2018届一轮复习人教版无机非金属材料的主角-硅学案

2018届一轮复习人教版无机非金属材料的主角-硅学案

无机非金属材料的主角-硅 1.了解 C、Si 元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。 2.了解 C、Si 元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。 3.以新材料、新技术为背景考查 C、Si 元素及其重要化合物的性质及应用。 一、碳、硅单质及其重要化合物的性质 1．C、Si 单质的存在形态、物理性质及用途 (1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要 有金刚石、石墨、C60 等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。 (2)单质的结构、物理性质与用途比较 碳 硅 结构 金刚石：空间网状结构 石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的 空间网状结构 物理性质 金刚石熔点高、硬度大 石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有 金属光泽、硬度大、熔点高 用途 金刚石用作切割刀具，石墨用作电 极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料、 硅芯片和硅太阳能电池 2.碳、硅单质的化学性质 碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。 (2)Si 与非金属单质反应 O2：Si＋O2===== △ SiO2 F2：Si＋2F2===SiF4 Cl2：Si＋2Cl2===== △ SiCl4 与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ 【特别提醒】熟记硅及其化合物的特殊性质 1．硅单质的特殊性 (1)Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si：SiO2＋2C===== 高温 Si＋2CO↑； (2)非金属单质跟碱液作用一般无 H2 放出，但 Si 与碱液作用却放出 H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3 ＋2H2↑； (3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但 Si 能与 HF 作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； (4)非金属单质大多为非导体，但 Si 为半导体。 2．含硅化合物的特殊性 (1)SiO2 是 H2SiO3 的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备 H2SiO3； (2)酸性氧化物一般不与酸作用，但 SiO2 能跟 HF 作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O； (3)无机酸一般易溶于水，但 H2SiO3 难溶于水； (4)因 H2CO3 的酸性大于 H2SiO3，所以在 Na2SiO3 溶液中通入 CO2 能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2＋ H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下 SiO2＋Na2CO3===== 高温 Na2SiO3＋CO2↑也能发生。 3．二氧化碳和二氧化硅的比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 结构 立体网状结构，不存在单个分 子 存在单个 CO2 分子 主要物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下 为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气 体，微溶于水 化学 性质 ①与水反应 不反应 CO2＋H2O H2CO3 ②与酸反应 只与氢氟酸反应： SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反应 ③与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋ H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) O2 少量：CO2＋ 2NaOH===Na2CO3＋H2O、 CO2 过量：CO2＋ NaOH===NaHCO3 ④与盐反应 如与 Na2CO3 反应：SiO2＋ Na2CO3===== 高温 Na2SiO3＋CO2↑ 如与 Na2SiO3 反应： Na2SiO3＋H2O＋CO2(不 足)===H2SiO3↓＋Na2CO3 或 Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足 量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ⑤与碱性氧化 物反应 如与 CaO 反应：SiO2＋ CaO===== 高温 CaSiO3 如与 Na2O 反应：Na2O＋ CO2===Na2CO3 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐 4.硅酸和硅酸钠 (1)硅酸 硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液变红色。 ①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3===== △ SiO2＋H2O。 ②硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。 ③硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。 (2)硅酸钠(Na2SiO3) 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它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式： 与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 与 CO2 水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。 ③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 二、硅酸盐及无机非金属材料 1．硅酸盐 (1)概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 (2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成 Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。 2．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 玻璃熔窑 陶瓷窑 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、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。 三、碳、硅转化关系的应用 1．碳及其化合物的转化关系图 2．硅及其化合物的转化关系图 高频考点一 碳、硅及其氧化物的性质 例 1．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是( ) A．其氧化物都能与 NaOH 溶液反应 B．其单质在加热时都能跟 O2 反应 C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸 D．碳和硅两种元素共有两种单质 解析 CO 不溶于水，不能生成相应的酸，也不能与 NaOH 溶液反应；SiO2 不溶于水，也不能生成相应 的酸；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素有多种单质。 答案 B 【变式探究】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 答案 C 高频考点二 硅酸、硅酸盐、无机非金属材料 例 2．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．它没有固定的熔点 D．它是一种新型无机非金属材料 解析 由航空材料的成分组成知其质轻、具有耐高温抗氧化等性质，由于这种材料能增加韧性，故质 地不会较脆，故 B 错，A 正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，由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 【变式探究】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 A 项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性碳具有吸附性，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，二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4 价，硅 酸钠中，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。 答案 A 高频考点三 无机非金属材料成分的辨别 例 3．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( ) ①水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不易腐蚀 ②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 答案 C 解析 水玻璃是 Na2SiO3 的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，①正确；沙子不是硅酸盐制品，②不正确； 光导纤维的主要成分是 SiO2，③不正确。 【变式探究】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，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为 SiO2 D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为 1∶2 答案 D 高频考点四 复杂硅酸盐的成分及性质 例 4．青石 棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的 46 种化学品之一，其化学式为 Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有 NO。下列说法不正确的是( ) A．青石棉是一种硅酸盐材料 B．青石棉中含有一定量的石英晶体 C．青石棉的化学组成可表示为 Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D．1 mol 青石棉能使 1 mol HNO3 被还原 答案 B 解析 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总 称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O 跟硝酸反应时，失去 3 mol 电子，故能使 1 mol HNO3 被还原。 【变式探究】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粘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。由钠长石化学式 NaAlSi3O8 可推知钙长石 的化学式为_______________________________________________________。 答案 SiO2＋2NaOH―→Na2SiO3＋H2O CaAl2Si2O8 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。 高频考点五 化工生产中的硅及化合物的转化 例 5．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 溶液的试剂瓶能用玻璃塞 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 答案 C 【变式探究】氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应 用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如下图所示： 其中—NH2 中各元素的化合价与 NH3 相同。请回答下列问题： (1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以 NaOH 为例，用化学反应方程式表示其原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是___________________________________ ________________。 (3)SiCl4 在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4 水解的化学反应方程 式为_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4 在高温下加热可得 1 mol 氮化硅粉末和 8 mol A 气体，则氮化硅的化学 式为________________。 (5)在高温下将 SiCl4 在 B 和 C 两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B 和 C 两种气体在一定条件 下化合生成 A。 写出 SiCl4 与 B 和 C 两种气体反应的化学方程式___________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (2)①② (3)SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓ (4)Si3N4 (5)3SiCl4＋2N2＋6H2===== 高温 Si3N4＋12HCl 解析 石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是 SiO2 与碱性物质可以发生反应。反应①是石英砂与焦 炭发生氧化还原反应，反应②是硅单质与 Cl2 反应，也是氧化还原反应。SiCl4 水解可以看作 Si 结合四个 OH －生成 H4SiO4，H4SiO4 不稳定失水生成 H2SiO3，Cl－结合 H＋生成 HCl。氮化硅的化学式可通过题目信息运用 质量守恒求得。结合题给信息，SiCl4 与 N2、H2 反应可得到 Si3N4 和 HCl。 1．【2016 年高考海南卷】下列叙述错误的是（ ） A．氦气可用于填充飞艇 B．氯化铁可用于硬水的软化 C．石英砂可用于生产单晶硅 D．聚四乙烯可用于厨具表面涂层 【答案】B 2．【2016 年高考江苏卷】在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是（ ） A．SiO2 HCl(aq)SiCl4 2H高温 Si B．FeS2 2O煅烧 SO2 2H OH2SO4 C．N2 2H高温、高压、催化剂 NH3 HCl(aq) NH4Cl(aq) D．MgCO3 HCl(aq) MgCl2(aq) 电解 Mg 【答案】C 【解析】四氯化硅被氢气还原可以制备单质硅，但 SiO2 与盐酸不反应，A 错误；煅烧 FeS2 可以得到氧 化铁和二氧化硫，但 SO2 和 H2O 反应生成 H2SO3，B 错误；N2+3H2 高温、高压 催化剂 2NH3、NH3+HCl==NH4Cl， C 正确；镁是活泼的金属，金属镁的冶炼方法是电解熔融的氯化镁，电解氯化镁溶液生成氯气、氢气和氢 氧化镁，D 错误。 1．【2015 新课标Ⅱ卷理综化学】食品干燥剂应无毒、无味、无腐蚀性及环境友好。下列说法错误．．的是 （ ） A．硅胶可用作食品干燥剂 B．P2O5 不可用作食品干燥剂 C．六水合氯化钙可用作食品干燥剂 D．加工后具有吸水性的植物纤维可用作食品干燥剂 【答案】C 2．【2015 安徽理综化学】下列有关说法正确的是（ ） A．在酒精灯加热条件下，Na2CO3、NaHCO3 固体都能发生分解 B．Fe(OH)3 胶体无色、透明，能发生丁达尔现象 C．H2、SO2、CO2 三种气体都可用浓硫酸干燥 D．SiO2 既能和氢氧化钠溶液反应也能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 【答案】C 【解析】A、Na2CO3 固体受热不易分解，故 A 错误；B、Fe(OH)3 胶体是红褐色，故 B 错误；C、以上 三种气体都不与浓硫酸反应，能用浓硫酸干燥，故 C 正确；D、SiO2 和氢氟酸反应，没有生成盐和水，不 是两性氧化物，故 D 错误；此题选 C。 3．【2015 江苏化学】给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是( ) A．粗硅 Cl2 高温 SiCl4 H2 高温 Si B．Mg(OH)2 盐酸 MgCl2(aq) 电解 Mg C．Fe2O3 盐酸 FeCl3(aq) 蒸发 无水 FeCl3 D．AgNO3(aq) NH3·H2O [Ag(NH3)2]OH(aq) 蔗糖 △ Ag 【答案】A 【解析】A、Si＋2Cl2======= 高温 SiCl4↑，SiCl4＋2H2======= 高温 Si＋4HCl，故正确；B、工业上制备 Mg，是电 解熔融状态下的氯化镁，故 B 错误；C、FeCl3 是强酸弱碱盐，直接加热蒸发最终得到的是氧化铁，故 C 错 误；D、蔗糖是非还原性糖，不能与银氨溶液反应，故 D 错误。 1．（2014·海南卷）下列关于物质应用和组成的说法正确的是( ) A．P2O5 可用于干燥 Cl2 和 NH3 B．“可燃冰”主要成分是甲烷和水 C．CCl4 可用于鉴别溴水和碘水 D．Si 和 SiO2 都用于制造光导纤维 【答案】BC 【解析】NH3 是碱性气体而 P2O5 是酸性氧化物，A 项错误；CCl4 可以从溴水和碘水中分别萃取出 Br2 和 I2，且二者在 CCl4 中的颜色不同，C 项正确；光导纤维的主要成分是 SiO2，D 项错误。 2．（2014·四川卷） 化学与生活密切相关。下列说法不正确的是( ) A．乙烯可作水果的催熟剂 B．硅胶可作袋装食品的干燥剂 C．福尔马林可作食品的保鲜剂 D．氢氧化铝可作胃酸的中和剂 【答案】C 3．（2014·天津卷）运用相关化学知识进行判断，下列结论错误的是( ) A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应 B．NH4F 水溶液中含有 HF，因此 NH4F 溶液不能存放于玻璃试剂瓶中 C．可燃冰主要是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体，因此可存在于海底 D．增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成 H2 的速率 【答案】D 【解析】当ΔH－TΔS＜0 时，反应能自发进行，吸热反应的ΔH＞0，吸热反应能自发，说明ΔS＞0，A 项正确；NH4F 溶液中 F－水解生成 HF，HF 能与玻璃中的 SiO2 发生反应 4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O，故 NH4F 溶液不能存放在玻璃试剂瓶中，B 项正确；可燃冰需在低温高压下形成，所以可燃冰可存在于海底，C 项正 确；常温下，浓硫酸使铁发生钝化，D 项错误。 4．（2014·福建卷）常温下，下列各组物质中，Y 既能与 X 反应又能与 Z 反应的是( ) X Y Z ① NaOH 溶液 Al(OH)3 稀硫酸 ② KOH 溶液 SiO2 浓盐酸 ③ O2 N2 H2 ④ FeCl3 溶液 Cu 浓硝酸 A.①③ B．①④ C．②④ D．②③ 【答案】B 【解析】 ①中 Y 是两性氢氧化物，常温下既能与 NaOH 溶液反应又能与稀硫酸反应；②中 SiO2 不能 与浓盐酸反应；③中 N2 与 O2 在高温或者放电的条件下反应生成 NO；N2 与 H2 在高温高压、催化剂的条件 下反应生成 NH3；④中在常温下，2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋ 2H2O，B 项正确。 （2013·广东卷）11．下列措施不合理的是 A．用 SO2 漂白纸浆和草帽辫 B．用硫酸清洗锅炉中的水垢 C．高温下用焦炭还原 SiO2 制取粗硅 D．用 Na2S 作沉淀剂，除去废水中的 Cu2+和 H g2+ 【答案】B （2013·江苏卷）4．下列有关物质性质的应用正确的是（ ） A．液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂 B．二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸 C．生石灰能与水反应，可用来干燥氯气 D．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝 【答案】 A 【解析】A 项正确。B 项二氧化硅不与强酸反应，但却与氢氟酸反应，而且是唯一的一种酸，石英器皿 的主要成分是二氧化硅，所以不能用石英器皿盛放氢氟酸。C 项生石灰的成分是氧化钙，会与氯气反应，所 以不能干燥氯气。D 项电解铝应该用氧化铝而不是氯化铝。 （2013·江苏卷）6．甲、乙、丙、丁四种物质中，甲、乙、丙均含有相同的某种元素，它们之间具有如 下转化关系： 甲 丁 乙 丙 丁 甲 。下列有关物质的推断不·正确的是（ ） A．若甲为焦炭，则丁可能是 O2 B．若甲为 SO2，则丁可能是氨水 C．若甲为 Fe，则丁可能是盐酸 D．若甲为 NaOH 溶液，则丁可能是 CO2 【答案】C 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 D．最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸 解析 C、Si 都是非金属元素，结合形成的化合物是共价化合物，A 正确；Si 元素为亲氧元素，不能以 游离态存在，故 B 错；非金属性 C＞Si，故氢化物的热稳定性 SiH4＜CH4，故 C 错；SiO2 既不溶于水，也 不和水反应，故 D 错。 答案 A 2．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 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 水晶的主要成分为 SiO2，其不属于硅酸盐，A 项错误；水玻璃是 Na2SiO3 的水溶液，属于混合物， B 项错误；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 项错误。 答案 C 3．下列物质性质与用途对应关系正确的是( ) 性质 用途 A 硅酸钠化学性质稳定 制备木材防火剂 B 硅酸溶胶具有 吸附水分的能力 硅作半导体的材料 C 二氧化硅硬度大、熔点高 氢氟酸在玻璃上刻花纹 D 焦炭具有可燃性 焦炭还原二氧化硅 冶炼粗硅 解析 硅胶吸附水，与硅作半导体的材料无关，B 错误；二氧化硅硬度大，与氢氟酸和玻璃反应无关， C 错误；焦炭具有可燃性，与焦炭还原二氧化硅无关，D 错误。 答案 A 4．我国《可再生能源法》倡导碳资源的高效转化及循环利用(如图所示)。下列做法与上述理念相违背 的是( ) A．大力发展煤的气化及液化技术 B．加快石油等化石燃料的开采和使用 C．以 CO2 为原料生产可降解塑料 D．将秸秆进行加工转化为乙醇燃料 答案 B 5．下列有关说法错误的是( ) A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中 B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐 C．灼烧 NaOH 固体时不能使用瓷坩埚，因为瓷坩埚中的 SiO2 能与 NaOH 反应 D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸 解析 氢氟酸能腐蚀玻璃，不能盛放在玻璃试剂瓶中，A 正确，水晶的主要成分是 SiO2，不是硅酸盐， B 错误；SiO2 是酸性氧化物，能与 NaOH 反应，但不与水反应，C、D 正确。 答案 B 6．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＋＋CO2－ 3 ＋H2SiO3 B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO－ 3 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－===SiO2－ 3 ＋H2O 解析 Na2SiO3 是强电解质，应拆成 Na＋、SiO2－ 3 ，且应生成 HCO－ 3 ，A 错；B 项正确写法是 CO2＋OH－ ===HCO－ 3 ；C 项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成 H＋和 F－。 答案 D 7．下图表示物质通过一步反应的转化关系，下列说法正确的是( ) X ――→ O2 酸性氧化物―→还原性盐 A．X 可能是 Si 单质 B．X 可能是含 S 元素的化合物 C．酸性氧化物可能为 CO2 D．还原性盐可能为 FeCl3 解析 若 X 为 Si，则酸性氧化物为 SiO2，由于硅元素处于其最高价态，故由其形成的盐不具有还原性， A 错误；同理 C 错误；FeCl3 中铁元素处于最高价，故其不具有还原性，且铁对应的氧化物也不是酸性氧化 物，D 错误；X 可以是 H2S，与 O2 反应可形成 SO2，再与 NaOH 反应可生成还原性盐 Na2SO3，B 正确。 答案 B 8．下列有关说法中正确的是( ) A．碳酸、硅酸均是二元弱酸，均能使紫色石蕊变红色 B．硅胶就是硅酸形成的液溶胶 C．SiO2 能溶解在 NaOH 溶液中但不能溶解在氨水中 D．硅、二氧化硅、硅酸对热均很稳定 解析 硅酸难溶于水，不能使指示剂变色，A 错误；硅胶是固体，B 错误；SiO2 可与强碱溶液反应但不 与弱碱溶液反应，C 正确；硅酸受热易分解，D 错误。 答案 C 9．分别向 Na2SiO3 溶液中加入下列物质，能生成不溶于 NaOH 溶液的白色沉淀的是( ) A．K B．稀盐酸 C．CaCl2 溶液 D．KNO3 溶液 解析 盐酸与 Na2SiO3 反应生成的硅酸可溶解在 NaOH 溶液中，B 错误；CaCl2 与 Na2SiO3 反应生成硅 酸钙，该物质不溶于水也不溶于 NaOH 溶液。 答案 C 10．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 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 A 项，SiO2、Al2O3 均与 NaOH 溶液反应；C 项，应通过盛有饱和 NaHCO3 溶液的洗气瓶，D 项， Na2CO3 与 CO2 反应生成 NaHCO3。 答案 B 11．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是( ) A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点 C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 答案 D 12．SiO2 是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是( ) A．图中所有反应都不属于氧化还原反应 B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维 C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为 SiO2)中少量的碳酸钙 D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高 解析 图中 SiO2 与 CaO、CaCO3、Na2CO3 反应不属于氧化还原反应，SiO2 与 C、Si 与 Cl2、SiCl4 与 H2 的反应属于氧化还原反应，A 错误；光导纤维的主要成分是 SiO2 而不是硅酸盐，B 错误；玻璃没有固定的 熔点，D 错误。 答案 C 13．工业上，用二氧化硅与焦炭在高温下反应制 Si：SiO2＋2C===== 高温 Si＋2CO↑，副反应为 Si＋ C===== 高温 SiC(金刚砂)。 请回答下列问题： (1)工业上，冶炼粗硅时焦炭的作用是________。(填序号) ①氧化剂 ②还原剂 ③燃料 ④催化剂 若 粗 硅 中 含 有 较 多 的 碳 化 硅 ， 主 要 原 因 是 __________________________ ________________________________________________。 (2)碳化硅俗名金刚砂，它具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。 若 用 二 氧 化 硅 与 焦 炭 制 备 金 刚 砂 ， 产 品 中 混 有 杂 质 硅 和 二 氧 化 硅 ， 主 要 原 因 是 _________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (3)某碳化硅样品中混有 Si、SiO2。将 20.0 g 该样品加入到过量的氢氧化钠溶液中，充分反应，收集到 2 240 mL 氢气(标准状况)，过滤得到 11.4 g SiC 固体，滤液稀释至 500 mL。写出有关反应的离子方程式： ___________________________ ______________________________________________； 稀释后溶液中硅酸钠的物质的量浓度为________。 答案 (1)②③ 焦炭投料较多 (2)焦炭投料较少 (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO2－ 3 ＋2H2↑、SiO2＋2OH－===SiO2－ 3 ＋H2O 0.34 mol·L－1 14．晶体硅是一种重要的非金属材料。 物质 沸点/℃ SiHCl3 33.0 SiCl4 57.6 HCl －84 模拟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＋3HCl=====300 ℃ SiHCl3＋H2； ③SiHCl3 与过量 H2 在 1 000～1 100 ℃反应制得纯硅。 可能用到的信息如下： 已知 SiHCl3 能与 H2O 强烈反应，在空气中易自燃；步骤②中粗硅与 HCl 反应时会生成少量 SiCl4。 请回答下列问题： (1) 粗 硅 与 HCl 反 应 完 全 后 ， 依 据 上 表 所 示 沸 点 差 异 提 纯 SiHCl3 ， 该 提 纯 方 法 为 _____________________________________________。 (2)用 SiHCl3 与过量 H2 反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)： ①依次连接的合理顺序为________(填写字母序号)；装置 D 中 g 管的作用是________________；装置 B 中的试剂是________________；装置 C 中的烧瓶加热的目的是________________。 ②装置 A 中发生反应的化学方程式为____________________________ __________________________________________________________。 ③ 操 作 时 应 先 打 开 装 置 ________( 填 “C” 或 “D”) 中 分 液 漏 斗 的 旋 塞 ， 理 由 是 _____________________________________________________________。 (3) 请 设 计 实 验 证 明 产 品 硅 中 是 否 含 微 量 铁 单 质 ： 将 产 品 用 稀 盐 酸 溶 解 ， 取 上 层 清 液 后 _______________________________________________。 换反应，制得纯硅。③因为 SiHCl3 容易在空气中自燃，故操作时应先打开装置 D 中分液漏斗的旋塞， 使生成的 H2 排尽装置中的空气。(3)用盐酸溶解后，可以检验上层清液中是否含有 Fe2＋来证明产品硅中是否 含微量铁单质。 答案 (1)蒸馏 (2)①DBCAE 平衡压强(其他合理答案均可) 浓硫酸 使滴入烧瓶中的 SiHCl3 汽化 ②SiHCl3＋ H2 =====1 000～1 100 ℃ Si＋3HCl ③D SiHCl3 容易在空气中自燃，实验中要注意先通一段时间 H2 排尽装置中 的空气 (3)先滴加氯水，再滴加硫氰化钾溶液，溶液显红色(或加入氢氧化钠溶液，出现白色沉淀后变灰绿色最 后变红褐色，合理答案均可) 15．某实验小组设计了如下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： ________________。 答案 (1)要用氮气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＋4C===== 高温 2CO2↑＋2CO↑＋3Si (4)没有尾气处理装置将 CO 吸收 (5)2∶1 (6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸