2019版高考化學總復習 第4章 非金屬及其重要化合物 第1節(jié) 無機非金屬材料的主角——硅模擬預測通關 新人教版.doc

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第1節(jié) 無機非金屬材料的主角——硅 一、選擇題 1．硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質中含有硅單質的是(　　) 解析：選C?，旇?、光導纖維和水晶的主要成分是SiO2，硅單質可用來制造太陽能電池板。 2．下列關于碳、硅的敘述正確的是(　　) A．碳、硅都是ⅣA族元素，它們在自然界中都以化合態(tài)形式存在 B．二氧化碳、二氧化硅的物理性質相似 C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應生成相應的鹽 D．高純度的二氧化硅用于制造半導體材料 解析：選C。自然界中含有單質碳(如金剛石、石墨)，A錯誤；二氧化碳、二氧化硅的物理性質(如熔、沸點)差別很大，B錯誤；高純度的晶體硅用于制造半導體材料，D錯誤。 3．大多數(shù)物質的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質或用途得來的。下列物質的俗名與化學式或用途不相符的一組是(　　) 選項 俗名 主要成分(化學式) 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 用作油漆和涂料 解析：選A。石英主要用于生產(chǎn)玻璃，也可用于制造光導纖維，晶體硅才用于制作集成電路板。 4．下列離子方程式的書寫正確的是(　　) A．水玻璃中通入過量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3↓ B．澄清石灰水中通入過量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO C．硅與氫氟酸的反應：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑ D．二氧化硅溶于燒堿溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 解析：選D。A項，Na2SiO3是強電解質，應拆分成Na＋、SiO，且應生成HCO；B項，正確寫法是CO2＋OH－===HCO；C項，氫氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。 5．下列敘述正確的是(　　) A．紅寶石、珍珠、水晶、鉆石等裝飾的主要成分都是硅酸鹽 B．硅酸鈉的水溶液俗名為水玻璃，可用于制備硅膠和木材防火劑 C．制造玻璃是復雜的物理過程，玻璃的組成不同，性能不同 D．金剛石是自然界中硬度最大的物質，不可能與氧氣發(fā)生反應 解析：選B。紅寶石的主要成分為Al2O3，珍珠的主要成分為CaCO3，水晶的主要成分為SiO2，鉆石為碳單質，A選項錯誤；制造玻璃包含復雜的物理變化和化學變化，C選項錯誤；金剛石是碳單質，具有碳單質的化學性質，D選項錯誤。 6．壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O34SiO2H2O，下列觀點不正確的是(　　) A．壽山石雕刻作品要避免與酸、堿接觸 B．壽山石顏色豐富多彩是因為含有不同形態(tài)的金屬氧化物 C．潮濕的空氣可能導致壽山石作品表面溶解變質 D．久置于干燥空氣中可能會導致壽山石作品脫水變質 解析：選C。根據(jù)壽山石的主要成分，可知其能與酸或堿發(fā)生反應，A正確；壽山石中含有不同形態(tài)的Al2O3，造成其色彩豐富，B正確；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反應，在潮濕的空氣中不會溶解變質，C錯誤；久置于干燥空氣中，會失去其中的結晶水變質，D正確。 7．下列除雜方法正確的是(　　) A．SiO2中含Al2O3雜質，可以加入足量NaOH溶液然后過濾除去 B．CO2中含有CO雜質，可以通入盛有CuO的玻璃管并加熱 C．CO2中含有HCl雜質，可以通入盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶 D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質，可以通入足量的CO2，然后過濾除去 解析：選B。A項，SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應；C項，應通入盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶；D項，引入了NaHCO3雜質。 8．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程： 下列說法正確的是(　　) A．原材料稻殼灰價格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟價值 B．操作A與操作B完全相同 C．該流程中硅元素的化合價發(fā)生改變 D．反應器中發(fā)生的反應為氧化還原反應 解析：選A。A項，稻殼灰來源廣泛價格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟價值，正確；B項，操作A為過濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，錯誤；C項，二氧化硅中，硅元素的化合價是＋4價，硅酸鈉中，硅元素的化合價也是＋4價，所以該流程中硅元素的化合價沒有發(fā)生改變，錯誤；D項，反應器中發(fā)生的反應為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反應沒有化合價的變化，屬于非氧化還原反應，錯誤。 9．科學家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示： 容器①中進行的反應為①Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進行的反應為②SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl。下列說法正確的是(　　) A．該工藝流程的優(yōu)點是部分反應物可循環(huán)使用 B．最好用分液的方法分離Si和SiHCl3 C．反應①和②中HCl均作氧化劑 D．反應①和②互為可逆反應 解析：選A。該工藝流程中HCl和H2可循環(huán)使用；分離Si與SiHCl3可用過濾的方法；反應②中HCl是生成物，是氧化產(chǎn)物；反應①、②不在同一條件下進行，不是可逆反應。 10．濃度相同的NaOH溶液各100 mL倒入A、B、C三個燒杯中，分別向三份溶液中通入不等量的CO2，充分反應后，再向三份所得溶液中逐滴加入0.2 molL－1的鹽酸，產(chǎn)生CO2的體積與所加鹽酸體積之間的關系如圖所示。下列判斷不正確的是(　　) A．原NaOH溶液的濃度為0.2 molL－1 B．B燒杯中通入的CO2體積為448 mL(標準狀況) C．通入CO2后，A燒杯中的溶質為Na2CO3和NaHCO3 D．通入CO2后，C燒杯中溶質成分的物質的量之比為n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1 解析：選B。CO2通入NaOH溶液，可能發(fā)生反應2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O或NaOH＋CO2===NaHCO3，由圖示可知，滴加鹽酸時均不直接產(chǎn)生CO2氣體，且最終完全反應消耗的鹽酸均為100 mL生成NaCl，由原子守恒得n(Na＋)＝n(Cl－)，即n(NaOH)＝n(HCl)，故c(NaOH)＝＝＝0.2 molL－1，A正確；B燒杯中從開始加入鹽酸到開始產(chǎn)生氣體與從開始產(chǎn)生氣體到氣體完全放出需鹽酸相同，即通入CO2后生成的溶液為Na2CO3溶液，據(jù)2NaOH～CO2可知n(CO2)＝＝0.01 mol，標準狀況下V(CO2)＝224 mL，B錯誤；A燒杯中未產(chǎn)生氣體消耗的鹽酸小于氣體完全生成消耗的鹽酸，故溶質為Na2CO3和NaHCO3，C正確；C燒杯中通入CO2未產(chǎn)生氣體消耗的鹽酸大于氣體完全放出消耗的鹽酸，故溶液溶質為Na2CO3和NaOH，n(Na2CO3)＝n(NaHCO3)＝(100－75)10－30.2 mol＝510－3 mol，故n(NaOH)＝(50－0)10－30.2 mol＝110－2 mol，即n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1，D正確。 二、非選擇題 11．硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質量的90%以上。 (1)下列物質不屬于硅酸鹽的是________。 A．陶瓷　　 B．玻璃 C．水泥 D．生石灰 (2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為__________，工藝師常用________(填物質名稱)來雕刻玻璃。 (3)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作______________。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應制得，高溫熔融純堿時下列坩堝可選用的是________。 A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝 C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝 (4)工業(yè)上常用2C＋SiO2Si＋2CO↑制備粗硅，該反應中所含元素化合價升高的物質是________(填化學式，下同)，氧化劑是________。 解析：(1)生石灰(CaO)不含Si元素，不屬于硅酸鹽。(2)SiO2與HF反應，所以通常用氫氟酸來雕刻玻璃。(3)含有SiO2的坩堝可與Na2CO3反應，Al2O3也可與Na2CO3反應。 答案：(1)D　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氫氟酸　(3)防火劑　D　(4)C　SiO2 12．分別取等物質的量濃度的氫氧化鈉溶液各100 mL，再通入一定量的CO2，隨后分別各取20 mL溶液，向其中逐滴滴入0.2 mol/L的鹽酸，在標準狀況下產(chǎn)生CO2的體積(y軸)與所加入鹽酸的體積(x軸)的關系如下圖(分A、B兩種情況)： (1)在A情況下，溶質是________________(填化學式)，其物質的量之比為__________。在B情況下，溶質是________(填化學式)，其物質的量之比為________。 (2)原氫氧化鈉溶液的物質的量濃度為__________________________。 解析：(1)CO2通入NaOH溶液中進行反應時，據(jù)CO2量與NaOH量的相對多少，有兩個階段：①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，此時溶質可能為NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(剛好反應)；②Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，此時溶質可能為Na2CO3和NaHCO3或只有 NaHCO3。據(jù)圖分析：B情況最終生成的CO2(其實就是最初通入的與NaOH溶液反應的CO2)是A情況的2倍。 (2)當加入150 mL鹽酸時，恰好完全反應，此時溶液中溶質為NaCl。據(jù)元素守恒有n(NaOH)＝n(Na＋)＝n(Cl－)＝0.2 mol/L0.15 L＝0.03 mol，所以原氫氧化鈉溶液的物質的量濃度為0.03 mol/0.02 L＝1.5 mol/L。 答案：(1)NaOH、Na2CO3　1∶1 Na2CO3、NaHCO3　1∶1 (2)1.5 mol/L 13．綜合利用CO2、CO對構建低碳社會有重要意義。 (1)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如果尋找吸收CO2的其他物質，下列建議合理的是________(填字母)。 A．可在堿性氧化物中尋找 B．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找 C．可在具有強氧化性的物質中尋找 (2)Li4SiO4可用于吸收、釋放CO2，原理是在500 ℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3；平衡后加熱至700 ℃，反應逆向進行，放出CO2，Li4SiO4再生，寫出CO2與Li4SiO4反應的化學方程式：_______________________________________________________________。 (3)如圖所示，利用缺鐵氧化物(如Fe0.9O)可實現(xiàn)CO2的綜合利用、構建低碳環(huán)保社會。 ①過程Ⅰ反應中二氧化碳作________(填“氧化”或“還原”)劑，每生成3 mol的Fe3O4可轉化CO2的體積為________(標準狀況)。 ②請說明該轉化的優(yōu)點：_________________________________________________。 解析：(1)A項，Li2O、Na2O、MgO均屬于堿性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在堿性氧化物中尋找吸收CO2的其他物質，故A正確；B項，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，鋰與鈉、鎂為ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找吸收CO2的其他物質，故B正確；C項，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它們都沒有強氧化性，且吸收二氧化碳與氧化還原反應無關，故C錯誤。(2)在500 ℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，反應物為CO2與Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根據(jù)質量守恒可知產(chǎn)物還有Li2SiO3，所以化學方程式為CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3。(3)根據(jù)圖示可知，F(xiàn)e0.9O可以將CO2轉化為Fe3O4和C，過程Ⅰ反應的化學方程式為Fe0.9O＋CO2===Fe3O4＋C，可知生成3 mol的Fe3O4消耗1 mol CO2，而Fe3O4又在太陽能高溫作用下分解為Fe0.9O和氧氣，可實現(xiàn)鐵的氧化物的循環(huán)利用。 答案：(1)AB　(2)CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3　(3)①氧化　22.4 L?、趯O2轉化為C和O2；利用了太陽能；Fe3O4可循環(huán)使用 14．硅是人類文明發(fā)展的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。 (1)工業(yè)生產(chǎn)粗硅的反應有SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若產(chǎn)品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為1∶1，則參加反應的C和SiO2的質量之比為________。 (2)工業(yè)上可以通過如下圖所示的流程制取純硅： ①若反應Ⅰ為Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，則反應Ⅱ的化學方程式為 ________________________________________________________________________。 ②設每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應Ⅱ中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl 和H2的物質的量之比是__________ 。 解析：(1)將兩方程式疊加，可知C和SiO2的物質的量之比為5∶2，因此質量比為(512)∶(260)＝1∶2。 (2)①由流程圖可知反應Ⅱ是SiHCl3和H2反應生成純硅和HCl，因此化學方程式為SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl。 ②由題中條件可知： Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 1 mol　 3 mol　　　　　　1 mol SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl 1 mol　 1 mol　　 　　　 　3 mol 由以上數(shù)據(jù)可知循環(huán)生產(chǎn)中只能產(chǎn)生3 mol HCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加(－3) mol HCl，循環(huán)生產(chǎn)中只產(chǎn)生1 mol H2，但H2的利用率為93.75%，因此需增加(－1) mol H2，所以補充投入HCl和H2的物質的量之比為(－3)∶(－1)＝5∶1。 答案：(1)1∶2 (2)①SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl ②5∶1