2022届高考化学一轮复习规范练10无机非金属材料的主角__硅含解析新人教版202104211177

无机非金属材料的主角——硅

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)

1.(2018广东佛山教学质量检测一)2017年国产大飞机C919试飞成功,化学工作者研发的新材料发挥了重要作用。下列关于C919的说法中错误的是(　　)。

A.机身涂料中的氢氧化铝有阻燃作用

B.发动机使用的高温陶瓷材料氮化硅属于硅酸盐产品

C.使用的碳纤维复合材料能经受许多由温差带来的“冷冻热蒸”的考验

D.使用的第三代铝锂合金具有低密度、高比强度、优良的耐低温等性能

答案:B

解析:氮化硅(Si3N4)不是硅酸盐产品,B项错误。

2.下列叙述不正确的是(　　)。

A.粗硅SiCl4Si的转化均能一步实现

B.甲乙丙的转化中,若甲为焦炭,则丁可能是O2

C.单质硅常用作半导体材料和制作光导纤维

D.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅

答案:C

解析:粗硅与氯气在高温下化合生成四氯化硅:Si+2Cl2SiCl4,再在高温条件下用氢气还原SiCl4得到纯硅:2H2+SiCl4Si+4HCl,A正确;甲为焦炭,丁为氧气,焦炭不充分燃烧生成CO(乙),CO继续被氧气氧化生成CO2(丙),CO2(丙)在高温时被焦炭(甲)还原为CO(乙),B正确;单质硅常用作半导体材料,但不能制作光导纤维,SiO2可用来制作光导纤维,C错误;2C+SiO2Si+2CO↑,是工业上制取粗硅的主要反应,D正确。

3.(2018太原模拟)下列叙述正确的是(　　)。

①氧化铝是一种比较好的耐火材料,可用来制造耐火坩埚

②氧化铁常用于制作红色油漆和涂料　③硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料　④用纯碱、石灰石、石英为原料可制普通玻璃　⑤石灰石、石英和水晶的主要成分都是SiO2

A.①③④⑤ B.②③④⑤ C.①②④⑤ D.①②③④

答案:D

解析:①氧化铝具有很高的熔点,是一种比较好的耐火材料,可用来制造耐火坩埚,故①正确;②氧化铁俗称铁红,常用于制作红色油漆和涂料,故②正确;③硅酸钠具有黏性,是用来制备硅胶和木材防火剂的原料,故③正确;④工业上以纯碱、石灰石、石英为原料制普通玻璃,故④正确;⑤石灰石的主要成分是碳酸钙,石英和水晶的主要成分都是SiO2,故⑤错误。

4.近年来科学家制造出大量的新物质,对下列三种物质的相关说法错误的是(　　)。

A.石墨烯具有良好的导电性

B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体

C.石墨炔孔径略大于H2分子的直径,可作H2的提纯薄膜

D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应,但反应产物不同

答案:D

解析:石墨烯作为电导体,它和铜有着一样出色的导电性,A项正确;题给三种物质均为碳的单质,与金刚石互为同素异形体,B项正确;碳原子半径大于氢原子,则石墨炔孔径大于H2分子的直径,可以容纳H2分子,则石墨炔是理想的H2提纯薄膜,C项正确;题述三种物质都是碳的单质,在加热条件下与浓硫酸都能发生反应,且反应产物相同,D项错误。

5.下列说法正确的是(　　)。

A.高温下,可在试管内完成焦炭和石英砂制硅的反应

B.自然界中硅的储量丰富,自然界中存在大量的单质硅

C.现代海战通过喷放液体SiCl4(极易水解)和液氨可产生烟幕,其主要成分是NH4Cl

D.从燃煤烟道灰中(含GeO2)提取半导体材料单质锗(Ge),不涉及氧化还原反应

答案:C

解析:试管的成分中含有二氧化硅,高温条件下可以和焦炭反应,A项错误;硅属于亲氧元素,在自然界中硅以化合态形式存在,B项错误;SiCl4(极易水解)水解后生成硅酸和氯化氢,氯化氢易与氨气反应生成氯化铵固体,C项正确;由GeO2提取半导体材料单质锗(Ge),有元素化合价的升降,是氧化还原反应,D项错误。

6.(2018银川模拟)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示:

容器①中进行的反应①为Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g);容器②中进行的反应②为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。下列说法中正确的是(　　)。

A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用

B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3

C.反应①和②中HCl均作氧化剂

D.反应①和②均属于可逆反应

答案:A

解析:从反应流程容易看出,HCl可循环使用,A项正确;Si为固体,SiHCl3为液体,应该用过滤法分离两者,B项错误;反应①中HCl作氧化剂,反应②中HCl为氧化产物,C项错误;反应①和②都不是可逆反应,D项错误。

7.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是(　　)。

A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体

B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:r(Mg2+)>r(Mg)

C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性

D.该反应中化学能全部转化为热能

答案:C

解析:元素C的单质还存在C60等同素异形体,A项错误;Mg的电子层数比Mg2+多,所以半径r(Mg)>r(Mg2+),B项错误;化学方程式为2Mg+CO22MgO+C,还原剂为Mg,还原产物为C,根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性知,Mg的还原性强于C的,C项正确;燃烧过程中除了热能还有光能等其他形式的能量放出,D项错误。

8.下列离子方程式的书写正确的是(　　)。

A.水玻璃中通入过量二氧化碳:Na2SiO3+CO2+H2O2Na++C+H2SiO3

B.澄清石灰水中通入过量二氧化碳:Ca(OH)2+2CO2Ca2++2HC

C.硅与氢氟酸的反应:Si+4H++4F-SiF4↑+2H2↑

D.二氧化硅溶于烧碱溶液中:SiO2+2OH-Si+H2O

答案:D

解析:Na2SiO3是强电解质,应拆成Na+、Si,通入过量CO2应生成HC,A项错误;澄清石灰水中通入过量二氧化碳的离子方程式为CO2+OH-HC,B项错误;氢氟酸是弱酸,不能拆分成H+和F-,C项错误。

9.(2020山东卷改编)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是(　　)。

A.键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6

B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体,因此具有很高的硬度

C.SiH4中Si的化合价为+4价,CH4中C的化合价为-4价,因此SiH4还原性小于CH4

D.Si原子间难形成双键而C原子间可以,是因为Si的原子半径大于C,难形成p-p π键

答案:C

解析:本题立足于核心素养中的“宏观辨识和微观探析”。A项,键长C—C<Si—Si、C—H<Si—H,所以键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,则C2H6的稳定性>Si2H6;B项,金刚石与SiC均属于共价(原子)晶体,具有很高的硬度;C项,C与Si在同一主族,非金属性C>Si,故CH4的还原性弱于SiH4,C项错误;D项,π键是p轨道肩并肩重叠形成的,由于Si的原子半径较大,p轨道重叠程度小,所以Si原子间难以形成双键。

10.某溶液中含有Si、Br-、C、Na+,向该溶液中通入过量的Cl2,下列判断不正确的是(　　)。

A.Si和Br-浓度都会减小

B.溶液颜色会发生变化

C.该过程中不会有沉淀生成

D.离子浓度基本保持不变的只有Na+

答案:C

解析:溶液中含有Si、Br-、C、Na+,向该溶液中通入过量的Cl2,溶液呈酸性,Si、C均与H+反应,前者生成H2SiO3沉淀,后者生成CO2气体,溶液中Br-与Cl2发生氧化还原反应生成Br2,故溶液中Si和Br-浓度都会减小,A项正确,C项错误;原溶液为无色溶液,通入过量的Cl2后会有Br2生成,溶液呈橙色,B项正确;Na+不与Cl2反应,故其浓度基本保持不变,D项正确。

二、非选择题(本题共5小题,共50分)

11.(8分)X是一种新型无机非金属材料,具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下:

为了确定C的组成,某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀,I可用于制造光导纤维。

按要求回答下列问题:

(1)C的化学式为　　　　;X的化学式为　　　　。 

(2)写出下列方程式:

反应①的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　; 

反应⑦的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)SiCl4　Si3N4

(2)Si+2Cl2SiCl4　Si+2H2O+2CO2H2SiO3↓+2HC

解析:本题可从I入手推断,I可用于制造光导纤维,故其为二氧化硅,F为硅酸,H为硅酸钠,E为HCl,C为四氯化硅,X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4,反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。

12.(10分)金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性,应用广泛。

(1)碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物,其中一种化合物R为非极性分子。碳元素在周期表中的位置是　　　　　　　　　　　,Q是　　　　(填名称),R的电子式为　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)一定条件下,Na还原CCl4可制备金刚石。反应结束冷却至室温后,回收其中的CCl4的实验操作名称为　　　　,除去粗产品中少量钠的试剂为　　　　。 

(3)碳还原SiO2制SiC,其粗产品中杂质为Si和SiO2。现将20.0 g SiC粗产品加入过量的NaOH溶液中充分反应,收集到0.1 mol氢气,过滤得SiC固体11.4 g,滤液稀释到1 L。生成氢气的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,硅酸盐的物质的量浓度为　　　　　　　。 

(4)下列叙述正确的有　　　　(填序号)。 

①Na还原CCl4的反应、Cl2与H2O的反应均是置换反应

②水晶、干冰熔化时克服粒子间作用力的类型相同

③Na2SiO3溶液与SO3的反应可用于推断Si与S的非金属性强弱

④钠、锂分别在空气中燃烧,生成的氧化物中阴阳离子数目比均为1∶2

答案:(1)第二周期第ⅣA族　氧

(2)过滤　乙醇或水(合理即可)

(3)Si+2OH-+H2OSi+2H2↑　0.17 mol·L-1

(4)③④

解析:(1)由题意可知元素Q为O(氧),形成的化合物R为CO2,其电子式为。(2)因为CCl4为液体,C(金刚石)和Na都为固体,所以用过滤法分离;除去C(金刚石)中的Na可以用水或乙醇。(3)混合物中的Si可以与NaOH溶液反应生成氢气,离子方程式为Si+2OH-+H2OSi+2H2↑。由于杂质SiO2也能生成Na2SiO3,所以可先求混合物中SiO2的质量,再求硅酸盐的物质的量浓度。

Si　~　2H2

28g　　2mol

1.4g　　0.1mol

m(SiO2)=20.0g-11.4g-1.4g=7.2g

n(SiO2)=0.12mol

所以n(Na2SiO3)=n(Si)+n(SiO2)=+0.12mol=0.17mol

c(Na2SiO3)==0.17mol·L-1。

(4)①中Cl2与H2O的反应不是置换反应;②中水晶熔化克服的是共价键,干冰熔化克服的是分子间作用力,两者不同。

13.(10分)金属铝密度小且有良好的防腐蚀性,在国防工业中有非常重要的作用,利用铝热反应完成钢轨的焊接非常方便迅速。完成下列填空:

(1)在特制漏斗中将铝热剂混合均匀后,引发铝热反应的操作是　　　　　　　　　　　　　　　。

(2)硅与铝同周期,地壳里硅、铝的含量硅　　　　(填“>”“<”或“=”)铝。工业上制备金属铝的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分,Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2,钠长石(NaAlSi3O8)的氧化物形式为　　　　　　　　　,长石是铝硅酸盐,不同类长石其氧原子的物质的量分数相同,由此可推知钙长石的化学式为　。 

(4)某铝合金由Al、Si、Cu、Mg组成。①称取100 g该铝合金样品,分成等质量的A、B两份。向A中加入足量NaOH溶液,向B中加入足量的稀盐酸。②待两份反应物都充分反应之后,称得滤渣质量相差1.60 g,收集得到的两份气体的体积相差2 240 mL(标准状况下)。则100 g该铝合金样品中Si和Mg的物质的量分别是n(Si)=　　　　和n(Mg)=　　　　。 

答案:(1)铺上一层KClO3粉末,点燃插入的镁条

(2)>　2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑

(3)Na2O·Al2O3·6SiO2　CaAl2Si2O8

(4)0.4 mol　0.6 mol

解析:(1)氧化铁与铝在高温条件下发生铝热反应生成氧化铝和铁,反应的化学方程式为Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3,为使反应顺利进行,可加入氯酸钾,为助燃剂,同时插上镁条作为引燃剂,点燃镁条时反应放出大量的热引发反应进行,所以引发铝热反应的实验操作是加少量KClO3,插上镁条并将其点燃。

(2)地壳中含量排在前五位的元素分别是O、Si、Al、Fe、Ca,地壳里硅的含量大于铝;工业上通过电解氧化铝冶炼金属铝。

(3)结合钠长石的化学式及化合物中各元素的化合价代数和等于0可得钙长石的氧化物形式为CaO·Al2O3·2SiO2,则钙长石的化学式为CaAl2Si2O8。

(4)A中Al、Si与氢氧化钠溶液反应,B中Al、Mg与盐酸反应,A和B中Al反应放出的气体相等,因此两份气体差和质量差均来源于Mg、Si,Si、Mg与生成氢气的物质的量关系为Si~2H2、Mg~H2,标准状况下2240mL气体的物质的量为=0.1mol,通过讨论分析可知合金中Mg的质量大于Si,Si反应放出的气体体积大于Mg反应放出的气体。设A中含有的Si的物质的量为x,B中含有Mg的物质的量为y,

由质量差可得:①24g·mol-1y-28g·mol-1x=1.60g

由气体相差0.1mol可得:②2x-y=0.1mol,

联立①②求得:x=0.2mol,y=0.3mol,则100g该铝合金样品中Si和Mg的物质的量分别为0.4mol、0.6mol。

14.(10分)含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通信材料——光导纤维,C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

(1)与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为　　　　　　　。 

(2)C与氢氟酸反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)将C与纯碱混合高温熔融时反应生成D,同时还生成B的最高价氧化物E;将全部的E与全部的D在足量的水中混合后,生成了含A的化合物F。

①生成D和F的化学方程式分别为　　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　。

②要将纯碱高温熔化,下列坩埚中可选用的是　　　(填字母)。 

A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚

C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚

答案:(1)

(2)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O

(3)①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑　Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓　②D

解析:含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,则A元素是Si;含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通信材料——光导纤维,则C是SiO2;C与烧碱反应生成含A元素的化合物D,则D是Na2SiO3。(1)与Si同族但相对原子质量比Si小的元素B是碳元素,其原子结构示意图为。(2)C是SiO2,SiO2与氢氟酸反应的化学方程式是SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。(3)①将SiO2与纯碱混合高温熔融时反应生成Na2SiO3,化学方程式是SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑;由于酸性:H2CO3>H2SiO3,将反应产生的CO2通入Na2SiO3水溶液中,发生反应:Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓。②要将纯碱高温熔化,坩埚应该不能与纯碱发生反应。普通玻璃坩埚中含有SiO2,能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;石英玻璃坩埚的主要成分是SiO2,能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;氧化铝坩埚的主要成分氧化铝是两性氧化物,可以像SiO2那样能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;铁坩埚与纯碱不发生反应,可以使用。

15.(12分)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。SiH2Cl2易燃、有毒,与水接触易水解,沸点为8.2 ℃。在铜的催化作用下,HCl与硅在250~260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。

(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料,选用A装置制取HCl,利用了浓硫酸的　　　　性。 

(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

(3)按照气体从左到右的方向,制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→(　　)。→(　　)。→(　　)。→(　　)。→(　　)。→(　　)。→(　　)。(填仪器接口的字母,其中装置C用到两次)。

(4)按从左到右的顺序,前面装置C中装的药品为　　　　　　　　,后面装置C的作用为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会生成H2和　　　　　、　　　　　等。 

(6)新的制取SiH2Cl2的方法是:往硅粉中先通入Cl2,在300~350 ℃反应生成SiCl4,然后再与HCl在250~260 ℃反应,可以大大提高产率。如果通入气体次序相反,结果会　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

答案:(1)吸水　(2)Si+2HClSiH2Cl2　(3)d　e　f　g　b　c　d　(4)P2O5或CaCl2　尾气处理和防止空气中的水进入B中　(5)SiCl4　SiHCl3　(6)SiH2Cl2+2Cl2SiCl4+2HCl(或SiH2Cl2+Cl2SiHCl3+HCl)

解析:(1)浓硫酸有吸水性,使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl,连接C装置干燥,从f进入D中反应,SiH2Cl2从g处挥发出来,在B装置中收集,SiH2Cl2的密度比空气的大,导气管应“长进短出”,为防止空气中的水进入B中,则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的,应选用P2O5或CaCl2,后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中,应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反,SiH2Cl2会与Cl2继续反应,生成SiCl4、SiHCl3。