1、课时规范练15含硅矿物与信息材料(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.有些科学家提出硅是“21世纪的能源”,这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中,不正确的是()。A.高纯度的硅广泛用于制造计算机芯片B.硅可由二氧化硅还原制得C.低温时,硅与水、空气和酸不反应,但能与氢氟酸反应D.自然界中硅的储量丰富,自然界中存在大量的单质硅答案:D解析:硅在自然界中全部以化合态形式存在,D项错误。2.下列说法正确的是()。A.陶瓷、玻璃、水晶、玛瑙的主要成分都是硅酸盐B.SiO2和CO
2、2都是酸性氧化物,不能与酸反应C.氢氟酸不能存放在带有橡皮塞的玻璃瓶中D.将SO2气体依次通过NaHCO3溶液、硅酸钠溶液可以证明酸性强弱顺序:H2SO4H2CO3H2SiO3答案:C解析:水晶和玛瑙的主要成分是二氧化硅,不属于硅酸盐,A项错误。二氧化硅能与HF反应,B项错误。氢氟酸能腐蚀玻璃,不能盛放在玻璃瓶中,一般盛在塑料瓶中,C项正确。正确的操作为二氧化硫通入碳酸氢钠溶液中反应生成二氧化碳,二氧化碳再与硅酸钠溶液反应生成硅酸,D项错误。3.(2020河北安平中学高三年级期末)光纤通信是一种现代化的通信手段,它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。光纤通信所使用的光缆,其主要部件为光导
3、纤维。下列说法正确的是()。制造光导纤维的主要原料是CaCO3;制造光导纤维的主要原料是SiO2;光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射;光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的折射A.B.C.D.答案:B解析:光导纤维的主要成分是二氧化硅,它是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的细丝。4.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅化合物的叙述错误的是()。A.氮化硅是一种新型无机非金属材料,其化学式为Si3N4B.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,主要成分为SiO2D.二氧化硅为立体网状结构,其晶体中硅原
4、子和硅氧单键个数之比为12答案:D解析:在氮化硅中N元素为-3价,Si元素为+4价,则化学式为Si3N4,A项正确。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,B项正确。光导纤维的主要成分为SiO2,C项正确。在SiO2晶体中,一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键,硅原子与硅氧单键个数之比为14,D项错误。5.(2020重庆第一中学高三月考)下列叙述正确的是()。Al2O3是一种比较好的耐火材料,可用来制造耐火坩埚;Fe3O4常用作红色油漆和涂料的原料;Na2SiO3是制备硅胶和木材防火剂的原料;石灰石、高岭石、石英和水晶的主要成分是SiO2;Na2O2可用作供氧剂;
5、Cl2、ClO2均可用于自来水消毒。A.B.C.D.答案:B解析:氧化铝具有很高的熔点,是一种比较好的耐火材料,可用来制造耐火坩埚,故正确;Fe3O4是黑色固体,是磁性氧化物,可制磁铁,而氧化铁俗称铁红,常用作红色油漆和涂料的原料,故错误;硅酸钠具有黏性,用来制备硅胶和木材防火剂的原料,故正确;石灰石的主要成分是碳酸钙,高岭石的主要成分是硅酸盐,石英和水晶的主要成分都是SiO2,故错误;Na2O2能与CO2反应生成氧气,可作供氧剂,故正确;Cl2与水反应生成HClO,而ClO2有强氧化性,两者均可用于自来水消毒,故正确。6.下列叙述不正确的是()。A.粗硅SiCl4Si的转化均能一步实现B.甲
6、乙丙的转化中,若甲为焦炭,则丁可能是O2C.单质硅常用作半导体材料和制作光导纤维D.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅答案:C解析:粗硅与氯气在高温下化合生成四氯化硅:Si+2Cl2SiCl4,再在高温条件下用氢气还原SiCl4得到纯硅:2H2+SiCl4Si+4HCl,A项正确。甲为焦炭,丁为氧气,焦炭不充分燃烧生成CO(乙),CO继续被氧气氧化生成CO2(丙),CO2(丙)在高温时被焦炭(甲)还原为CO(乙),B项正确。单质硅常用作半导体材料,但不能制作光导纤维,SiO2可用来制作光导纤维,C项错误。2C+SiO2Si+2CO,是工业上制取粗硅的主要反应,D项正确。7.水玻璃(Na2SiO3
7、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.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+2NaOHNa2SiO3+H2O答案:A解析: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,A项正确。操作A为过滤,操作B为蒸发浓缩,是两种不同的操作,B项错误。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,所以该流程变化中硅元素的化合价没有发
8、生改变,C项错误。由复分解反应的概念可知,反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O不属于复分解反应,D项错误。8.由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列判断中错误的是()。A.反应均属于氧化还原反应B.H2和HCl均可循环利用C.SiO2是一种坚硬难熔的固体D.SiHCl3摩尔质量为135.5 g答案:D解析:反应为SiO2+2CSi+2CO,反应为Si+3HClSiHCl3+H2,反应为SiHCl3+H2Si+3HCl,均为氧化还原反应,A项正确。反应生成的H2可在反应中利用,反应中生成的HCl可用于反应,故B项正确。C项正确。摩尔质量的单位是gmol-1,D项错误。9.C、Si、S都是自
9、然界中含量丰富的非金属元素,下列关于其单质及化合物的说法中正确的是()。A.三种元素在自然界中既有游离态又有化合态B.C、Si、S的氧化物都属于酸性氧化物,能与碱反应C.最低价的气态氢化物都具有还原性,一定条件下可与O2发生反应D.其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱:H2SO4H2SiO3H2CO3答案:C解析:硅元素在自然界中以硅酸盐、二氧化硅的形式存在,A项错误。CO是不成盐氧化物,不与碱反应,B项错误。最低价的气态氢化物化合价只能升高,具有还原性,一定条件下可与氧气反应,C项正确。碳的非金属性比硅强,则碳酸酸性强于硅酸,酸性:H2SO4H2CO3H2SiO3,D项错误。10.蛇纹石由Mg
10、O、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SiO2B.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Fe2O3C.在溶液Y中加入过量的NaOH溶液,过滤得到沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2D.溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+、H+答案:B解析: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
11、中加入过量NaOH溶液,将得到Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀,A、C、D项正确。将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液,其中的Al2O3和SiO2溶解,而MgO和Fe2O3不溶解,形成沉淀,B项错误。二、非选择题(本题共4个小题,共50分)11.(10分)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)B元素的原子最外层电子数与A相同,其相对原子质量比A小,则B在元素周期表中的位置是。(2)写出易与C发生反应的酸与C反应的化学方程式:。(3)将C与纯碱混合,高温熔融时发生化学反应生成D,同时还
12、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。写出生成D的化学方程式:。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.铁坩埚D.瓷坩埚将过量E通入D的溶液中发生反应的化学方程式是。(4)100 g C与石灰石的混合物在高温下充分反应后,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。答案:(1)第2周期第A族(2)SiO2+4HFSiF4+2H2O(3)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2ABDNa2SiO3+2CO2+2H2O2NaHCO3+H2SiO3(4)50%解
13、析:(1)A元素单质可作半导体材料,含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料,可知A为硅元素,C为SiO2,D为Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素B为碳。(2)C为SiO2,能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2,含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应,故不能用A、B、D项中的坩埚熔融Na2CO3。过量CO2通入Na2SiO3溶液中生成的物质是NaHCO3而不是Na2CO3。(4)可能的反应有CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2和CaCO3CaO+CO2,n(CaCO3)与n(C
14、O2)的关系为n(CaCO3)=n(CO2),11.2LCO2气体的物质的量=11.2L22.4Lmol-1=0.5mol,m(CaCO3)=0.5mol100gmol-1=50g,样品中碳酸钙的质量分数:50g100g100%=50%。12.(14分)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒,与水接触易水解,沸点8.2 。在铜催化作用下,HCl与硅在250260 条件下反应可以制得SiH2Cl2。(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料,选用A装置制取HCl,利用了浓硫酸的性。(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为。(3)按照气体流向从左到右,制取SiH2Cl2的装置(
15、h处用止水夹夹好)连接次序为a()()()()()()()(填仪器接口的字母,其中装置C用到两次)。(4)按从左到右的顺序,前面装置C中装的药品为,后面装置C的作用为。(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会生成H2和、。(6)新的制取SiH2Cl2方法是:往硅粉中先通入Cl2,在300350 条件下反应生成SiCl4,然后再与HCl在250260 条件下反应,可以大大提高产率。如果通入气体次序相反,结果会(用化学方程式表示)。答案:(1)吸水(2)Si+2HClSiH2Cl2(3)defgbcd(4)P2O5或CaCl2尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中(5)SiCl4SiHCl3(6)SiH
16、2Cl2+2Cl2SiCl4+2HCl(或SiH2Cl2+Cl2SiHCl3+HCl)解析:(1)浓硫酸吸水放热使浓盐酸挥发逸出HCl;(2)利用原子守恒法配平;(3)A装置制取HCl,连接C装置干燥,从f进入D中反应,SiH2Cl2从g处导出,在B装置中收集,SiH2Cl2密度比空气大,导气管应长进短出,为防止空气中的水蒸气进入B中以及吸收多余的SiH2Cl2防止污染空气,则应在B后接干燥管;(4)前面的C装置是干燥氯化氢气体,应选酸性或中性干燥剂,后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中;(5)由碳能生成CCl4、CHCl3、CH2Cl2等,联想到Si能生成SiCl4、SiH
17、Cl3等;(6)如果通入气体次序相反,SiH2Cl2会与Cl2继续反应,生成SiCl4、SiHCl3。13.(12分)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:.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅;.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si+3HClSiHCl3+H2;.SiHCl3与过量H2在1 100 条件下反应制得纯硅。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)第步制备粗硅的化学方程式为。(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
18、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):装置B中的试剂是,装置C中的烧瓶需要加热,其目的是。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。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。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溶液答案:(1)SiO2+2CSi+2CO(2)蒸馏(3)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化有固体物质生成SiHCl3+H2Si+3HCl排尽装置中
19、的空气bd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)根据这几种物质沸点不同,可以采用蒸馏的方法分离。(3)为防止SiHCl3与H2O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汽化,从而使SiHCl3和氢气在D中反应。D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。为防止SiHCl3与空气中O2反应,需要排尽装置中的空气。向溶液中加入强氧化剂,然后加入KSCN溶液检验铁离子,氯水具有强氧化性,故选b、d。14.(14分)某实验小组设计了
20、如下装置对焦炭还原二氧化硅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+H2OCO2+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Si
21、C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)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+4C2CO2+2CO+3Si(4)没有尾气吸收装置(5)21(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,所以实验时要将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知,B装置可以作安全瓶,防止倒吸。(3)根据元素守恒,碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳,所以C装置用来检验有没有二氧
22、化碳,D装置用来检验一氧化碳;若装置C、D中溶液均变浑浊,说明生成的气体中既有二氧化碳又有一氧化碳,根据两气体产物的物质的量相等和元素守恒可写出化学方程式。(4)一氧化碳有毒,不能排放到空气中,而该装置没有尾气吸收装置。(5)18gSiO2物质的量=18g60gmol-1=0.3mol,8.4g焦炭物质的量=8.4g12gmol-1=0.7mol,充分反应后收集到标准状况下的气体13.44L,气体物质的量=13.44L22.4Lmol-1=0.6mol,假定气体产物只有CO,固体产物只有Si和SiC,SiO2+2C2CO+Si,Si+CSiC,依据化学方程式计算可得Si与SiC物质的量之比为21。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱,可将CO2气体通入硅酸钠溶液,若生成硅酸沉淀,则说明碳酸酸性强于硅酸。
