第四章非金屬及其化合物第一講無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅(計(jì)時(shí)：45分鐘總分值：100分)一、選擇題(本大題共10小題，每題5分，共50分)1．以下說(shuō)法中，不正確的選項(xiàng)是()A．SiO2是酸性氧化物，但不與水反響B(tài)．泡花堿屬于鹽類(lèi)C．明礬和漂白粉均可用于自來(lái)水的殺菌、消毒D．玻璃和陶瓷都屬于傳統(tǒng)硅酸鹽材料解析明礬中的鋁離子水解得到氫氧化鋁膠體，其具有吸附作用，可以凈水但不能殺菌、消毒；漂白粉具有強(qiáng)氧化性，具有殺菌、消毒作用。答案C2．以下關(guān)于硅的說(shuō)法中，不正確的選項(xiàng)是()A．硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體B．硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反響D．加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反響解析晶體硅雖然外形像金屬(有金屬光澤)，但實(shí)際上屬于非金屬；硅既有金屬性，又有非金屬性，其導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑(尤其是在常溫下)，但常溫下仍能與氟氣、氟化氫和NaOH溶液等發(fā)生反響，加熱至一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬發(fā)生反響。答案C3．以下離子方程式不正確的選項(xiàng)是()A．向燒堿溶液中通入過(guò)量的二氧化碳：2OH－＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2OB．向純堿溶液中通入足量的二氧化碳：COeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=2HCOeq\o\al(－,3)C．向水玻璃中通入少量二氧化碳：SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋2H2O=H4SiO4↓＋COeq\o\al(2－,3)D．向氫氧化鈉溶液中參加硅：Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑解析向燒堿溶液中通入過(guò)量的CO2的離子方程式為OH－＋CO2=HCOeq\o\al(－,3)，A項(xiàng)錯(cuò)誤。答案A4．有些科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中具有重要的作用。以下關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是()A．高純度的單質(zhì)硅被廣泛用于制作計(jì)算機(jī)芯片B．硅可由二氧化硅復(fù)原制得C．低溫時(shí)硅與水、空氣、鹽酸、硝酸、硫酸不反響，但能與氫氟酸反響D．自然界硅元素的貯量豐富，并存在大量的單質(zhì)硅解析自然界中無(wú)單質(zhì)硅存在。答案D5．將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質(zhì)是()A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2解析沒(méi)有意識(shí)到高溫下充分灼燒時(shí)，Na2CO3和SiO2還能夠繼續(xù)反響生成Na2SiO3，從而造成錯(cuò)選C。將足量CO2氣體通入水玻璃中，發(fā)生反響：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3；加熱蒸干高溫灼燒時(shí)發(fā)生反響：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SiO2,2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，各反響物存在如下關(guān)系，H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述關(guān)系可知，最后所得固體物質(zhì)是Na2SiO3，應(yīng)選A項(xiàng)。答案A6．金剛砂(SiC)可由SiO2和碳在一定條件下反響制得，反響方程式為SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑，以下有關(guān)制造金剛砂的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．該反響中的氧化劑是SiO2，復(fù)原劑為CB．該反響中的氧化產(chǎn)物和復(fù)原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為12C．該反響中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為12e－D．該反響中的復(fù)原產(chǎn)物是SiC、氧化產(chǎn)物是CO，其物質(zhì)的量之比為12解析反響產(chǎn)物SiC中Si、C的化合價(jià)分別為＋4、－4價(jià)，所以SiO2既不是氧化劑，又不是復(fù)原劑；碳元素從0價(jià)轉(zhuǎn)變成－4價(jià)(SiC)和＋2價(jià)(CO)，CO是氧化產(chǎn)物，SiC是復(fù)原產(chǎn)物，兩者的物質(zhì)的量之比為21；根據(jù)化學(xué)方程式，電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為4e－。答案D7．二氧化硅廣泛存在于自然界中，在日常生活、生產(chǎn)、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a～e是對(duì)①～⑤反響中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用進(jìn)行的判斷，其中正確的選項(xiàng)是()①SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑③SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑⑤SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑a．反響①中SiO2作為玻璃的成分被消耗，用于刻蝕玻璃b．反響②中SiO2表現(xiàn)出氧化性c．反響③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性d．反響④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易揮發(fā)性酸酐的道理e．反響⑤中SiO2未參加氧化復(fù)原反響A．a(chǎn)ce B．bdeC．cde D．a(chǎn)b解析通常用氫氟酸來(lái)刻蝕玻璃，與之對(duì)應(yīng)的反響是③，因此a判斷錯(cuò)誤，c判斷也錯(cuò)；反響②是一個(gè)置換反響，其中二氧化硅被復(fù)原，表現(xiàn)出氧化性，b判斷正確；反響④是一個(gè)復(fù)分解反響，用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳，d判斷正確；反響⑤中硅的化合價(jià)和氧的化合價(jià)都沒(méi)有改變，因此二氧化硅沒(méi)有參加氧化復(fù)原反響，e判斷也正確；所以選項(xiàng)B正確。答案B8．現(xiàn)有物質(zhì)：①氫氟酸②濃H2SO4③燒堿溶液④Na2CO3固體⑤氧化鈣⑥濃HNO3其中在一定條件下能與SiO2反響的有()A．①②⑥ B．全部C．①③④⑤ D．②③⑥解析SiO2與除氫氟酸以外的酸都不反響，SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，那么①可以，②和⑥不可以；SiO2是酸性氧化物，能夠與堿和堿性氧化物反響，③和⑤可以；高溫下SiO2和Na2CO3能夠反響，④可以。答案C9．A是一種單質(zhì)，在一定條件下可發(fā)生如下圖的轉(zhuǎn)化關(guān)系，那么以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是()①A可能是鋁或硅②A只可能是金屬單質(zhì)③D是一種兩性物質(zhì)④D晶體熔點(diǎn)極高A．①②③ B．①②④C．②③ D．①④解析在中學(xué)階段，與強(qiáng)堿溶液反響有H2產(chǎn)生的常見(jiàn)單質(zhì)只有Si與Al，對(duì)應(yīng)Na2SiO3和NaAlO2轉(zhuǎn)化成的H4SiO4(或H2SiO3)和Al(OH)3均為白色膠狀沉淀，它們煅燒后生成的SiO2和Al2O3也均為白色固體，故D項(xiàng)正確。答案D10．化學(xué)家Seidel指出Si與NaOH溶液的反響，首先是Si與OH－反響，生成SiOeq\o\al(4－,4)，然后SiOeq\o\al(4－,4)迅速水解生成H4SiO4，以下有關(guān)說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．原硅酸鈉(Na4SiO4)能迅速水解，溶液呈堿性，故Na4SiO4為弱電解質(zhì)B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均屬于硅酸鹽產(chǎn)品C．2HCl＋Na2SiO3=H2SiO3↓＋2NaCl，說(shuō)明Cl的非金屬性大于SiD．半導(dǎo)體工業(yè)所說(shuō)的“從沙灘到用戶”是指：將二氧化硅制成晶體硅解析原硅酸鈉是強(qiáng)電解質(zhì)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；石英玻璃的主要成分是SiO2，不屬于硅酸鹽產(chǎn)品，B項(xiàng)錯(cuò)誤；鹽酸不是Cl的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物，無(wú)法通過(guò)鹽酸與硅酸鈉的反響說(shuō)明Cl的非金屬性較強(qiáng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。答案D二、非選擇題(本大題共4小題，共50分)11．(12分)A元素的一種單質(zhì)是重要的半導(dǎo)體材料，含A元素的一種化合物C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料—光導(dǎo)纖維，C與燒堿反響生成含A元素的化合物D。(1)在元素周期表中，A位于________族，與A同主族但相對(duì)原子質(zhì)量比A小的元素B的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_(kāi)_____，A與B的原子在電子層結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)是________________________________。(2)易與C發(fā)生化學(xué)反響的酸是________，反響的化學(xué)方程式是________________________________。(3)將C與純堿混合，在高溫熔融時(shí)發(fā)生化學(xué)反響也可生成D，同時(shí)還生成B的最高價(jià)氧化物E；將E與D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學(xué)反響生成含A的化合物F。①寫(xiě)出生成D和F的化學(xué)反響方程式：____________________、____________________________________。②要將純堿在高溫下熔化，以下坩堝中不可選用的是________。A．普通玻璃坩堝B．石英玻璃坩堝C．瓷坩堝D．鐵坩堝解析(1)A元素的單質(zhì)可作半導(dǎo)體材料，含A元素的某化合物是制造光導(dǎo)纖維的原料，可知A為硅元素，比硅相對(duì)原子質(zhì)量小的同主族元素為碳。(2)C為SiO2，能與SiO2反響的酸只有氫氟酸。(3)SiO2與Na2CO3高溫下反響生成Na2SiO3和CO2，含SiO2的材料如普通玻璃、石英玻璃、陶瓷等都能與Na2CO3在高溫下反響，故不能用以上材質(zhì)的坩堝熔融Na2CO3。答案(1)ⅣA最外層均有4個(gè)電子，最內(nèi)層均有2個(gè)電子(2)氫氟酸SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(3)①SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓②ABC12．(12分)X是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關(guān)生產(chǎn)過(guò)程如下：為了確定C的組成，某同學(xué)進(jìn)行了以下的探究過(guò)程。F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可做光導(dǎo)纖維。s按要求答復(fù)以下問(wèn)題：(1)C的化學(xué)式為_(kāi)_______；X的化學(xué)式為_(kāi)_______。(2)寫(xiě)出以下方程式：反響①的化學(xué)方程式__________________________________；反響⑦的離子方程式__________________________________。解析此題可從I入手推斷，I可用于制造光導(dǎo)纖維，故其為二氧化硅，F(xiàn)為硅酸，H為硅酸鈉。E為HCl，C為四氯化硅，X為Si3N4。反響①為Si與Cl2反響生成SiCl4、反響⑦為硅酸鈉與過(guò)量的二氧化碳反響生成硅酸和碳酸氫鈉。答案(1)SiCl4Si3N4(2)Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2HCOeq\o\al(－,3)13．(13分)硅基太陽(yáng)電池需用化合物甲作鈍化材料，甲的摩爾質(zhì)量為140g·mol－1，其中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%。1molNH3與足量的化合物乙充分反響后可得到35g甲與6gH2。工業(yè)上制乙的流程如下：請(qǐng)答復(fù)以下問(wèn)題：(1)乙的電子式是________；比擬熱穩(wěn)定性：乙________NH3(填“>”、“<”或“＝”)。(2)NH3與足量的化合物乙反響制甲的化學(xué)方程式是___________________________________________________________________。(3)合成爐內(nèi)物質(zhì)需在保護(hù)氣氛下高溫合成，以下氣體可作保護(hù)氣的有________(填選項(xiàng)字母)。A．O2B．H2C．N2D．CO2E．Ar(4)上述生產(chǎn)乙的過(guò)程中液氨的作用是____________________。(5)甲與少量H2SO4溶液反響只得到H2SiO3和鹽M兩種產(chǎn)物，寫(xiě)出該反響的離子方程式______________________________________________。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)驗(yàn)證產(chǎn)物鹽M的實(shí)驗(yàn)方案_____________________________________________________________________________________________________________________。解析(1)由流程圖中乙的獲得需要在液氨冷卻下得到，再結(jié)合元素守恒，可知乙為沸點(diǎn)較低的SiH4。硅的非金屬性比氮弱，故SiH4的熱穩(wěn)定性弱于NH3。(2)由甲的摩爾質(zhì)量為140g·mol－1，其中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，可知每摩爾甲中含有3molSi；由1molNH3與足量的化合物乙充分反響后可得到35g(0.25mol)甲與6g(3mol)H2，再結(jié)合元素守恒可知每摩爾甲中含有4molN，那么甲的化學(xué)式為Si3N4。(3)在高溫下金屬鎂能與O2、N2、CO2反響，故可用H2或Ar作保護(hù)氣。(5)由元素守恒可知M為(NH4)2SO4。驗(yàn)證M既需要驗(yàn)證NHeq\o\al(＋,4)的存在，也需要驗(yàn)證SOeq\o\al(2－,4)的存在。答案(1)<(2)3SiH4＋4NH3=Si3N4＋12H2(3)BE(4)制冷或降溫(5)Si3N4＋4H＋＋9H2O=3H2SiO3↓＋4NHeq\o\al(＋,4)取少量濾液于試管中，先加稀鹽酸無(wú)現(xiàn)象，再加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成；另取少量濾液于試管中，參加氫氧化鈉固體(或濃溶液)并加熱，產(chǎn)生的氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙(或pH試紙)變藍(lán)色，那么說(shuō)明鹽M是(NH4)2SO414．(13分)硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開(kāi)發(fā)由來(lái)已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。答復(fù)以下問(wèn)題：(1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時(shí)，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是________________。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有____________________。(3)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的根本材料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反響如下：發(fā)生的主要反響電弧爐SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1600～1800℃))Si＋2CO↑流化床反響器Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(250～300℃))SiHCl3＋H2復(fù)原爐SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100～1200℃))Si＋3HCl①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反響的化學(xué)方程式為_(kāi)________________