2011版高考总复习系列 → 化学 (创新设计)4-1

第四章 非金属及其化合物 第一节 无机非金属材料的主角----硅 1. (2010·试 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 调研，浙江杭州质检)据《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开 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．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料 B．自然界中存在大量单质硅 C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制 D．自然界中硅的贮量丰富 解析：由于硅的亲氧性，自然界的硅都以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，无单质 硅。 答案：B 2．下列说法正确的是(　　) A．硅材料广泛应用于光纤通讯 B． 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 解析：B项，工艺师利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品；C项，水晶项链的成分是 SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；D项，粗硅制备单晶硅先用Cl2氧化粗硅， 再用H2还原SiCl4，这两个反应都是氧化还原反应。 答案：A 3． (2010·模拟精选，湖北荆州模拟)酸根RO所含电子数比硝酸根NO的电子数 多8，则下列说法正确的是(　　) A．R和N为同族元素 B．RO中R的化合价与NO中的N的化合价相等 C．RO既能被氧化又能被还原 D．R原子的电子层数比N的电子层数多1 解析：R的电子数比N多7，则R为Si元素，位于第三周期，ⅣA族。 答案：D 4．(2009·四川理综，6)开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说 法正确的是(　　) A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料 C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料 D．单晶硅常用于制造光导纤维 解析：B项，C60属于分子晶体；C项，纤维素乙酸酯是人工合成的高分子材料； D项，二氧化硅常用于制造光导纤维。 答案：A 5． 硅单质和碳单质及相应氧化物、氢化物、盐在性质上有很多相似的地方。如 它们的最高价氧化物都是酸性氧化物，都能与碱反应生成盐和水，都能和碱性氧 化物(如CaO)反应生成盐等；它们的氢化物都能燃烧生成对应的氧化物和水。把 河沙(主要成分是SiO2)跟镁粉按一定质量比(稍大于15∶24)混合均匀，装入试管 中加热大约1分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物。待 生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产 生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物。 (1)写出河沙与镁粉在加热条件下反应的化学方程式：____________________，该 反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。 (2)生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是(填化学式)________。 (3)写出产生“爆炸声”的化学方程式： __________________________________________________________________。 解析：m(SiO2)∶m(Mg)>15∶24，则n(SiO2)∶n(Mg)>1∶4。SiO2与Mg反应生 成的硅化物必定是Mg2Si，则还要生成MgO。SiO2与Mg的混合物仅被加热1 分钟后就剧烈反应，这说明反应放热。MgO与Mg2Si的混合物中加入稀硫酸后 生成的气态氢化物应是SiH4，SiH4在空气中自燃的产物是SiO2和H2O。 答案：(1)SiO2＋4MgMg2Si＋2MgO　放热　(2)SiH4　(3)SiH4＋2O2===SiO2 ＋2H2O 6．(2010·模拟精选，山东东营模拟)硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问 题： (1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备 高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下： ①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式 ________________________________________________________________。 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl 和另一种物质，写出配平的化学方程式________________；H2还原SiHCl3过程 中若混入O2，可能引起的后果是 ___________________________________________________________________。 (2)下列有关硅材料的说法正确的是(　　) A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥 B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承 C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维 D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高 E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅 (3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵 溶液，振荡。写出实验现象并给予解释___________________________。 解析：(1)①根据给定的反应物和生成物写出化学方程式，注意反应条件和配平。 ②写出反应物和给出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物 为H2，并配平。 (2)A项水泥是硅酸盐；B、C选项回忆课本硅的化合物的用途可知，两项说法都 正确。D项玻璃是混合物没有固定熔点；E项盐酸和硅不反应。 答案：(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl　 ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑ ＋H2↑ 氧气与氢气混合，在高温下可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3 (2)BC　(3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气味的气体生成。 解释：Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，二者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3， NH4Cl水解产生NH3 一、选择题 1． (2009·安徽理综，7)石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意 图如图所示)，可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是 (　　) A．石墨烯与石墨互为同位素 B．0.12 g石墨烯中含6.02×1022个碳原子 C．石墨烯是一种有机物 D．石墨烯中碳原子间以共价键结合 解析：A项，石墨烯和石墨是同素异形体；B项，0.12 g石墨烯物质的量为0.01 mol， 含6.02×1021个原子；C项石墨烯为碳单质而非化合物，故C错。 答案：D 2．①水泥路　②门窗玻璃　③水晶镜片　④石英钟表　⑤玛瑙手镯　⑥硅太阳能电 池　⑦光导纤维　⑧计算机芯片 所用材料为SiO2或要用到SiO2的是(　　) A．⑥⑧ B．①②⑦⑧ C．①②③④⑤⑦ D．全部 解析：①②③④⑤⑦中直接用到SiO2，而⑥⑧中Si来自于SiO2制备，是用SiO2 作原料，而不是材料。 答案：C 3．对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是(　　) A．SiO2和CO2中，Si和O，C和O之间都是共价键 B．C、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8 C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应 D．该族元素的主要化合价是＋4和＋2 解析：一般非金属与非金属原子之间以共价键结合，A正确。C、Si、Ge为同主 族元素，最外层电子数相等均为4，但核电荷数依次增多，次外层电子数依次为2、 8、18，B错误。大多数非金属氧化物是酸性氧化物，如 CO2、SiO2，酸性氧化物 在一定条件下能够与碱性氧化物(如CaO)反应，C正确。最高正化合价数等于最外 层电子数，ⅣA族元素的主要化合价是＋4和＋2，D正确。 答案：B 4．(2010·模拟精选，山东东营模拟)汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自 然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫 色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为＋2价)，下列有关“汉紫”的说法中不 正确是(　　) A．用盐的形式表示：BaSiO3·CuSiO3 B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2 C．易溶于强酸、强碱 D．性质稳定，不易褪色 解析：“汉紫”能稳定存在至今，说明其性质稳定，不易褪色，不易与酸、碱反 应。“汉紫”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6。 答案：C 5. (2009·重庆理综，6)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是(　　) 选项 材　料 主要化学成分 A 刚玉、金刚石 三氧化二铝 B 大理石、石灰石 碳酸钙 C 普通水泥、普通玻璃 硅酸盐 D 沙子、石英 二氧化硅 解析：A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳。 答案：A 6．(2010·模拟精选，江苏南通模拟)不能说明碳元素的非金属性比硅元素强的是(　　) A．甲烷比硅化氢稳定 B．硅酸钠溶液的碱性比碳酸钠溶液的碱性强 C．碳酸与硅酸钠溶液反应生成原硅酸 D．高温下SiO2和Na2CO3反应 解析：非金属性越强，气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应水化物的酸性越强， 酸根的水解能力越弱碱性越弱。 答案：D 7．硅酸铜钡是当今最新科学技术才合成的一种物质，然而科学家惊奇的发现，我国 秦朝兵马俑用的一种颜料竟是硅酸铜钡。以上事实推测关于硅酸铜钡的下列说法 中错误的是(　　) A．易溶于水 B．难溶于水 C．属于硅酸盐 D．属于混合物 解析：秦朝兵马俑距今已两千多年，硅酸铜钡作为兵马俑的一种颜料保存至今， 很显然这种颜料是难溶于水的。硅酸铜钡肯定是硅酸盐且属混合物。故硅酸铜钡 易溶于水的说法是错误的。 答案：A 8．下列离子方程式不正确的是(　　) A．石英与烧碱溶液反应：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O B．硅与烧碱溶液反应：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ C．向小苏打溶液中加入过量的石灰水： 2HCO＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋2H2O＋CO D．往水玻璃中加入盐酸：2H＋＋SiO===H2SiO3↓ 解析：选项C中，当石灰水过量时，NaHCO3中的HCO一定要完全反应转化为 CO，CO再结合Ca2＋生成CaCO3沉淀，正确的离子方程式应为HCO＋OH－ ＋Ca2＋===H2O＋CaCO3↓。 答案：C 9．用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　) 选项 操作及现象 溶　液 A 通入CO2，溶液变浑浊。再升温至65℃以上， 溶液变澄清 C6H5ONa溶液 B 通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量， 浑浊消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液变浑浊。再加入品红溶液， 红色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量， 浑浊消失。再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液 解析：A项，CO2＋C6H5ONa＋H2O―→C6H5OH＋NaHCO3，升温至65℃以上， C6H5OH完全溶解，溶液变澄清；B项，CO2＋Na2SiO3＋2H2O===Na2CO3＋ H4SiO4↓，H4SiO4与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋ H2O===CaCO3↓＋2HClO，所以溶液变浑浊。加入品红，被HClO氧化褪色；D 项，首先，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，产生可溶于水的 Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则发生2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋ Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。 答案：B 10．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填 入括号内。 ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(　　) ②SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑(　　) ③SiO2＋2CSi＋2CO↑(　　)+ ④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(　　) A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B．弱氧化性 C．酸性氧化物的通性 D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来 解析：本题全面考查SiO2的性质，将所给选项结合实际一一对应查找。A用来雕 刻玻璃，应有氢氟酸(HF)参与反应；B中弱氧化性是指反应物SiO2中Si得电子， 化合价降低；D是挥发性酸酐，应为CO2而不是CO；表现酸性氧化物的通性是 指SiO2与碱的反应。 答案：①C　②D　③B　④A 二、非选择题 11．(2009·北京东城模拟)已知A、B、C三种元素均为短周期元素，它们的原子序数 关系为C>B>A。A元素原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，B和C可 形成BC4型化合物。用化学符号填空： (1)三种元素中A是_____________，B是____________，C是____________。 (2)A、B、C的最高价氧化物对应的水化物分别是________、________、________， 在这些水化物中，酸性最弱的是________。 (3)BC4的电子式是________。 (4)已知BC4不能在空气中燃烧，理由是 ___________________________________________________________。 (5)用离子方程式表示出用B的氧化物制得B的氧化物对应水化物的原理 _____________________________________________________________________。 解析：依据A的电子层结构特点，可知A为碳；B和C可形成BC4型化合物，可 推知B为ⅣA族元素，C为ⅦA族元素，又因为原子序数的关系C>B>A，可知B 为Si，C为氯，结合其他化合物的性质，可推知其他问题的答案。 答案：(1)C　Si　Cl　(2)H2CO3　H2SiO3　HClO4　H2SiO3 (3) (4)SiCl4在点燃的条件下不能被O2氧化 (5)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O，SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO 12．下列各单质和化合物之间有以下转化关系，而且各单质和化合物组成的元素皆为 短周期元素。 根据上述关系判断： (1)单质A只可能是________。 (2)单质B是金属还是非金属？________。 (3)写出各化合物的化学式：甲________、乙________、丙________、丁________。 解析：本题是元素及其化合物的推断题，解题的突破口是短周期元素的单质A与 NaOH溶液反应生成氢气，此元素可能是Al或Si，而产生的化合物乙与过量盐 酸溶液反应，生成的化合物丁能两次失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断 出A单质不是金属Al，而只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶 液反应，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不过A的另一种产物是氢气，而化合物甲 的另一种产物为化合物丙，丙又可通过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2， 其他的各种化合物也就能推出来了。 答案：(1)硅　(2)非金属　(3)SiO2　Na2SiO3　H2O　H4SiO4 13．在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水 的物质。据此填空。 (1)写出各物质的化学式： A__________、B__________、C____________、D____________、 E_________F_____________________________________________________。 (2)B与a溶液反应的离子方程式是_____________________________________。 (3)A与a溶液反应的离子方程式是_____________________________________。 解析：本题“突破口”是C中加入过量HCl产生不溶于盐酸的白色沉淀，推知E 可能是硅酸。A可能是Si，代入题目验证，B为SiO2，能与Si和SiO2反应的溶液 可能为HF溶液或NaOH溶液，结合题目知a溶液为NaOH溶液，C为Na2SiO3， D为H2O，F为H2。 答案：(1)Si　SiO2　Na2SiO3　H2O　H2SiO3　H2 (2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ 14. (2010·试题调研，浙江杭州质检)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： ①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅； ②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3与过量的H2在1 000℃～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①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)： ①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 ______________________________________________________。 ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是________________________________，装置D中发生反应的化学方程式为___________________________________。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检验实验装置的气密性，控制好反应温度以及________________________________________________________________________。 ④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(填写字母代号)是(　　) a．碘水 b．氯水 c．NaOH溶液 d．KSCN溶液 e．Na2SO3溶液 解析：(1)高温用C还原SiO2生成CO而不是CO2。 (2)分离、提纯不同沸点的液体可以采用分馏或蒸馏的方法。 (3)用Zn、稀H2SO4制得的H2会混有少量H2O，而SiHCl3能与H2O剧烈反应，所以要进行干燥，根据装置选择液态干燥剂浓硫酸。C装置用水浴加热SiHCl3使其挥发成气体，和H2进入D装置反应。因为反应SiHCl3＋H2Si＋3HCl的温度很高，不能使用普通玻璃管。因为SiHCl3容易在空气中自燃，实验中还要注意先通一段时间H2排尽装置中的空气。 答案：(1)2C＋SiO2Si＋2CO↑ (2)分馏(或蒸馏) (3)①浓硫酸　使滴入烧瓶的SiHCl3汽化 ②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3＋H2Si＋3HCl ③排尽装置中的空气　④bd