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無機非金屬材料的主角 硅 A組全員必做題 1.氣凝膠是一種世界上最輕的固體，也被稱為“固態(tài)煙”，非常堅固耐用，它可以承受相當于自身重量幾千倍的壓力，最高能承受1 400攝氏度的高溫，絕熱性能十分優(yōu)越，其主要成分是二氧化硅等。下列說法正確的是(　　) A．該材料具有良好的導電性 B．二氧化硅可用于制作光導纖維 C．二氧化硅耐所有的酸或堿 D．水泥的主要成分是二氧化硅 解析：氣凝膠的主要成分是二氧化硅，二氧化硅不導電，A項不正確；二氧化硅可溶于強堿和氫氟酸，C項不正確；水泥的主要成分是硅酸鹽，D項不正確。 答案：B 2．下列說法中，不正確的是(　　) A．SiO2是酸性氧化物，但不與水反應(yīng) B．泡花堿屬于鹽類 C．明礬和漂白粉均可用于自來水的殺菌、消毒 D．玻璃和陶瓷都屬于傳統(tǒng)硅酸鹽材料 解析：明礬中的鋁離子水解得到氫氧化鋁膠體，其具有吸附作用，可以凈水但不能殺菌、消毒；漂白粉具有強氧化性，具有殺菌、消毒作用。 答案：C 3．(2016湖北八校聯(lián)考)如何解決好碳排放問題是關(guān)系到人類可持續(xù)發(fā)展的重大課題之一。目前，采用較多的方法是對二氧化碳進行搏集封存和富集再利用。下列與二氧化碳有關(guān)的敘述正確的是(　　) A．CO2是形成酸雨的主要物質(zhì) B．CO2導致溫室效應(yīng)，是一種大氣污染物 C．CO2(g)＋C(s)2CO(g)　ΔH>0，高溫有利于該反應(yīng)自發(fā)進行 D．實驗室常用大理石與稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)制取二氧化碳 解析：硫的氧化物和氮的氧化物是形成酸雨的主要物質(zhì)，A項錯誤；CO2不屬于大氣污染物，B項錯誤；CO2(g)＋C(s)2CO(g)為熵增的吸熱反應(yīng)，當ΔT＝ΔH－TΔS<0時，反應(yīng)易自發(fā)進行，故高溫有利于該反應(yīng)自發(fā)進行，C項正確；實驗室不能用稀硫酸與大理石反應(yīng)制取二氧化碳，因為生成的硫酸鈣微溶，包裹在大理石的表面，會阻止大理石與稀硫酸接觸，使反應(yīng)停止，D項錯誤。 答案：C 4．《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近代科學家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價)，下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是(　　) A．可用氧化物形式表示為BaOCuO2SiO2 B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色 C．易溶解于強酸和強堿 D．x等于6 解析：“硅酸銅鋇”能穩(wěn)定存在說明其性質(zhì)穩(wěn)定。不易脫色，不易與酸、堿反應(yīng)?！肮杷徙~鋇”中Ba為＋2價，Cu為＋2價，Si為＋4價，則x＝6，用氧化物形式表示為BaOCuO2SiO2。A、B、D均正確。 答案：C 5．(2016泰州模擬)將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質(zhì)是(　　) A．Na2SiO3　　　　　 B．Na2CO3、Na2SiO3 C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2 解析：將足量CO2氣體通入水玻璃中，發(fā)生反應(yīng)：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加熱蒸干高溫灼燒時發(fā)生反應(yīng)：H2SiO3H2O＋SiO2,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，各反應(yīng)物存在如下關(guān)系，H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述關(guān)系可知，最后所得固體物質(zhì)是Na2SiO3，故選A項。 答案：A 6．(2016湖北八校聯(lián)考)鋼化玻璃是普通玻璃經(jīng)一定物理方法處理后得到的。鋼化玻璃一般不會發(fā)生自爆現(xiàn)象，但當鋼化玻璃中含有硫化鎳結(jié)核時就有可能發(fā)生自爆現(xiàn)象。下列有關(guān)說法中錯誤的是(　　) A．制取鋼化玻璃的原料為石灰石、純堿和石英 B．鋼化玻璃是一種新型無機非金屬材料 C．制取鋼化玻璃的主要反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng) D．在碳素鋼中加入鎳等合金元素可以制得不銹鋼及各種特種鋼 解析：制取鋼化玻璃的原料和制取普通玻璃的原料一樣，均為石灰石、純堿和石英，A項正確；鋼化玻璃屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料，B項錯誤；由普通玻璃制取鋼化玻璃發(fā)生的是物理變化，而制取普通玻璃的反應(yīng)為Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑和CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，兩個反應(yīng)均為非氧化還原反應(yīng)，故C項正確；D項正確。 答案：B 7．(2016江蘇蘇錫常鎮(zhèn)四市一模)我國科學家制得了SiO2超分子納米管，微觀結(jié)構(gòu)如圖。下列敘述正確的是(　　) A．SiO2與干冰的物理性質(zhì)相似 B．SiO2耐腐蝕，不與任何酸反應(yīng) C．工業(yè)上用SiO2制備粗硅 D．光纖主要成分是SiO2，具有導電性 解析：SiO2熔點高，硬度大，而CO2熔點低，常溫下為氣體，A錯誤；SiO2能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，B錯誤；SiO2無導電性，D錯誤。 答案：C 8．(2016安徽省示范高中聯(lián)考)將硅、鐵物質(zhì)的量均為1 mol 的某種硅鐵合金粉末分別與下列溶液充分反應(yīng)(溶液均過量)，放出氫氣最多的是(　　) A．18.4 molL－1H2SO4溶液 B．1.5 molL－1 HCl溶液 C．4 molL－1 HNO3溶液 D．3 molL－1 NaOH溶液 解析：A、C中不能產(chǎn)生氫氣，1 mol硅與足量的NaOH溶液可產(chǎn)生2 mol氫氣，1 mol鐵與鹽酸反應(yīng)可產(chǎn)生1 mol氫氣，故A、B、C均錯誤，D正確。 答案：D 9．下列說法正確的是(　　) A．在粗硅的制取中發(fā)生2C＋SiO22CO↑＋Si，硅被還原，所以碳的還原性大于硅的還原性 B．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中 C．用SiO2制取硅酸，應(yīng)先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后再通入CO2 D．由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸 解析：依據(jù)元素周期律硅的還原性大于碳，上述反應(yīng)能發(fā)生是因為產(chǎn)物中有CO氣體生成，使平衡向右移動，A項錯誤；硅酸鈉是一種黏合劑，B項錯誤；D項反應(yīng)不是在水溶液中進行的，且產(chǎn)物中有氣體生成，與酸性強弱無關(guān)，D項錯誤。 答案：C 10．(2016皖南八校聯(lián)考)高純度晶硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場 “革命”。它可以按下列方法制備： SiO2Si(粗)SiHCl3Si(純) 下列說法正確的是(　　) A．步驟①的化學方程式為：SiO2＋CSi＋CO2↑ B．步驟①②③中每生成或反應(yīng)1 mol Si，轉(zhuǎn)移4 mol電子 C．二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，而硅不能與氫氟酸反應(yīng) D．SiHCl3(沸點33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸點67.6 ℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3 解析：步驟①的化學方程式為：SiO2＋2CSi＋2CO↑，A錯誤；步驟②③中每生成或反應(yīng)1 mol Si，轉(zhuǎn)移2 mol電子，B錯誤；硅能與氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和氫氣，C錯誤；D正確。 答案：D 11．2010年5月15日，CCTV對“南澳一號”沉船的考古進行了兩個小時的現(xiàn)場直播，從沉船中發(fā)現(xiàn)了大量宋代精美瓷器，體現(xiàn)了燦爛的中華文明。青花瓷胎體的原料——高嶺土[Al2Si2O5(OH)x]，可摻進瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是鉀長石(KAlSi3O8)，在1 300 ℃左右一次燒成的釉可形成精美的青花瓷。 (1)下列說法正確的是________(填選項字母)。 A．高嶺土分子中x＝2 B．鉀長石能完全溶解在鹽酸中形成澄清的溶液 C．燒制青花瓷過程中發(fā)生了復雜的物理變化和化學變化 D．青花瓷、玻璃、水泥都屬于硅酸鹽產(chǎn)品 (2)在“南澳一號”考古直播過程中，需用高純度SiO2制造的光纖。下圖是用海邊的石英砂(含氯化鈉、氧化鋁等雜質(zhì))制備二氧化硅粗產(chǎn)品的工藝流程。 ①洗滌石英砂的目的是 ____________________________________。 ②二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式是________________________________________________________________________。 ③在以上流程中，要將洗凈的石英砂研磨成粉末，目的是 ________________________________________。 ④工業(yè)上常用純凈石英砂與C在高溫下發(fā)生反應(yīng)制造粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物質(zhì)的量之比為1∶1。下列說法正確的是______(填選項字母)。 A．SiC性質(zhì)穩(wěn)定，能用于制造抗高溫水泥 B．制造粗硅時的反應(yīng)為： 2SiO2＋5CSi＋SiC＋4CO↑ C．在以上流程中，將鹽酸改為NaOH溶液，也可達到目的 D．純凈的SiO2只能用于制造光導纖維 解析：(1)選項A，根據(jù)化合價代數(shù)和等于零的原則，可得：6＋8－10－x＝0，解得x＝4。選項B，鉀長石與鹽酸反應(yīng)后不能形成澄清的溶液。選項C，根據(jù)水泥制造過程可推測出燒制青花瓷過程中發(fā)生了復雜的物理變化和化學變化。選項D，青花瓷、玻璃、水泥符合硅酸鹽產(chǎn)品的特點，是硅酸鹽產(chǎn)品。 (2)①石英砂中含有易溶于水的NaCl雜質(zhì)，洗滌石英砂可使NaCl與SiO2分離。②SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成Na2SiO3和H2O，據(jù)此可寫出相應(yīng)的離子方程式。③將純凈的石英砂研磨后能增大物質(zhì)的表面積，從而增大反應(yīng)物與鹽酸的接觸面積，增大反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率。 ④選項A，根據(jù)SiC中元素的價態(tài)可知，SiC具有還原性，在高溫下仍能在O2中燃燒生成SiO2和CO2，因此不能用于制造抗高溫水泥。選項B，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物質(zhì)的量之比為1∶1，根據(jù)原子守恒，可將題述信息轉(zhuǎn)化為如下反應(yīng)：2SiO2＋5C===Si＋SiC＋4CO↑。選項C，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，無法實現(xiàn)二者的分離。選項D，純凈的SiO2還可用于制造光學玻璃等。 答案：(1)CD (2)①除去石英砂中的NaCl雜質(zhì) ②SiO2＋2OH－===SiO＋H2O ③增大反應(yīng)物之間的接觸面積，增大反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率　 ④B 12．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(zhì)量的90%以上。 (1)下列物質(zhì)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(yīng)的化學方程式為________________________，工藝師常用________(填物質(zhì)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(yīng)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)上常利用反應(yīng)2C＋SiO2Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價升高的物質(zhì)是______________(填化學式，下同)，氧化劑是____________。 解析：(1)生石灰是CaO，為堿性氧化物且不含Si，不屬于硅酸鹽。(2)SiO2與NaOH溶液反應(yīng)的化學方程式為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氫氟酸，因此工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又稱“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火劑。SiO2和Na2CO3在高溫下反應(yīng)生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能與Na2CO3在高溫下反應(yīng)，故不能用以上材質(zhì)的坩堝熔融純堿。(4)題給反應(yīng)中C(碳)被氧化，SiO2中＋4價的硅被還原，因此SiO2作氧化劑。 答案：(1)D　 (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氫氟酸 (3)防火劑　D　(4)C　SiO2 B組重點選做題 13.氮化硅可用作高溫陶瓷復合材料，在航天航空、汽車發(fā)動機、機械等領(lǐng)域有著廣泛的用途。由石英砂合成氮化硅粉末的路線圖如下所示。 其中—NH2基團中各元素的化合價與NH3相同。請回答下列問題： (1)石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放，以NaOH為例，用化學反應(yīng)方程式表示其原因 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)圖示①～⑤的變化中，屬于氧化還原反應(yīng)的是 ______________。 (3)SiCl4在潮濕的空氣中劇烈水解，產(chǎn)生白霧，軍事工業(yè)中用于制造煙霧劑。SiCl4水解的化學反應(yīng)方程式為 ________________________________________________________________________。 (4)在反應(yīng)⑤中，3 mol Si(NH2)4在高溫下加熱可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A氣體，則氮化硅的化學式為________________。 (5)在高溫下將SiCl4在B和C兩種氣體的氣氛中，也能反應(yīng)生成氮化硅，B和C兩種氣體在一定條件下化合生成A。寫出SiCl4與B和C兩種氣體反應(yīng)的化學方程式 ________________________________________________________________________。 解析：石英砂不能與堿共同存放的實質(zhì)是SiO2與堿可以發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)①是石英砂與焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)；反應(yīng)②是硅單質(zhì)與Cl2反應(yīng)，也是氧化還原反應(yīng)。SiCl4水解可以看做Si結(jié)合四個OH－生成H4SiO4，原硅酸不穩(wěn)定失水生成H2SiO3，Cl－結(jié)合H＋生成HCl。氮化硅的化學式可通過題目信息，運用質(zhì)量守恒求得。結(jié)合題給信息，SiCl4與N2、H2反應(yīng)可得到Si3N4和HCl。 答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (2)①②　(3)SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓(若寫H4SiO4也對) (4)Si3N4 (5)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl 14．媒體曾報道江蘇肯德基連鎖店在煎炸中添加濾油粉的情況，經(jīng)衛(wèi)生部門檢測，濾油粉實質(zhì)為食品級三硅酸鎂。三硅酸鎂為白色無味粉末，不溶于水和乙醇，易與無機酸反應(yīng)。 有關(guān)部門規(guī)定三硅酸鎂樣品中含水量不超過12.2%為優(yōu)良級。某化學小組欲測定三硅酸鎂的化學式(可用MgxSi3OymH2O表示)，實驗步驟如下： 步驟一：取16.6 g 三硅酸鎂樣品，充分加熱至不再分解，冷卻、稱量，得固體13.0 g。 步驟二：另取 16.6 g 三硅酸鎂樣品，向其中加入足量100 mL 4 mol/L 的鹽酸，充分反應(yīng)后，過濾、洗滌、灼燒，得固體 9.0 g 。該固體為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且熔沸點很高。 (1)通過計算確定MgxSi3OymH2O的化學式。 (2)該小組測定的三硅酸鎂樣品是否為優(yōu)良級？ (3)寫出該三硅酸鎂樣品與鹽酸反應(yīng)的化學方程式。 解析：(1)由題意知步驟二中得到的固體為SiO2,9.0 g SiO2的物質(zhì)的量為0.15 mol，樣品中H2O的質(zhì)量為16.6 g－13.0 g＝3.6 g，物質(zhì)的量為0.2 mol。 設(shè)16.6 g 三硅酸鎂的物質(zhì)的量為a。 MgxSi3OymH2O～3SiO2～mH2O 1　　　　　　　　　3　　　　m a　　　　　　　0.15 mol　　0.2 mol 解得a＝0.05 mol，m＝4 MgxSi3OymH2O的摩爾質(zhì)量為＝332 g/mol 則24x＋283＋16y＋184＝332?、? 由化合物中各元素正負化合價代數(shù)和為零得2x＋43＝2y?、? 聯(lián)立①②解得：x＝2，y＝8， 所求化學式為Mg2Si3O84H2O。 (2)樣品中含水量為100%≈21.7%＞12.2%，故樣品不是優(yōu)良級。 (3)根據(jù)反應(yīng)情況可寫出該三硅酸鎂樣品與鹽酸反應(yīng)的化學方程式： Mg2Si3O84H2O＋4HCl===2MgCl2＋3H2SiO3↓＋3H2O。 答案：(1)Mg2Si3O84H2O (2)否 (3)Mg2Si3O84H2O＋4HCl===2MgCl2＋3H2SiO3↓＋3H2O