2023届新高考化学一轮课时跟踪练第10讲硅及其重要化合物.docx

课时跟踪练10一、选择题1(2021·临沂一中月考)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是()A二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物B将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸C因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的强D水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐解析：二氧化硅为酸性氧化物，但其不溶于水；硅酸的酸性比碳酸的弱；沙子的主要成分是二氧化硅。答案：B2(2021·梅州一中月考)下列叙述正确的是()A硅酸(H2SiO3)可由SiO2与水化合制得B石英是良好的半导体，可以制成光电池CSi和C相似，在自然界主要以单质形式存在D高纯度的硅可以制造计算机芯片解析：二氧化硅不能溶于水，不能与水化合直接制备硅酸(H2SiO3)，故A项错误；石英主要成分为二氧化硅，晶体硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，故B项错误；自然界中无游离态硅，硅在自然界中主要是硅酸盐、二氧化硅形式存在，故C项错误；硅的导电性介于导体与绝缘体之间，硅是优良的半导体材料，高纯度的硅可以用于制造计算机芯片，故D项正确。答案：D3(2021·哈尔滨师大附中月考)下列说法正确的是()A二氧化硅是酸性氧化物，它可以与水反应生成硅酸B二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成C硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水DCO2与SiO2均具有氧化性，可作氧化剂解析：二氧化硅不溶于水，与水不反应，A项错误；二氧化硅中不存在SiO2分子，B项错误；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C项错误；CO2中C的化合价为4价，SiO2中Si的化合价为4价，CO2与SiO2均具有氧化性，可作氧化剂，如2MgCO22MgOC、2CSiO2Si2CO，D项正确。答案：D4陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点解析：“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，故A项错误；陶瓷的传统概念是指所有以黏土等无机非金属矿物为原材料，经过高温烧制而成的产品，闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，故B项正确；陶瓷由黏土经高温烧结而成，主要化学成分是硅酸盐，在新石器时代就已经开始使用，应用较早，故C项正确；硅酸盐材料的化学性质不活泼，具有耐酸碱腐蚀，抗氧化等有点，故D项正确。答案：A5(2021·哈尔滨师大附中月考)下列说法正确的是()AC60是富勒烯的代表物，与石墨烯互称为同位素BSiO2制备粗硅发生反应的化学方程式为SiO2CSiCO2C汉代烧制出的瓷器，其主要原料为黏土D现代信息社会用于传递信号的光导纤维的主要成分为硅解析：富勒烯与石墨烯互称为同素异形体，A项错误；SiO2制备粗硅发生反应的化学方程式为SiO22CSi2CO，B项错误；汉代烧制出的瓷器，其主要原料为黏土，C项正确；光导纤维的主要成分为二氧化硅，D项错误。答案：C6(2021·佛山萌茵实验学校月考)下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，正确的是()ASiO22NaOH=Na2SiO3H2O作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀BSiO22CSi2CO氧化性CSiO2Na2CO3Na2SiO3CO2酸性氧化物的通性DSiO23CSiC2CO氧化性解析：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O表现的是酸性氧化物的性质，反应生成的硅酸钠为矿物胶可以覆盖在玻璃表面，防止玻璃被腐蚀，故A项错误；硅的化合价降低，体现SiO2的氧化性，故B项正确；二氧化硅是固体，二氧化碳是气体，生成的二氧化碳气体挥发了，从而使反应可以正向彻底进行，没有体现二氧化硅酸性氧化物的性质，故C项错误；SiO2中硅与氧的化合价都不变，没有体现SiO2的氧化性，氧化剂和还原剂都是C，故D项错误。答案：B7(2021·云南通海第二中学月考)二氧化硅与二氧化碳组成相似，结构不同。下列反应原理不同的是()ASiO22CSi2CO与NaClKKClNaBSiO2CaCO3CaSiO3CO2与Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3CSiO22OH=SiOH2O与CO22OH=COH2ODSiO22CSi2CO与SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2解析：A项，都是高温下同主族元素单质间的置换反应，生成气体使反应趋于完全，原理相同，故不符合题意；B项，前者是高温下的固体反应，生成的二氧化碳气体使反应趋于完全，后者是溶液中的强酸制弱酸的复分解反应，原理不同，故符合题意；C项，二者都是酸性氧化物与碱的反应，原理相同，故不符合题意；D项，前者是氧化还原反应，后者是非氧化还原反应，但本质上两个反应都是高温固相反应，生成气体使反应趋于完全，原理相同，故不符合题意。答案：B8(2021·天津实验中学滨海学校月考)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是()A可发生反应：Ca3SiO54NH4ClCaSiO32CaCl24NH32H2OB具有吸水性，需要密封保存C能与SO2反应生成新盐D与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2解析：Ca3SiO5与NH4Cl反应的方程式为Ca3SiO54NH4ClCaSiO32CaCl24NH32H2O，A项正确；CaO能与水反应，所以需要密封保存，B项正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入Ca3SiO5溶液时，发生反应3SO2H2OCa3SiO5=3CaSO3H2SiO3，C项正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与Ca3SiO5反应时，发生反应6HClCa3SiO5=3CaCl2H2SiO32H2O，D项不正确。答案：D9(2021·莆田八中月考)从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如下。关于下列反应的分析不正确的是()SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HClA、是置换反应，是化合反应B任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子C高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅D高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅解析：在这三个反应中，、是置换反应，是化合反应，故A项正确；这三个反应都是氧化还原反应，其中硅的化合价都变化了4价，所以每消耗或生成28 g硅即1 mol，都转移4 mol电子，故B项正确；在氧化还原反应中，还原剂的还原性强于还原产物的还原性，在反应中，C是还原剂，Si是还原产物，在反应中，H2是还原剂，Si是还原产物，所以在高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅，故C项正确；反应、和并不是混合在一起同时进行的，所以高温下把石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合得不到高纯硅，故D项错误。答案：D10(2021·东莞六中月考)硅是制造芯片的基础材料。工业制备高纯硅的流程如下图所示。下列说法不正确的是()A上述制备工艺能耗高污染重BC和H2的还原性一定比Si强C流程主要反应均属于置换反应D第2、3步的目的是提纯产品解析：制备流程需要高温，能耗高，SiO22CSi2CO，产物有污染，A项正确；单质氧化性强弱顺序是C>Si，所以Si的还原性比C强，B项错误；流程中的反应分别为SiO22CSi2CO、Si3HClSiHCl3H2、SiHCl32H2Si3HCl，均属于置换反应，C项正确；焦炭还原SiO2得到粗硅，第2、3步的目的是提纯产品，D项正确。答案：B11(2021·六安一中月考)已知X是一种晶体，在一定条件下可发生如图所示的变化。下列叙述正确的是()X可能是铝或硅X可能是共价晶体或金属晶体W一定是两性物质W晶体的熔点很高A B C只有 D解析：如果X是铝或硅，X与强碱(如氢氧化钠)溶液反应生成偏铝酸钠或硅酸钠和氢气；偏铝酸钠或硅酸钠溶液中通入二氧化碳反应生成氢氧化铝或硅酸胶状沉淀，氢氧化铝和硅酸煅烧生成氧化铝和二氧化硅，二氧化硅在高温下与碳发生氧化还原反应生成硅；电解熔融的氧化铝生成铝，故正确；根据的分析，X可能是硅，硅是共价晶体，X可能是铝，铝是金属晶体，故正确；根据上述分析，W可能是二氧化硅或氧化铝，二氧化硅属于酸性氧化物，不是两性物质，故错误；无论W是二氧化硅还是氧化铝，晶体的熔点都很高，故正确。答案：B12(2021·蕲春第四高级中学月考)由Li、Al、Si构成的某三元化合物固态晶体结构如图，下列说法正确的是()A晶体中Al和Si构成二氧化硅型骨架B晶体中Li、Al、Si三种微粒的比例为221CSi原子从1s22s22p63s23p3p转变为1s22s22p63s23p3p会吸收能量，产生吸收光谱D晶体中与每个Al紧邻的Si有4个解析：二氧化硅型骨架：，晶体中Al和Si在顶角处有硅与铝原子不相连，故A项错误；晶体中Li、Ai、Si的微粒数分别为Li12×14，Al8×6×4，Si4，三种微粒的比例为111，故B项错误；Si原子从1s22s22p63s23p3p转变为1s22s22p63s23p3p能量不改变，不产生吸收光谱，故C项错误；由题图中晶胞可知，观察顶角的Al原子，晶体中与每个Al紧邻的Si有4个，故D项正确。答案：D二、非选择题13(2021·临清三中月考)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：Si3HClSiHCl3H2；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)：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cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液解析：本实验是利用SiHCl3和氢气反应制取纯硅，首先在装置A利用稀硫酸和锌粒反应制取氢气，SiHCl3能与H2O强烈反应、在空气中易自燃，所以需要装置B中盛放浓硫酸将生成的氢气进行干燥、并用氢气排尽装置中的空气；水浴加热装置C，使SiHCl3挥发，和氢气一同进入石英管中在高温条件下反应制取纯硅。据此分析解答。(1)高温下，SiO2和C反应生成Si和CO，反应的化学方程式为SiO22CSi2CO。(2)沸点不同的液体混合物可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以采用蒸馏的方法分离。(3)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，所以装置B中可以盛放浓硫酸；加热装置C中烧瓶，升高温度能使SiHCl3气化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应。D中发生反应：SiHCl3H2Si3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成。SiHCl3能与H2O强烈反应、在空气中易自燃，且Si是亲氧元素，为防止SiHCl3自燃和Si被氧化，需要排尽装置中的空气。若含铁单质，加入稀盐酸后溶液中应含Fe2；检验Fe2先加入KSCN溶液无明显现象，再加入氯水溶液变红色即可，故选bd。答案：(1)SiO22CSi2CO(2)蒸馏(3)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3气化有固体物质生成SiHCl3H2Si3HCl排尽装置中的空气bd14(2021·随州曾都一中月考)半导体工业需要高纯硅，粗硅中含有SiO2、Fe2O3、CuO、C等杂质，提纯硅的方法比较多，其中三氯氢硅(有一定毒性)氢还原法和四氯化硅氢还原法应用较为广泛，下面是实验室模拟工业上三氯氢硅氢还原法的基本原理：已知：Si3HCl SiHCl3H2(主要反应)，Si4HCl SiCl42H2(次要反应)，2NaClH2SO4(浓)Na2SO42HCl。典型硅的重要化合物的部分性质如下表：项目熔点/沸点/溶解性SiHCl312733易溶于多数有机溶剂SiCl42357.6易溶于多数有机溶剂(1)粗硅在提纯前，需要进行酸、碱预处理，其目的是_。(2)下列装置在实验室可用于制备HCl气体的是_(填字母)。(3)在1 1001 200 条件下，利用图B在石英管中可以获得硅，写出该反应的化学方程式：_；其烧杯中水的作用是_；该装置使用石英管而不是普通玻璃管的原因是_。(4)三氯氢硅氢还原法用 SiHCl3在图B中制硅，不足之处有_。(5)SiCl4与氢气反应也能得到硅，但反应所需温度不同，在工业上往往将三氯氢硅中混入的SiCl4分离后再与氢气反应，你认为最好的分离方法是_。(6)工业上如果用四氯化硅氢还原法制硅，其原理如下：Si、CSiCl4Si。该方法与用三氯氢硅氢还原法比较，其缺点至少有两处，分别是_。解析：(1)根据题干可知，粗硅中含有的杂质Fe2O3、 CuO能与酸反应，SiO2能与碱反应，故答案为除去粗硅中SiO2、 Fe2O3、 CuO等杂质。(2)由题干可知，实验室中制备 HCl 气体是用固体NaCl和液体(浓硫酸)加热的反应，可选用装置b，实验室制备HCl也可采用向浓盐酸中滴加浓硫酸，则选用装置a，故可选用的装置为a、b。(3)由图示得反应的方程式为SiHCl3H2Si3HCl; 其烧杯中水的作用是加热SiHCl3，使之变成蒸气进入石英管； 该装置使用石英管而不是普通玻璃管的原因是反应温度较高，普通玻璃不能承受该高温。(4)由题干信息可知，三氯氢硅有毒，该装置不足之处在于：没有进行尾气处理。(5)根据题干信息三氯氢硅和SiCl4沸点相差较大，最好的分离方法是蒸馏。(6)由上述分析及题干信息知，该方案的不足之处在于：使用了有毒气体；三氯氢硅氢还原法中HCl和H2可以直接循环利用，节约了成本，而四氯化硅氢还原法中没有可循环利用的原料。答案：(1)除去粗硅中SiO2、 Fe2O3、 CuO等杂质(2)ab(3)SiHCl3H2Si3HCl加热SiHCl3，使之变成蒸气进入石英管反应温度较高，普通玻璃不能承受该高温(4)没有进行尾气处理(5)蒸馏(6)使用了有毒气体；三氯氢硅氢还原法中HCl和H2可以直接循环利用，节约了成本，而四氯化硅氢还原法中没有可循环利用的原料15(2021·河北枣强中学月考)含硅元素的化合物广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成岩石；晶体硅(熔点1 410 )用途广泛，制取与提纯方法有多种。(1)炼钢开始和结束阶段都可能发生反应：Si2FeO2FeSiO2，其目的是_(填字母)。A得到副产品硅酸盐水泥B制取SiO2，提升钢的硬度C除去生铁中过多的Si杂质D除过量FeO，防止钢变脆(2)一种由粗硅制纯硅过程如下：Si(粗)SiCl4SiCl4(纯)Si(纯)。在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成 1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量，写出该反应的热化学方程式：_。关于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是_(填字母)。ANaX易水解BSiX4是共价化合物CNaX的熔点一般高于SiX4DSiF4晶体是由共价键形成的空间网状结构(3)粗硅经系列反应可生成硅烷(SiH4)，硅烷分解也可以生成高纯硅，硅烷的热稳定性弱于甲烷，所以Si元素的非金属性弱于C元素，用原子结构解释其原因：_。(4)此外，还可以将粗硅转化成三氯氢硅(SiHCl3)，通过反应SiHCl3(g)H2(g)Si(s)3HCl(g)制得高纯硅。不同温度下，SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比(反应初始时，各反应物的物质的量之比)的变化关系如图所示。下列说法正确的是_(填字母)。a该反应的平衡常数随温度升高而增大b横坐标表示的投料比应该是c实际生产中为提高SiHCl3的利用率，可适当降低压强(5)硅元素最高价氧化物对应的水化物是H2SiO3，室温下，0.1 mol·L1的硅酸钠溶液和0.1 mol·L1的碳酸钠溶液，碱性更强的是_，其原因是_。(已知：H2SiO3：Ka12.0×1010、Ka21.0×1012，H2CO3：Ka14.3×107、Ka25.6×10 11)解析：(1)炼钢要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其他元素的含量减少或增加到规定范围，简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程，这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素，化学反应主要是2FeOSi2FeSiO2、FeOMnFeMnO；在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变差，轧制时易产生裂纹，故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧：MnFeOMnOFe，Si2FeOSiO22Fe，2Al3FeOAl2O33Fe，故答案选CD。(2)由题意可知，每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量，即生成40 (mol)纯硅吸收的热量为a kJ热量，则生成1 mol纯硅吸收的热量为 kJ0.025a kJ，所以该反应的热化学方程式：SiCl4(g)2H2(g)=Si(s)4HCl(g)H0.025a kJ·mol1。钠的强酸盐不水解，NaX(NaF除外)不易水解，故A项错误；硅的卤化物(SiX4)是由非金属元素原子间通过共用电子对形成的化合物，是共价化合物，故B项正确；钠的卤化物(NaX)为离子化合物属于离子晶体，硅的卤化物(SiX4)为共价化合物属于分子晶体，离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点，即NaX的熔点一般高于SiX4，故C项正确；SiF4晶体是由分子间作用力结合而成，故D项错误；答案选BC。(3)C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”)，C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”)，Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷，故硅烷的分解温度远低于甲烷。(4)因为随着温度的升高，SiHCl3的转化率增大，平衡正向移动，则该反应的平衡常数随温度升高而增大，故a项正确；增大一种反应物的浓度，能提高其他反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是，故b项错误；SiHCl3(g)H2(g)Si(s)3HCl(g)正向为气体系数增大的方向，降低压强平衡向气体系数增大方向移动，可以提高SiHCl3的利用率，故c项正确；故答案选ac。(5)依据所给数据可知，硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，依据“越弱越水解”可知，硅酸钠更易水解。答案：(1)CD(2)SiCl4(g)2H2(g)=Si(s)4HCl(g)H0.025a kJ·mol1BC(3)C和Si最外层电子数相同(或“是同主族元素”)，C原子半径小于Si(或“C原子电子层数少于Si”)，Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷(4)ac(5)硅酸钠硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸钠更易水解16(2021·东莞一中月考)硅及其化合物广泛应用于太阳能的利用、光导纤维及硅橡胶的制备等。纯净的硅是从自然界中的石英矿石(主要成分为SiO2)中提取。高温下制取纯硅有如下反应(方法)：SiO2(s)2C(s)Si(s)2CO(g)；Si(s)2Cl2(g)SiCl4(g)；SiCl4(g)2H2(g)Si(s)4HCl(g)。请回答下列问题：(1)硅原子核外有_种不同能级的电子，最外层p电子有_种自旋方向；SiO2晶体中每个硅原子与_个氧原子直接相连。(2)单质的还原性：碳_硅(填“同于”“强于”或“弱于”)。从平衡的视角而言，反应能进行的原因是_。(3)反应生成的化合物分子空间构型为_；该分子为_(填“极性”或“非极性”)分子。(4)某温度下，反应在容积为V L的密闭容器中进行，达到平衡时Cl2的浓度为a mol·L1，然后迅速缩小容器容积到0.5V L，t秒后重新达到平衡，Cl2的浓度为b mol·L1。则：a_(填“大于”“等于”或“小于”)b。(5)在t秒内，反应中反应速率v(SiCl4)_(用含a、b的式子表示)。(6)工业上还可以通过如下反应制取纯硅(方法)：Si(粗)3HCl(g) SiHCl3(l)H2(g)Q(Q0)；SiHCl3(g)H2(g) Si(纯)3HCl(g)。提高反应中Si(纯)的产率，可采取的措施有_、_。解析：(1)硅原子电子排布式为1s22s22p63s23p2，核外有5种不同能级的电子，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先占据不同轨道，而且自旋方向相同，最外层的p电子有1种自旋方向；SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子形成4个SiO共价键。(2)非金属性越强单质的氧化性越强，碳的还原性弱于硅；因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动。(3)四氯化硅是正四面体结构，SiCl4分子结构对称结构，属于非极性分子。(4)体积减小，压强增大，平衡正向移动，氯气的物质的量减小，但体积减小更大，浓度增大，故a<b。(5)氯气的反应速率v(Cl2)mol·L1·s1，v(SiCl4)v(Cl2)mol·L1·s1。(6)反应正向为气体体积增大的反应，降低压强可使平衡正向移动；反应为吸热反应，升高温度可使反应正向移动；及时分离出HCl，使生成物浓度降低，可使平衡正向移动。答案：(1)514(2)弱于生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动(3)正四面体非极性(4)小于(5)mol·L1·s1(6)降低压强升高温度(或及时分离出HCl或其他合理答案)