1、无机非金属材料的主角硅一、选择题(本题包括10小题,每小题6分,共60分)1.(2014兰州模拟)下列各项中物质的类别和用途对应关系不正确的是()ABCDAl2O3SiNa2O2Na2SiO3两性氧化物单质碱性氧化物正盐工业用电解法冶炼铝制作太阳能电池用于呼吸面具作为氧气的来源制备硅胶2.(2014济南模拟)随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作,可以获取大量月球物质并进行成分分析,月球上的主要矿物有辉石CaMgSi2O6、斜长石KAlSi3O8和橄榄石(Mg或Fe)2SiO4等,下列说法或分析不正确的是()A.辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B.斜长石的氧化物形式可表示为
2、K2OAl2O33SiO2C.橄榄石中铁为+2价D.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气3.(2013唐山模拟)下列物质:氢氟酸;浓硫酸;烧碱溶液;Na2CO3固体;氧化钙;浓硝酸。其中在一定条件下能与SiO2反应的有()A.B.C.D.全部4.下列离子方程式的书写正确的是()A.水玻璃中通入过量的二氧化碳:Na2SiO3+CO2+H2O=2Na+C+H2SiO3B.澄清石灰水中通入过量二氧化碳:Ca(OH)2+2CO2=Ca2+2HCC.二氧化硅溶于氢氟酸溶液中:SiO2+4H+4F-=SiF4+2H2OD.二氧化硅溶于烧碱溶液中:SiO2+2OH-=Si+H2O5.(201
3、4信阳模拟)下列过程最终无沉淀产生的是()A.过量氨气通入Al2(SO4)3溶液B.CO2通入CaCl2溶液C.少量SO2通入BaCl2溶液后再通入过量Cl2D.过量CO2通入Na2SiO3溶液6.将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中,生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积的关系可表示为()7.下列离子组在指定溶液中能大量共存的是()A.无色溶液中:Al3+、Na+、Si、Cl-B.使石蕊试液变红色的溶液中:K+、Na+、S、SiC.与Al反应放出H2的溶液中:Ca2+、Na+、HC、Br-D.c(H+)/c(OH-)=10-5的溶液中:Na+、C、Al、Si8.
4、(2014绵阳模拟)欲除去下表中各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质),有关所用试剂、操作名称及化学方程式或原因错误的是()样品所用试剂操作名称化学方程式或原因ASiO2(CaCO3)盐酸过滤CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2BCaCO3(SiO2)NaOH溶液过滤2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2OCSiO2(Si)氧气加热Si+O2SiO2DSiO2(H2SiO3)水过滤硅酸溶于水,而SiO2不溶于水9.(2014贵阳模拟)下列关于硅及其化合物的叙述正确的是()A.玛瑙的主要成分是硅酸盐B.晶体硅和二氧化硅晶体都常用来制造电子部件C.硅和二氧化硅都不与酸反应D.硅和二
5、氧化硅都广泛存在于自然界中,天然单质硅叫硅石10.(能力挑战题)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.Na2SiO3B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2D.SiO2二、非选择题(本题包括3小题,共40分)11.(16分)(2013银川模拟)近年来,我国的材料研究迅猛发展,出现了许多具有特殊功能的新型材料。(1)硅是将太阳能转换为电能的常用材料,从硅的氧化物制取粗硅的化学方程式为_。(2)化合物G是开发新一代汽车发动机的新材料。G的相对分子质量为140,含有硅元素,其质量分数为60%,另含有元素Y。
6、E(含两种元素)与NH3反应制得G和HCl。G和E化学式分别为_。常压条件下向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,化学通式可表示为Si6-xOxY8-x。在接近1 700时x的极限值约为4.0,则化合物中Y元素的化合价为_。(3)新型纳米材料氧缺位铁酸盐(MFe2Ox,3x4,M=Mn、Zn、Ni且均显+2价,下同)由铁酸盐(MFe2O4)经高温被H2还原而得,已知铁酸盐(MFe2O4)高温还原时,发生反应的MFe2O4与H2的物质的量之比为21,则还原产物MFe2Ox中x=。MFe2Ox中,+2价铁与+3价铁的物质的量之比为。12.(12分)由磷矿石、
7、石英、氯化氢等为原料生产白炭黑(SiO2nH2O)、磷及甲醇,下列工艺过程原料综合利用率高,废弃物少。(1)上述反应中,属于置换反应的是(选填:、)。(2)已知SiHCl3的沸点为33.0,提纯SiHCl3适宜的方法是。(3)高温下进行的反应的化学方程式为;固体废弃物CaSiO3可用于_。(4)反应需在高温、隔绝氧气和无水条件下进行,其原因是。13.(12分)(2014南昌模拟)多晶硅(硅单质的一种)被称为“微电子大厦的基石”,制备中副产物以SiCl4为主,它对环境污染很大,遇水能强烈水解,放出大量的热。研究人员利用SiCl4水解生成的盐酸和钡矿粉(主要成分为BaCO3,且含有铁、镁等离子),
8、制备BaCl22H2O,工艺流程如下:已知:常温下Fe3+、Mg2+完全沉淀的pH分别是3.4、12.4;BaCO3的相对分子质量是197;BaCl22H2O的相对分子质量是244。回答下列问题:(1)SiCl4发生水解反应的化学方程式为_。(2)用H2还原SiCl4蒸气可制取纯度很高的硅,当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量,则该反应的热化学方程式为_。(3)加钡矿粉并调节pH=7的目的是,_。(4)过滤后的滤液中Fe3+浓度为(滤液温度25,KspFe(OH)3=2.210-38)。(5)生成滤渣A的离子方程式_。答案解析1.【解析】选C。Al2O3既能与酸反应生成盐和水,也能
9、与碱反应生成盐和水,属于两性氧化物,可用于工业中以电解法冶炼铝,A正确;单质Si可制作太阳能电池,B正确;Na2O2属于过氧化物,不是碱性氧化物,C错;Na2SiO3属于正盐,可与盐酸等较强酸反应制备硅胶,D正确。2. 【解析】选B。根据辉石CaMgSi2O6、斜长石KAlSi3O8和橄榄石(Mg或Fe)2SiO4的化学式可知三者均属于硅酸盐矿,A正确。根据元素化合价不变的原则,将斜长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2OAl2O36SiO2,B不正确。根据化合价代数和为零,橄榄石中铁为+2价,C正确。铁单质与氧气接触易被氧化,所以月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气的缘故
10、,D正确。3.【解析】选C。SiO2与浓硫酸、浓硝酸不反应,但可与氢氟酸反应:SiO2+4HF=SiF4+2H2O;SiO2是酸性氧化物,可与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,也可与CaO反应:SiO2+CaOCaSiO3;SiO2在高温下可与Na2CO3发生反应:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2,C项正确。4.【解析】选D。Na2SiO3为强电解质,应写为离子形式,且CO2过量,应生成HC,A项错;澄清石灰水中Ca(OH)2应写为离子形式,B项错;氢氟酸为弱酸,应写为分子式,不能写为离子形式,C项错。5.【解析】选B。过量NH3通入Al2(SO4)3
11、溶液中时发生的离子反应为Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3N,NH3过量时Al(OH)3不溶解;因为H2CO3的酸性比HCl弱,则CO2与CaCl2溶液不反应,故CO2通入CaCl2溶液无沉淀产生;SO2通入BaCl2溶液无明显现象,再通入Cl2时发生反应Cl2+SO2+2H2O+Ba2+=BaSO4+2Cl-+4H+,产生白色沉淀;H2CO3酸性比H2SiO3强,将过量CO2通入Na2SiO3溶液时发生反应2CO2+2H2O+Si=H2SiO3+2HC,产生沉淀。6.【解析】选C。将CO2通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中,依次发生如下反应:Ba(OH)2+CO2=B
12、aCO3+H2O2KOH+CO2=K2CO3+H2O2KAlO2+3H2O+CO2=2Al(OH)3+K2CO3K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3BaCO3+H2O+CO2=Ba(HCO3)2根据沉淀生成和溶解的情况对照图像可知C正确。【方法技巧】反应顺序的判断当有多种组分与一种物质反应时,判断反应顺序的方法是:先假设与其中的一种组分反应,若产物还能与另一种组分反应,则假设错误。如将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中,假设CO2先与KOH反应,则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3,故假设错误,应该是CO2先与Ba(OH)2反应。7.【解题指南】解答本题要注意
13、两点:(1)隐含条件:Al3+和Si水解的相互促进。(2)限定条件:使石蕊试液变红色;与Al反应放出H2。【解析】选D。Al3+、Si因发生水解的相互促进而不能大量共存,A错;使石蕊试液变红色的溶液显酸性,在酸性溶液中Si会生成H2SiO3沉淀,B错;与Al反应生成H2的溶液可能为酸性或碱性,HC不能大量共存,C错;c(H+)/c(OH-)=10-5,溶液呈碱性,四种离子能大量共存。8.【解析】选D。SiO2和H2SiO3均不溶于水,所以不能通过加水过滤的方法除去硅酸,正确的方法应该是加热,使硅酸分解:H2SiO3SiO2+H2O。9.【解析】选B。玛瑙的主要成分为SiO2,A错;晶体硅常用来
14、制造半导体,SiO2可用于制造光导纤维,B正确;Si和SiO2都可以与氢氟酸反应,C错;硅是一种亲氧元素,在自然界中全部以化合态形式存在,硅石的主要成分为SiO2,D错。10.【解题指南】解答本题注意分两步进行:(1)通入足量CO2气体后发生的反应是什么。(2)加热蒸干,再在高温下充分灼烧又发生了什么反应。【解析】选A。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;SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2,各反应物存在如下关系:H
15、2SiO32NaHCO3,H2SiO3SiO2,2NaHCO3Na2CO3SiO2,由上述关系可知,最后所得固体物质是Na2SiO3,故选A项。11.【解析】(1)从硅的氧化物制取粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO。(2)化合物E(含两种元素)与NH3反应制得G和HCl,根据化学反应前后元素种类不变可知G中含有氮元素,故Y为氮元素,再根据G的相对分子质量及Si、N的质量分数,可以求出G的化学式为Si3N4。由于G是E与NH3的复分解反应的产物,且E含有两种元素,故E中含有Si和Cl两种元素,可知E的化学式为SiCl4。当温度接近1 700时,x=4,把x=4代入Si6-xOxY8-x
16、可知,该物质为Si2O4Y4,根据化合价代数为零可知Y为0价,也就是说1 700时Si6-xOxY8-x分解为SiO2和N2,所以xSiCSi(2)Na2O、Na2O2(3)Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH(4)(其他合理写法也可)13.【解析】(1)根据题给流程图可知,SiCl4发生水解后生成H4SiO4沉淀,则同时生成HCl,化学方程式为SiCl4+4H2O=H4SiO4+4HCl。(2)H2还原SiCl4的反应为2H2+SiCl4Si+4HCl,每生成1 mol Si转移4 mol电子,吸收热量为59 kJ4=236 kJ,故该反应的热化学方程式为SiCl4(g)+2
17、H2(g)=Si(s)+4HCl(g)H=+236 kJmol-1。(3)过滤后的滤液为盐酸,加入钡矿粉后调节pH=7,可使BaCO3溶解,同时使Fe3+完全沉淀。(4)过滤后的滤液pH=7,由KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=2.210-38可得c(Fe3+)=2.210-17(molL-1)。(5)因Mg2+完全沉淀的pH为12.4,当调节pH=12.5时,Mg2+将转化为Mg(OH)2沉淀,故滤渣A为Mg(OH)2,离子方程式为Mg2+2OH-=Mg(OH)2。答案:(1)SiCl4+4H2O=H4SiO4+4HCl(2)SiCl4(g)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g) H=+236 kJmol-1(3)使BaCO3转化为BaCl2使Fe3+完全沉淀(4)2.210-17molL-1(5)Mg2+2OH-=Mg(OH)2w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
