无机非金属材料的主角——硅专题训练及答案.doc

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1、无机非金属材料的主角硅 专题训练及答案一、选择题(此题包括 8 小题,每题 6 分,共 48 分)选项A B C D俗名石英 纯碱 水玻璃铁红化学式SiO2Na CO23Na SiO23Fe O2 3用途集成电路制备玻璃制备硅胶用作油漆和涂料1. 大多数物质的俗名是依据其特别的物理性质或用途得来的。以下物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是 ()【解析】选 A。石英主要用于生产玻璃和光导纤维等,晶体硅才用于制作集成电路。【加固训练】以下关于硅及其化合物的表达错误的选项是 ()A. 硅是良好的半导体材料,二氧化硅可用于制造光导纤维- 4 -B. 二氧化硅能与石灰石反响:SiO +CaCO23C.

2、可以用焦炭复原二氧化硅生产硅:SiO +2C2CaSiO +CO 32Si+2COD.水泥的主要成分是Na SiO 、CaSiO 和SiO2332【解析】选 D。水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙,一般玻璃的主要成分是 Na SiO 、CaSiO 和 SiO ,D2332错误。2. 气凝胶是一种世界上最轻的固体,也被称为“固态烟”,格外结实耐用,它可以承受相当于自身重量几千倍的压力,最高能承受 1 400 摄氏度的高温,绝热性能格外优越,其主要成分是二氧化硅等。以下说法正确的选项是() A.SiSiO H SiO 可以通过一步反响实现223B.可以用陶瓷坩埚熔融烧碱C.二氧化硅溶于氢

3、氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化硅是两性氧化物D.气凝胶与豆浆具有相像的性质【解析】选 D。二氧化硅不与水反响,A 错误;陶瓷坩埚的成分中含二氧化硅,与烧碱反响,B 错误;二氧化硅是酸性氧化物,C 错误;气凝胶与豆浆都属于胶体,具有相像的性质,D 正确。【加固训练】硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,以下有关硅的化合物的表达错误的选项是() A.氮化硅陶瓷是一种型无机非金属材料,其化学式为 Si N3 4B. 碳化硅(SiC)的硬度大,熔点高,可用于制作砂纸、砂轮的磨料C. 祖母绿的主要成分为Be Al Si O ,用氧化物形式表示为 3BeOAl O 6SiO326 182 32D. 二

4、氧化硅为立体网状构造,其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为12【解析】选 D。二氧化硅晶体中,一个硅原子可形成 4 个硅氧单键,故硅原子和硅氧单键的个数之比为14,D 错误。3.(2022石嘴山模拟)纵观古今,化学与生活皆有着亲热联系。以下有关说法正确的选项是 () A.陶瓷是中华民族祖先的一项宏大制造,烧结黏土制陶瓷的过程不涉及化学反响B.晶体硅熔点高硬度大,可用作芯片C.石英坩埚耐高温,可用来加热熔化烧碱、纯碱等固体 D.工业生产玻璃、水泥、漂白粉,均需要用石灰石为原料【解析】选 D。陶瓷的成分是硅酸盐,烧结黏土制陶瓷的过程涉及化学变化,A 错误;晶体硅可用作芯片,是由于硅是良好的半导体材

5、料,与熔点凹凸无关,B 错误;石英的成分是SiO ,SiO 在加热条件下能与烧碱、纯碱反响,C 错误;工业生产玻22璃所用的原料是石灰石、石英和纯碱,生产水泥的原料是石灰石和黏土,生产漂白粉的原料是石灰乳和氯气,石灰石经高温煅烧后与水反响可得石灰乳,D 正确。4.(2022商洛模拟)纯二氧化硅可用以下流程制得。以下说法不正确的选项是()A.X 可用作木材防火剂B. 步骤的反响是Na SiO +H SOH SiO (胶体)+Na SO23242324C. 步骤中的稀硫酸可用CO 来代替2D. 步骤假设在试验室完成,一般在蒸发皿中进展【解析】选 D。X 为硅酸钠溶液,可用作木材防火剂,A 正确;步

6、骤的反响是Na SiO +H SOH SiO (胶体)+Na SO ,B 正23242324确;碳酸的酸性比硅酸强,故步骤中的稀硫酸可用CO 来代替,C 正确;步骤为硅酸固体的灼烧,假设在试验室完成,一般2在坩埚中进展,D 错误。5. 以下说法正确的选项是 ()A. 向含K+、Na+、Br-、Si 错误！未找到引用源。的溶液中通入CO 后仍能大量共存2B. 合成纤维和光导纤维都是型无机非金属材料C. NaHCO 溶液中含有Na SiO 杂质,可通入少量CO 后过滤3232D.SiO 中含Al O 杂质,可参加足量稀盐酸溶液,然后过滤除去22 3【解析】选 D。CO +H O+Si 错误！未找到

7、引用源。H SiO +C 错误！未找到引用源。,A 错误;合成纤维属于有机高2223分子材料,B 错误;除去NaHCO溶液中的Na SiO杂质,应通入足量CO ,发生反响:Na SiO +2CO +2H O2NaHCO +H SiO323,C 错误;SiO 不与稀盐酸反响,D 正确。2223223236.(2022武威模拟)某同学用图所示的装置及药品进展比较酸性强弱的试验,一段时间后试管中有胶冻状物质生成。以下说法正确的选项是()A. 向 Na SiO 溶液中滴入酚酞试液无明显现象23B. 试管中反响的离子方程式是Na CO +2H+23C. 该试验可以证明酸性:盐酸碳酸硅酸2Na+CO +H

8、 O22D. 假设将浓盐酸换成硫酸,能证明酸性:硫酸碳酸硅酸【解析】选 D。Na SiO 试液显碱性,滴入酚酞试液显红色,A 错误;试管盐酸与碳酸钠反响生成二氧化碳气体,离子方程23式为 C 错误！未找到引用源。+2H+CO +H O,B 错误;由于浓盐酸具有挥发性,生成的二氧化碳中会混有肯定量的氯22化氢,将生成的气体通入硅酸钠溶液中生成了硅酸胶体,不能证明酸性:碳酸硅酸,C 错误;由于硫酸不挥发,假设将盐酸换成硫酸,能证明酸性:硫酸碳酸硅酸,D 正确。7. 金刚砂(SiC)可由SiO 和碳在肯定条件下反响制得,反响方程式为 SiO +3CSiC+2CO,以下有关说法中正确的选项是22()A

9、. 该反响中的氧化剂是SiO ,复原剂为C2B. 该反响中的氧化产物和复原产物的物质的量之比为12C. 该反响中每生成 1 mol SiC 转移 12 mol 电子D. 该反响中的复原产物是SiC、氧化产物是CO,其物质的量之比为 12【解析】选 D。反响产物SiC 中 Si、C 的化合价分别为+4 价、-4 价,SiO 既不是氧化剂也不是复原剂,A 错误;碳元素从20 价转变成-4 价(SiC)和+2 价(CO),CO 是氧化产物,SiC 是复原产物,物质的量之比为 21,B 错误,C 正确;该反响中每生成 1 mol SiC,转移 4 mol 电子,C 错误。8.(力量挑战题)硅烷(SiH

10、 )在空气中易自燃或爆炸,可作橡胶等产品的偶联剂,硅烷的制备方法为4Mg Si+4HCl2MgCl +SiH 。以下说法不正确的选项是224()A.SiH 与CH 的构造相像44B. 硅烷自燃反响中的氧化剂是SiH4C. 硅烷自燃产生SiO 和 H O22D. 制备硅烷时应隔绝氧气【解析】选 B。硅烷自燃反响中的氧化剂是O ,B 错误。2【加固训练】以下物质:氢氟酸;浓硫酸;烧碱溶液;Na CO23固体;氧化钙;浓硝酸。其中在肯定条件下能与SiO 反响2的有 ( )A.B. C.D.全部【解析】选 C。SiO 不溶于除HF 之外的任何酸,因此SiO 与浓硫酸、浓硝酸不反响。22二、非选择题(此

11、题包括 3 小题,共 52 分)9.(18 分)单晶硅是信息产业中重要的根底材料。通常用碳在高温下复原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质), 粗硅与氯气反响生成四氯化硅(反响温度为 450500 ),四氯化硅经提纯后用氢气复原可得高纯硅。以下是试验室制备四氯化硅的装置图:相关信息如下:四氯化硅遇水极易水解硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反响生成相应的氯化物有关物质的物理常数见下表:物质沸点/ 熔点/升华温度/SiCl457.7-70.0BCl3AlCl318012.8-107.2FeCl3315300请答复以下问题:(1) 装置A 中 g 管的作用是; 装置C 中的试剂是。(2) 甲方案

12、:f 接装置;乙方案:f 接装置。但是装置、都有缺乏之处,请你评价后填写下表。方案甲乙优点缺点(3) 在上述(2)的评价根底上,请你设计一个合理方案并用文字表述: 。(4) SiCl4 与 H2 反响的化学方程式为。【解析】(1)g 管的作用是平衡压强,使分液漏斗中的浓盐酸顺当流下;四氯化硅遇水极易水解,B 是饱和食盐水,C 是浓硫酸。(2) 四氯化硅简洁液化,假设收集的导管太细,简洁堵塞导管;制取四氯化硅需要冷凝,因有氯气参与反响,要有尾气处理装置。(3) 将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。答案:(1)平衡压强,使分液漏斗中的浓盐酸顺当流下 浓硫酸(2)方案优点甲收集产品的导管粗,

13、不会堵塞导管冷凝产品,削减产品损失乙有尾气处理装置,留意环保避开空气中的水蒸气进入装置缺点空气中的水蒸气进入产品收集装置 ,使SiCl 水解4尾气没有处理,污染环境产品易堵塞导管没有冷凝装置,产品易损失(3)在装置的i 处接枯燥管j(4)SiCl +2HSi+4HCl4210.(16 分) 某试验小组设计了如图装置对焦炭复原二氧化硅的气体产物的成分进展探究。:PdCl 溶液可用于检验CO,反响的化学方程式为CO+PdCl +H OCO2222+2HCl+Pd(产生黑色金属钯粉末,使溶液变浑浊)。(1) 试验前要通入足够长时间的N ,其缘由是。2(2) 装置B 的作用是。(3) 装置C、D 中所

14、盛试剂分别为、,假设装置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,则该反响的化学方程式为。(4) 该装置的缺点是。(5) 资料说明,上述反响在焦炭过量时会生成副产物SiC。取 18 g SiO 和 8.4 g 焦炭充分反响后收集到标准状况下的气2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) 设计试验证明碳酸的酸性比硅酸的强: 。【解析】(1)碳与二氧化硅反响要在高温下进展,而高温下碳与空气中氧气反响,所以试验前要通入足够长时间的 N 将装2置中的空气排尽。(2) 依据装置图可知,B 装置作安全瓶,防止倒吸。

15、(3) 碳与二氧化硅反响可能生成CO 也可能生成CO ,所以C 装置用来检验CO ,D 装置用来检验CO,所盛试剂分别为澄清石22灰水、PdCl 溶液;假设装置C、D 中溶液均变浑浊,说明既有CO 又有CO,由于两气体产物的物质的量相等,依据元素守恒可22知化学方程式为 3SiO +4C2CO +2CO+3Si。22(4) CO 有毒,不能直接排放到空气中,而该装置缺少尾气吸取装置吸取未反响的CO。(5) 18 g SiO2是 0.3 mol ,8.4 g C 是 0.7 mol ,充分反响后收集到 13.44 L(0.6 mol )气体,假定气体产物只有CO,固体产物只有Si 和 SiC,则

16、有SiO+ 2C2CO + Si20.3 mol0.6 mol 0.6 mol 0.3 molSi+CSiC1110.1 mol 0.1 mol 0.1 molSi 和 SiC 的物质的量之比为 0.2 mol0.1 mol =21。(6) 验证碳酸、硅酸的酸性强弱,将 CO2 气体通入硅酸钠溶液,发生反响CO2+H2O+ Na2SiO3Na2CO3+H2SiO3,溶液变浑浊,说明酸性H2CO3H2SiO3。答案:(1)将装置中的空气排尽,避开空气中的氧气等对试验产生干扰(2)作安全瓶,防止倒吸 (3)澄清石灰水 PdCl 溶液23SiO +4C2CO +2CO+3Si22(4)缺少尾气吸取装

17、置(5)21(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体,溶液变浑浊,证明碳酸酸性大于硅酸11.(18 分)(力量挑战题)硅是带来人类文明的重要元素之一,在传统材料进展到信息材料的过程中制造了一个又一个奇迹。(1) 型陶瓷Si N 的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以承受化学气相沉积法,在 H 的作用下,使 SiCl 与 N3 4242反响生成Si N 沉积在石墨外表,该反响的化学方程式为。3 4(2) 一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下:硅的熔点是 1 420 ,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。N 净化时,铜屑的作用是;2硅胶的作用是

18、。在氮化炉中反响为 3Si(s)+2N (g)Si N (s) H =-727.5 kJmol-1,开头时须严格把握氮气的流速以把握温度的23 4缘由是。X 可能是(选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。(3) 工业上可以通过如下图的流程制取纯硅:整个制备过程必需严格把握无水无氧。SiHCl 遇水猛烈反响,该反响的化学方程式为3 。假设每一轮次制备 1 mol 纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反响中 HCl 的利用率为 90%,反响中H 的利用率为293.75%。则在其次轮次的生产中,补充投入HCl 和H 的物质的量之比是。2【解析】(1)制备Si N的反响中,反响物是H 、SiCl

19、和 N ,依据质量守恒,除了Si N外,还有HCl 气体生成,从而写出该3 4反响的化学方程式。2423 4(2) 氮气中含有少量氧气及水蒸气,需将氮气净化,用 Cu 除去氧气,硅胶除去水蒸气。氮化炉温度为 1 2001 400 ,硅的熔点为 1 420 ,该反响是放热反响,严格把握氮气流速,以把握温度为 1 2001 400 ,防止硅熔化熔合成团,阻碍硅与氮气的充分接触。Si3N4 与氢氟酸反响,而与硝酸不反响,且硝酸可将硅块中的Fe、Cu 杂质溶解而除去。(3) SiHCl3 与 H2O 反响生成H2SiO3、HCl 和 H2。制取 1 mol 纯硅第一轮次:反响:Si + 3HClSiH

20、Cl + H ,321 mol 3 mol90% 1 mol 1 mol反响:SiHCl +HSi +3HCl,321 mol 1 mol 93.75%1 mol3 mol其次轮次生产中,需补充HCl 物质的量为 3 mol90%-3 mol,需补充H 物质的量为 1 mol93.75%-1 mol,则 n(HCl)2n(H )=(3 mol/90%-3 mol)(1 mol/93.75%2-1 mol)=51。答案:(1)3SiCl +2N +6HSi N +12HCl4223 4(2)除去原料气中的氧气 除去水蒸气这是放热反响,防止局部过热,导致硅熔化熔合成团,阻碍与N 的充分接触2硝酸(3)SiHCl +3H OH SiO +3HCl+H 3223251