高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 考點(diǎn)核心突破 4.1 無機(jī)非金屬材料的主角 硅

【導(dǎo)學(xué)教程】（教師用書）屆高考化學(xué)總復(fù)習(xí)考點(diǎn)核心突破4.1無機(jī)非金屬材料的主角硅[熱點(diǎn)集訓(xùn)]1．硅在無機(jī)非金屬材料中一直扮演著重要角色，被譽(yù)為無機(jī)非金屬材料的主角。下列物品的制造用到硅單質(zhì)的是A．玻璃制品 B．石英鐘表C．計(jì)算機(jī)芯片 D．光導(dǎo)纖維解析玻璃制品的制造用到硅酸鹽；石英鐘表、光導(dǎo)纖維的制造用到二氧化硅；計(jì)算機(jī)芯片的制造用到硅單質(zhì)。答案C2．下列關(guān)于碳和硅的敘述中，正確的是A．氧化物都能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)B．單質(zhì)都能導(dǎo)電C．氧化物都能溶于水生成相應(yīng)的酸D．碳和硅兩種元素都有同素異形體解析碳的氧化物有CO、CO2兩種，其中CO不能和NaOH溶液反應(yīng)，所以A錯(cuò)誤；硅是半導(dǎo)體材料，能導(dǎo)電，碳構(gòu)成石墨能導(dǎo)電，但是金剛石不導(dǎo)電，所以B錯(cuò)誤；CO和SiO2不能和水反應(yīng)，所以C錯(cuò)誤。金剛石和石墨是碳的同素異形體；硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體，所以D正確。答案D3．下列離子方程式書寫正確的是A．往澄清石灰水中通入過量的二氧化碳：Ca2＋＋2OH－＋CO2=CaCO3↓＋H2OB．往碳酸鈉溶液中加入二氧化硅：COeq\o\al(2－,3)＋SiO2=SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2↑C．二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)：SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2↑D．硅酸與燒堿溶液中和：H2SiO3＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2O解析A項(xiàng)生成Ca(HCO3)2，B項(xiàng)不反應(yīng)，C項(xiàng)生成H2O而不會(huì)生成H2。答案D4．大多數(shù)物質(zhì)的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)或用途得來的。下列物質(zhì)的俗名與化學(xué)式或用途不相符的一組是俗名主要成分(化學(xué)式)用途A石英SiO2集成電路板B純堿Na2CO3制備玻璃C水玻璃Na2SiO3制備硅膠D鐵紅Fe2O3用做油漆和涂料解析石英主要用于生產(chǎn)玻璃(光導(dǎo)纖維)，晶體硅才用于制作集成電路。答案A5．下列試劑中，能貯存在帶磨口塞的玻璃試劑瓶里的是A．KOH溶液 B．液溴C．Na2SiO3溶液 D．氫氟酸解析A項(xiàng)KOH與SiO2反應(yīng)生成礦物膠K2SiO3，C項(xiàng)Na2SiO3本身就屬于礦物膠，D項(xiàng)HF與SiO2反應(yīng)。答案B6．A、B、C、D、E五種物質(zhì)中均含有同一種非金屬元素，它們能發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系，該元素(用R表示)的單質(zhì)能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽(Na2RO3)和氫氣。請回答下列問題：(1)寫出各物質(zhì)的化學(xué)式：A__________；B___________；C__________；D__________；E__________。(2)寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式：____________________________________________，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________。(3)寫出反應(yīng)④的離子方程式：_____________________________________________。(4)寫出反應(yīng)⑤的離子方程式：_____________________________________________。(5)H2CO3的酸性強(qiáng)于E的，請用離子方程式予以證明：________________________________________________________________________。解析解答本題的“突破口(1)”是非金屬元素R的單質(zhì)能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽(Na2RO3)和氫氣，說明是硅及其化合物之間的轉(zhuǎn)化。“突破口(2)”是反應(yīng)條件“高溫”，A在高溫條件下，能與焦炭、CaCO3發(fā)生反應(yīng)，則A為SiO2。從而順藤摸瓜推知B為CaSiO3，D為Si，E為H2SiO3。答案(1)SiO2CaSiO3Na2SiO3SiH2SiO3(2)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑1∶2(3)Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑(4)SiOeq\o\al(2－,3)＋Ca2＋=CaSiO3↓(5)SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)[能力提升][限時(shí)45分鐘滿分100分]一、選擇題(每小題5分，共60分)1．下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是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)反應(yīng)D．加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)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)電性能介于金屬導(dǎo)體和非金屬絕緣體之間，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)生反應(yīng)，加熱至一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)。答案C2．下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是A．CO2、SiO2都能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子組成的解析SiO2、CO2都是酸性氧化物，都能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，A正確。CO2可溶于水生成H2CO3，SiO2卻不能溶于水生成H2SiO3，B錯(cuò)誤；SiO2與CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正確，C錯(cuò)誤；CO2是由CO2分子構(gòu)成的，而SiO2則是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，SiO2中不存在分子，D錯(cuò)誤。答案A3．某短周期非金屬元素的原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，該元素A．在自然界中只以化合態(tài)的形式存在B．單質(zhì)常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維C．最高價(jià)氧化物不與酸反應(yīng)D．氣態(tài)氫化物比甲烷穩(wěn)定解析通過信息可推知該元素為Si。B項(xiàng)，其單質(zhì)能用作半導(dǎo)體材料，用作光導(dǎo)纖維的是SiO2，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，它的最高價(jià)氧化物SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，由于元素的非金屬性C＞Si，故SiH4的穩(wěn)定性弱于甲烷，D錯(cuò)誤。答案A4．(·唐山一模)下列物質(zhì)：①氫氟酸；②濃H2SO4；③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反應(yīng)的有A．①②⑥ B．②③⑥C．①③④⑤ D．全部解析SiO2可與燒堿溶液、氧化鈣反應(yīng)，表現(xiàn)出酸性氧化物的性質(zhì)；SiO2可以與氫氟酸反應(yīng)；在制玻璃過程中SiO2與Na2CO3固體反應(yīng)；SiO2不能與濃硫酸和濃硝酸反應(yīng)。答案C5．向一定濃度的下列物質(zhì)澄清溶液中通入過量的CO2氣體，最后肯定沒有沉淀生成的是①Ca(OH)2②Na2CO3③CaCl2④Ca(ClO)2A．①③④ B．②③④C．①②③ D．①②③④解析向Ca(OH)2、Ca(ClO)2溶液分別通入過量CO2，最終生成Ca(HCO3)2，沒有沉淀生成；飽和Na2CO3溶液中通入CO2，會(huì)析出NaHCO3晶體；CO2與CaCl2不反應(yīng)。答案A6．金剛砂(SiC)可由SiO2和碳在一定條件下反應(yīng)制得，反應(yīng)方程式為SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑，下列有關(guān)制造金剛砂的說法中正確的是A．該反應(yīng)中的氧化劑是SiO2，還原劑為CB．該反應(yīng)中的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2C．該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為12e－D．該反應(yīng)中的還原產(chǎn)物是SiC、氧化產(chǎn)物是CO，其物質(zhì)的量之比為1∶2解析反應(yīng)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，又不是還原劑；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是還原產(chǎn)物，兩者的物質(zhì)的量之比為2∶1；根據(jù)化學(xué)方程式，電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為4e－。答案D7．下列說法正確的是A．水泥、玻璃、青花瓷、瑪瑙都屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品B．二氧化碳通入水玻璃可以得到硅酸C．因?yàn)楦邷貢r(shí)二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸比碳酸的酸性強(qiáng)D．2MgO·SiO2中的酸根陰離子為SiOeq\o\al(2－,4)解析瑪瑙的主要成分是SiO2，A不正確，高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，不能說明硅酸比碳酸的酸性強(qiáng)，C正確；2MgO·SiO2中的酸根陰離子為SiOeq\o\al(2－,3)，D不正確。答案B8．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了。”下列有關(guān)玻璃的說法不正確的是A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B．玻璃在加熱熔化時(shí)沒有固定的熔點(diǎn)C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起解析制普通玻璃的原料主要有石灰石、純堿和石英，A項(xiàng)不正確；普通玻璃是混合物，沒有固定的熔點(diǎn)，B正確。答案A9．漢代器物上的顏料“漢紫”至今尚沒有發(fā)現(xiàn)其自然存在的記載。20世紀(jì)80年代科學(xué)家進(jìn)行超導(dǎo)材料研究時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)其成分為紫色的硅酸銅鋇(化學(xué)式：BaCuSi2Ox，Cu為＋2價(jià))，下列有關(guān)“漢紫”的說法中不正確的是A．用鹽的形式表示：BaSiO3·CuSiO3B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2C．易溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿D．性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色解析根據(jù)化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和等于零可知，A、B正確。硅酸鹽只溶于強(qiáng)酸不溶于強(qiáng)堿，C錯(cuò)。從題給信息：“漢紫”是漢代器物上的顏料可知“漢紫”性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色，D正確。答案C10．(·大連模擬)證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正確方法是A．加入過量的鹽酸，觀察是否有氣泡冒出B．加入過量的燒堿溶液，觀察是否有固體溶解C．加熱至高溫，觀察是否有氣泡冒出，是否有硅酸鈣生成D．先加過量的鹽酸攪拌，觀察是否有不溶物剩余及氣泡出現(xiàn)；若有不溶物則濾出，投入到氫氧化鈉溶液中看其是否溶解解析SiO2不溶于除氫氟酸以外的酸，CaO、CaCO3均可溶于鹽酸且CaCO3溶于鹽酸有氣泡生成，SiO2可以溶于NaOH溶液。答案D11．如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是A．SiO2屬于兩性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞C．硅膠吸水后可重復(fù)再生D．圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應(yīng)解析SiO2是酸性氧化物；Na2CO3溶液呈堿性，試劑瓶不能用玻璃塞；題圖中有的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應(yīng)，例如SiO2與NaOH溶液的反應(yīng)。答案C12．向含有0.2molNaOH和0.1molBa(OH)2的溶液中持續(xù)穩(wěn)定地通入CO2氣體，當(dāng)通入氣體為8.96L(0℃，1.01×105Pa)時(shí)立即停止，則這一過程中，溶液中離子的物質(zhì)的量與通入CO2氣體的體積關(guān)系圖像正確的是(氣體的溶解和離子的水解忽略不計(jì))解析本題涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式：①Ba(OH)2＋CO2=BaCO3↓＋H2O②2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O③BaCO3＋CO2＋H2O=Ba(HCO3)2④Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3。當(dāng)未通入CO2氣體時(shí)，溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molOH－；當(dāng)通入2.24LCO2氣體時(shí)，發(fā)生反應(yīng)①，此時(shí)溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2molNa＋、0.2molOH－；當(dāng)通入4.48LCO2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)②，此時(shí)溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2molNa＋、0.1molCOeq\o\al(2－,3)；當(dāng)通入6.72LCO2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)④，此時(shí)溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2molNa＋、0.2molHCOeq\o\al(－,3)；當(dāng)通入8.96LCO2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)③，此時(shí)溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molHCOeq\o\al(－,3)。對比圖像可知選項(xiàng)C正確。答案C二、非選擇題(共40分)13．(12分)A元素的一種單質(zhì)是一種重要的半導(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與燒堿反應(yīng)生成含A元素的化合物D。(1)易與C發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是________(填名稱)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。(2)將C與純堿混合高溫熔融時(shí)也發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成D，同時(shí)還生成B的最高價(jià)氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成含A的化合物F。①寫出生成F的化學(xué)方程式：_________________________________________。②要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是_________________________。A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝(3)100gC與石灰石的混合物充分反應(yīng)后生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L，100g混合物中石灰石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________。解析(1)C為SiO2，能與SiO2反應(yīng)的酸只有氫氟酸。(2)SiO2與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3和H2O，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能與NaOH在高溫下反應(yīng)，故不能用以上材質(zhì)的坩堝熔化NaOH。(3)根據(jù)反應(yīng)SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑，CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋CO2↑可知，無論SiO2和CaCO3是否恰好完全反應(yīng)，均有關(guān)系式CaCO3～CO2，故n(CaCO3)＝n(CO2)＝0.5mol，m(CaCO3)＝50g。答案(1)氫氟酸SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(2)①Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓②D(3)50%14．(14分)晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：ⅰ.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅ⅱ.粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2ⅲ.SiHCl3與過量H2在1000～1100℃反應(yīng)制得純硅已知：SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答下列問題：(1)第ⅰ步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為____________________________________。(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7℃)，提純SiHCl3采用的方法為______________________________。(3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：①裝置B中的試劑是________。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_________________。②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是_____________________________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是_____________________________________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________。③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及________________________________________________________________________。解析(1)根據(jù)題給信息，粗硅可以用碳還原二氧化硅的辦法來制得，故反應(yīng)方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，故提純SiHCl3的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點(diǎn)不同，采用分餾的方法進(jìn)行。(3)①因SiHCl3與水強(qiáng)烈反應(yīng)，故A中產(chǎn)生的H2必須干燥，故B中的液體一定為濃H2SO4，且C中燒瓶需加熱，其目的是使SiHCl3氣化，加快與H2的反應(yīng)。②根據(jù)題給信息石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)為硅，故D中現(xiàn)象應(yīng)有固體產(chǎn)生，由題給信息，制純硅的反應(yīng)條件為1000～1100℃，此溫度下普通玻璃容易軟化。③因高溫下H2與O2容易反應(yīng)而爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣。答案(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(2)分餾(或蒸餾)(3)①濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化②有固體物質(zhì)生成在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會(huì)軟化SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1000～1100℃))Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣15．(14分)(·銀川模擬)近年來，我國的材料研究迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了許多具有特殊功能的新型材料。(1)硅是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料，從硅的氧化物制取粗硅的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(2)化合物G是開發(fā)新一代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的新材料。G的相對分子質(zhì)量為140，含有硅元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，另含有元素Y。E(含兩種元素)與NH3反應(yīng)制得G和HCl。G和E化學(xué)式分別為________________________________________________________________________。常壓條件下向G中添加氧化鋁，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成一種高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕的陶瓷材料，化學(xué)通式可表示為Si6－xOxY8－x。在接近1700℃時(shí)x的極限值約為4.0，則化合物中Y元素的化合價(jià)為________。(3)新型納米材料氧缺位鐵酸鹽(MFe2O