1、第四章 材料家族中的元素第一讲 硅 无机非金属材料一、选择题12012年我国载人飞船再次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流。飞船应用了许多尖端的合成材料。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它没有固定熔点D它是一种新型无机非金属材料解析航空材料的特点是质轻、高强度、耐高温抗氧化等高可靠性，故B错，A正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，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B2硅作为一种新型能源
2、被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是 ()。A硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制来源:学科网ZXXKB从Si(s)O2(g)SiO2(s)H858.6 kJmol1可知，硅燃烧放出的热量多C自然界中硅的储量丰富，可以从自然界直接获得单质硅D硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一解析硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅不是气体，其污染容易得到有效控制；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易且又安全；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，所以C是错误的。答案C3硅及其化合物的应用范围很广。下列说法中正确的是()。A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
3、B粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂D盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅答案 A解析 粗硅提纯涉及的反应：Si2Cl2SiCl4、SiCl42H2Si4HCl都是氧化还原反应，B错；硅与氢氧化钠溶液反应实际分两步：Si3H2O=H2SiO32H2，H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，其中反应为氧化还原反应，反应为非氧化还原反应，因此NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的只是水，C错；硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D错。4下列关于SiO2和CO2的叙述中不
4、正确的是()。A都是共价化合物B都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应C都能溶于水且与水反应生成相应的酸DSiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨答案 C解析 SiO2不能与水反应生成H2SiO3，只能用Na2SiO3与强酸反应制取H2SiO3，C项错误。来源:学+科+网5硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 ()。A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料来源:Z+xx+k.ComB粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂D硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应解析粗硅提纯涉及的反应：Si2Cl2SiCl4
5、、SiCl42H2Si4HCl都是氧化还原反应，B错误；硅与氢氧化钠溶液反应中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的是水，C错误；硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D错误。答案A6诺贝尔物理学奖授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德博伊尔和乔治史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是()A二氧化硅是H2SiO3的酸酐，因此能与水反应B用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L(标况)气体时，得到2,8 g硅C6 g的二氧化硅中含有0.2 mol的共价键D二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应解析 A
6、项中二氧化硅不能与水反应；B项中用二氧化硅制取单质硅，当生成2.24 L(标况)气体时，只能得到1.4 g硅；C项中6 g的二氧化硅中含有0.4 mol的共价键。答案 D7有一粗硅，含杂质铁，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是(提示：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2) ()。A物质的量之比为：11 B物质的量之比为12C质量之比为41 D质量之比为21解析粗硅与盐酸反应是其中的Fe与盐酸反应：Fe2HCl=FeCl2H2，粗硅与碱反应是其中的硅与碱液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。因放出等量H2
7、，则Fe与Si的物质的量之比为21，质量之比为41。答案C二、非选择题8 A、B同主族且都是短周期元素，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信材料光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。请回答下列问题：(1)C、D的化学式分别为_、_。(2)易与C发生化学反应的酸是_，反应的化学方程式是_。(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成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和F的化学反应方程式：_。要将纯碱高温熔化，下列可选用的仪器是_。A普通玻璃坩埚 B
8、石英玻璃坩埚C试管 D铁坩埚(4)下列关于C和E的性质比较正确的是_。AC和E均与生石灰反应生成盐BC和E的熔点和硬度相似CC和E均与水反应生成相应的酸DC和E均能与烧碱溶液反应，与任何酸均不反应答案 (1)SiO2Na2SiO3(2)氢氟酸SiO24HF=SiF42H2O来源:学&科&网(3)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3D(4)A解析 (1)A元素的单质可作半导体材料，含A元素的化合物C是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。由A、B同主族且都是短周期元素可知B为碳。(2)C为SiO2，能与Si
9、O2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含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，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。(4)C为SiO2、E为CO2。A项，二者均为酸性氧化物，与碱性氧化物CaO均生成盐；B项，SiO2熔点、硬度大，CO2为气体，熔点、硬度小；C项，SiO2与H2O不反应；D项，SiO2与HF反应。9如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。请回答下列问题：(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_。(3)A和a溶液
10、反应的离子方程式是_。(4)C和过量的盐酸反应的离子方程式是_。解析C与过量的盐酸反应生成白色沉淀E，则E可能是硅酸或氯化银，若E是氯化银，则C是硝酸银，A为银，则根据已有知识，银可以与硝酸反应生成硝酸银，而银与硝酸反应能生成三种产物，不符合框图中物质间的转化关系。则E只能为硅酸，则C为硅酸盐，A为硅，a溶液为强碱的水溶液，进一步推出B为二氧化硅。答案(1)SiO2光导纤维(2)SiO22OH=SiO32H2O(3)Si2OHH2O=SiO322H2 (4)SiO322H=H2SiO310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
11、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：来源:学科网ZXXK(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)图示的变化中，属于氧化还原反应的是_。(1) 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
12、应的化学方程式_。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。反应是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应是硅单质与Cl2反应，也是氧化还原反应。SiCl4水解可以看做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。答案 (1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O来源:Zxxk.Com(2)(3)SiCl43H2O=4HClH2SiO3(4)Si3N4(5)3SiCl42N26H2Si3N412HCl。来
13、源:学科网11在工业中利用镁制取硅：2MgSiO22MgOSi，同时有副反应发生：2MgSiMg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：来源:学科网(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用_(填序号)。a石灰石b锌粒c纯碱(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是_，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是_。(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表
14、示为_。解析(1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而可用H2。那么试管中应选用的固体药品为锌粒；(2)实验开始时应先通入氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响。然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行；来源:学科网(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4，生成的SiH4可自燃，SiH42O2=SiO22H2O，所以会观察到闪亮的火星。答案(1)b(2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行(3)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4SiH42O2=SiO22H2O来源:学。科。网
