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無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅 一、選擇題 1．(2013試題調(diào)研)硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．水晶項(xiàng)鏈?zhǔn)枪杷猁}制品 B．硅單質(zhì)廣泛用于光纖通訊 C．利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品 D．硅酸鈉可用于制備木材防火劑 【答案】　D 【點(diǎn)撥】　水晶和光導(dǎo)纖維的主要成分都是SiO2，故A、B項(xiàng)不合題意；鹽酸和SiO2不反應(yīng)，利用氫氟酸刻蝕石英制作藝術(shù)品，故C不正確。 2．下列物質(zhì)中不屬于硅酸鹽的是(　　) A．陶瓷 B．玻璃 C．水晶 D．水泥 【答案】　C 3．(2013經(jīng)典習(xí)題選萃)關(guān)于硅及其化合物的敘述中，錯(cuò)誤的是(　　) A．硅是良好的半導(dǎo)體材料 B．二氧化硅能與石灰石反應(yīng)： SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ C．可以用焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)硅： SiO2＋2CSi＋2CO↑ D．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 【答案】　D 【點(diǎn)撥】　水泥的主要成分是3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3；玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。 4．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．SiO2是酸性氧化物不跟任何酸反應(yīng) B．高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維 C．SiO2和CO2化學(xué)性質(zhì)雖然相似，但兩者的結(jié)構(gòu)完全不同 D．高溫時(shí)SiO2能跟Na2CO3反應(yīng)放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng) 【答案】　C 【點(diǎn)撥】　SiO2是酸性氧化物，但可以與唯一的酸HF酸反應(yīng)：SiO2用于制作光導(dǎo)纖維；高溫時(shí)SiO2能跟Na2CO3反應(yīng)放出CO2，不能說(shuō)明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)。 5．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．硅酸鈉的水溶液俗稱(chēng)水玻璃 B．半導(dǎo)體材料是含硅化合物 C．熔化燒堿可選用瓷坩堝 D．正長(zhǎng)石KAlSi3O8用氧化物形式可表示為 K2OAl2O33SiO2 【答案】　A 【點(diǎn)撥】　硅單質(zhì)是制半導(dǎo)體的材料，B不正確；瓷坩堝中含有SiO2，SiO2能與燒堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，故C不正確；D中的原子個(gè)數(shù)比例不正確，正確的表示式為K2OAl2O36SiO2。 6．歌曲《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你梳妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料的成分一直是個(gè)謎。近年來(lái)科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價(jià))，下列關(guān)于硅酸銅鋇的說(shuō)法不正確的是(　　) A．可用氧化物形式表示為BaOCuO2SiO2 B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色 C．易溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿 D．x等于6 【答案】　C 【點(diǎn)撥】　BaCuSi2Ox中Ba為＋2價(jià)，Cu為＋2價(jià)，Si為＋4價(jià)，O為－2價(jià)，由化合價(jià)規(guī)則：(＋2)＋(＋2)＋2(＋4)＋(－2)x＝0，得x＝6, 則用氧化物形式表示硅酸銅鋇為：BaOCuO2SiO2，A、D項(xiàng)正確；由題干信息可知硅酸銅鋇性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 7．(2013試題調(diào)研)下列有關(guān)硅及其化合物的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A．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)體材料 B．二氧化硅屬于酸性氧化物，不能與任何酸反應(yīng) C．硅酸可通過(guò)可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，硅酸干凝膠常用作干燥劑 D．硅酸鈉的水溶液俗稱(chēng)水玻璃，可作木材防火劑 【答案】　B 【點(diǎn)撥】　SiO2屬于酸性氧化物，但可與HF發(fā)生反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；硅酸可利用可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)來(lái)制取。如Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 8．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。下列關(guān)于硅的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　) A．自然界中硅元素的儲(chǔ)量豐富 B．自然界中存在大量的單質(zhì)硅 C．高純度的硅被用作計(jì)算機(jī)芯片 D．可用H2在高溫下還原SiCl4的方法得到高純硅 【答案】　B 9．(2012北京西城區(qū)高一檢測(cè))下列藥品可用帶玻璃塞的試劑瓶存放的是(　　) A．鹽酸 B．氫氟酸 C．NaOH溶液 D. Na2SiO3溶液 【答案】　A 【點(diǎn)撥】　氫氟酸能與玻璃中的SiO2反應(yīng)而腐蝕玻璃。NaOH能跟玻璃中的SiO2反應(yīng)生成有黏合作用的Na2SiO3。NaSiO3本身有黏合作用。鹽酸不與玻璃反應(yīng)。 10．(2013青島高一檢測(cè))世界著名的科技史專(zhuān)家、英國(guó)劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說(shuō)：“中國(guó)至少在距今3 000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P(guān)普通玻璃的說(shuō)法不正確的是(　　) A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英 B．玻璃在加熱熔化時(shí)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反應(yīng)生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起 【答案】　B 【點(diǎn)撥】　堿可以與玻璃中的SiO2反應(yīng)，因此堿液只能貯存在帶橡膠塞的細(xì)口瓶中。 二、非選擇題 11．(2013試題調(diào)研)已知A是灰黑色的、有金屬光澤的固體單質(zhì)。根據(jù)如圖所示的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，回答下列有關(guān)問(wèn)題。 (1)寫(xiě)出B、C兩物質(zhì)的名稱(chēng)： B________________________________________________， C________________________________________________。 (2)寫(xiě)出D→B的化學(xué)方程式：_________________________。 (3)寫(xiě)出B→C的離子方程式：_________________________。 【答案】　(1)硅酸鈉　硅酸 (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (3)SiO＋H2O＋CO2===CO＋H2SiO3↓ 【點(diǎn)撥】　據(jù)A是灰黑色的、有金屬光澤的固體單質(zhì)，知A是硅，則B是硅酸鈉，C是硅酸，D是二氧化硅。 12．將下列天然硅酸鹽改寫(xiě)成氧化物的形式： (1)石棉　CaMg3Si4O12______________________。 (2)綠柱石　Be3Al2Si6O18__________________。 (3)白云母　H4K2Al6Si6O24______________。 (4)翡翠　NaAlSi2O6_______________________。 【答案】　(1)CaO3MgO4SiO2 (2)3BeOAl2O36SiO2 (3)K2O3Al2O36SiO22H2O (4)Na2OAl2O34SiO2 【點(diǎn)撥】　要注意書(shū)寫(xiě)格式，金屬氧化物在前，SiO2在后，水在最后。 13．(2013經(jīng)典習(xí)題選萃)有三種無(wú)色透明、不溶于水的堅(jiān)硬固體，A固體在氧氣中完全燃燒只得到一種無(wú)色氣體，此氣體能使澄清石灰水變渾濁，標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)得此氣體密度為氧氣密度的1.375倍。B固體可溶于熱的苛性鈉溶液，再往該溶液中加入過(guò)量鹽酸時(shí)，析出白色膠狀沉淀，此沉淀干燥后，為不溶于水的白色粉末，它是一種比碳酸還弱的酸；將B與石灰石、純堿按一定比例混合加熱得到C，C在高溫時(shí)軟化，無(wú)固定熔點(diǎn)。 (1)A為_(kāi)_______。 (2)B為_(kāi)_______________，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ________________________________________________、 ________________________________________________。 (3)C為_(kāi)_______，生成C的有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________。 【答案】　(1)金剛石 (2)水晶 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ (3)玻璃 SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑、 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ 【點(diǎn)撥】　(1)A的燃燒產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量為1.37532＝44，由題意知，A為金剛石。 (2)B能與堿反應(yīng)，且產(chǎn)物中加過(guò)量鹽酸得膠狀沉淀，由此可確定B為水晶。 (3)SiO2、CaCO3、Na2CO3可在高溫下反應(yīng)，制得的C是玻璃。 14．如圖所示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系中，A是一種固體單質(zhì)，E是一種白色沉淀。據(jù)圖填寫(xiě)(已知Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑) (1)B的化學(xué)式是______，目前B已被用作________的主要原料。 (2)B和a溶液反應(yīng)的離子方程式是 ________________________________________________。 (3)A和a溶液反應(yīng)的離子方程式是 ________________________________________________。 (4)C和過(guò)量鹽酸反應(yīng)的離子方程式是 ________________________________________________。 【答案】　(1)SiO2　光導(dǎo)纖維 (2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ (4)SiO＋2H＋===H2SiO3↓ 【點(diǎn)撥】　跟過(guò)量鹽酸反應(yīng)，生成的白色沉淀E是硅酸，則C為可溶性硅酸鹽；已知可溶性硅酸鹽只能通過(guò)SiO2和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)制得，而E(H2SiO3)加熱分解，可得SiO2和H2O。因此B為SiO2，D為H2O，a為一種強(qiáng)堿，A應(yīng)為硅(Si)，A(Si)與a(一種強(qiáng)堿)溶液反應(yīng)生成的F為H2。至此，除了題中不要求判斷的a(一種強(qiáng)堿)中的金屬元素外，其余的物質(zhì)都已判斷出來(lái)。 15．幾種含硅元素的物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示： (1)寫(xiě)出圖示反應(yīng)的幾種物質(zhì)的化學(xué)式： A________，B________，C________， D________，E________，F(xiàn)________。 (2)寫(xiě)出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式： ①B―→A：； ②B―→E：。 (3)寫(xiě)出下列溶液中反應(yīng)的離子方程式： ①A―→D； ②D―→F。 【答案】　(1)Si　SiO2　H2SiO3　Na2SiO3　CaSiO3　H4SiO4 (2)①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ (3)①Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ ②SiO＋2H2O＋CO2===H4SiO4↓＋CO 【點(diǎn)撥】　本題的突破點(diǎn)在于A和B，含Si的物質(zhì)與碳在加強(qiáng)熱的條件下能反應(yīng)的只有Si和SiO2，所以A為Si，B為SiO2，則由Si的相關(guān)知識(shí)可推出C為H2SiO3，D為Na2SiO3，E為CaSiO3，F(xiàn)為H4SiO4。 16．由鋁硅兩種物質(zhì)組成的試樣11 g，均勻地分成等質(zhì)量的兩份，一份與足量的鹽酸接觸可產(chǎn)生氣體a L，一份與足量的NaOH溶液接觸產(chǎn)生同樣的氣體b L，合并兩次收集的氣體共有11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，試分析此試樣的百分組成。 【答案】　含鋁49.1%，硅50.9% 【點(diǎn)撥】　Al有兩性，且與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)生成H2一樣多；Si與強(qiáng)堿反應(yīng)，與強(qiáng)酸不反應(yīng)。 設(shè)11 g試樣中含Al的物質(zhì)的量為x，Si的物質(zhì)的量為y。 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ x mol 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 　　　　　　　　　x Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 　　　　　　　　　　　　 　y 據(jù)題意有 解得 Al%＝100%＝49.1% Si%＝1－49.1%＝50.9%。 有關(guān)玻璃制取的計(jì)算 玻璃中有關(guān)成分的計(jì)算問(wèn)題是常見(jiàn)題型之一，題目中往往先給出玻璃中各種元素的物質(zhì)的量之比，由此再推出制造玻璃的原料各是多少，在計(jì)算過(guò)程中要注意計(jì)算的準(zhǔn)確性。 【例】　鉀玻璃中含有18.4%的K2O、11.0%的CaO、70.6%的SiO2，計(jì)算三種氧化物的物質(zhì)的最之比。若需制取5.1 t鉀玻璃，需用碳酸鉀、石灰石和二氧化硅各多少噸？寫(xiě)出制取鉀玻璃的化學(xué)方程式。 【解析】　n(K2O):n(CaO):n(SiO2) ＝::＝1:1:6， 鉀玻璃的組成可表示為： K2OCaO6SiO2或K2SiO3CaSiO34SiO2。 K2CO3＋SiO2K2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 生產(chǎn)1 mol K2OCaO6SiO2需K2CO3 1 mol、CaCO3 1mol、SiO2 6 mol。1 mol K2OCaO6SiO2的質(zhì)量為510 g，5.1 t鉀玻璃含K2OCaO6SiO2的物質(zhì)的量為：＝1104 mol。生產(chǎn)5.1 t鉀玻璃含K2CO3的質(zhì)量為：138 g/mol1104 mol＝1.38106 g＝1.38 t，CaCO3的質(zhì)量為： 100 g/mol1104 mol＝1.0106 g＝1.0 t， SiO2的質(zhì)量為：60 g/mol61104 mol＝3.6106 g＝3.6 t。 【答案】　鉀玻璃中K2O、CaO、SiO2的物質(zhì)的量之比為1:1:6；制取5.1 t鉀玻璃，需用碳酸鉀1.38 t、石灰石1.0 t，二氧化硅3.6 t； K2CO3＋SiO2K2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑