉淀，Fe3＋、Al3＋沉淀，所以沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4，n(KMnO4)＝0.050 0 mol/L×36.00 mL×10－3 L·mL－1＝1.80×10－3 mol，n(Ca2＋)＝4.50×10－3 mol，水泥中钙的质量分数为×100%＝45.0%。‎ 答案　(1)将Fe2＋氧化为Fe3＋　双氧水 ‎(2)SiO2 　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ‎(3)防止胶体生成，易沉淀分离　Fe(OH)3 　Al(OH)3 ‎ ‎(4)45.0%‎