無機(jī)非金屬材料(第2課時(shí))(練習(xí))解析版

無機(jī)非金屬材料5.3硅和二氧化硅一、單選題1．下列說法正確的是A．自然界中的硅元素全部是以化合態(tài)形式存在B．單質(zhì)硅是制備光導(dǎo)纖維的原料C．玻璃中含二氧化硅，所以可以用鹽酸刻蝕玻璃D．石英、陶瓷和水泥均屬于硅酸鹽【答案】A【解析】A．硅元素在自然界中主要是以硅酸鹽、二氧化硅的形式存在，沒有游離態(tài)的硅，故A正確；B．二氧化硅是制備光導(dǎo)纖維的原料，故B錯(cuò)誤；C．玻璃中含二氧化硅，可以用氫氟酸刻蝕玻璃，故C錯(cuò)誤；D．石英的主要成分是二氧化硅，陶瓷和水泥屬于硅酸鹽，故D錯(cuò)誤；選A。2．下列說法正確的是①構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素是碳②二氧化硅晶體的基本結(jié)構(gòu)單元中，每個(gè)Si周圍結(jié)合4個(gè)O③使用量最大的無機(jī)非金屬材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品④硅膠多孔，吸附能力強(qiáng)，常用作干燥劑，也可用作催化劑的載體A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③【答案】B【解析】①硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧化硅、硅酸鹽等的形式存在，二氧化硅、硅酸鹽等硅的化合物是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要成分，因此可以說硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素，①錯(cuò)誤；②二氧化硅晶體的基本結(jié)構(gòu)單元中，每個(gè)Si原子與4個(gè)O原子形成4個(gè)Si-O共價(jià)鍵；每個(gè)O原子與2個(gè)Si原子形成Si-O共價(jià)鍵，這種結(jié)構(gòu)向空間擴(kuò)展就形成了立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中含有的Si、O原子個(gè)數(shù)比是1：2，②正確；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品是使用量最大的傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，③正確；④硅膠多孔，表面積大，吸附能力強(qiáng)，常用作干燥劑，也可用作催化劑的載體，使反應(yīng)物充分接觸發(fā)生反應(yīng)，④正確；綜上所述可知：說法正確的是②③④，故合理選項(xiàng)是B。3．高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)提純有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：下列說法正確的是A．自然界有大量的單質(zhì)硅B．步驟電弧爐中的化學(xué)方程式為：C．二氧化硅能與氫化氟氣反應(yīng)，而硅不能與氫氟酸反應(yīng)D．(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量的(沸點(diǎn)67.6℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純【答案】D【解析】A．在自然界中沒有單質(zhì)硅，只有化合態(tài)的硅，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．電弧爐中的化學(xué)方程式為SiO2+2CSi+2CO↑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C．二氧化硅和硅都能與氫氟酸反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D．SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)和SiCl4(沸點(diǎn)67.6℃)的沸點(diǎn)有較大差距，所以可通過蒸餾(或分餾)提純SiHCl3，D項(xiàng)正確；答案選D。4．碳、硅及其化合物常用做性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料。比如氮化硅，其熔點(diǎn)高、硬度大，電絕緣性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。有關(guān)碳、硅及其化合物的說法正確的是①硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在，硅是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料②硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素③石墨烯是一種新型的納米化合物④氮化硅的化學(xué)式為Si3N4，其可制作坩堝，制作切削刀具⑤光導(dǎo)纖維的通信容量大，導(dǎo)電性強(qiáng)⑥水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑A．①③⑤ B．①③⑥ C．②④⑤ D．②④⑥【答案】D【解析】①硅是親氧元素，在自然界中以化合態(tài)的形式存在，不能以單質(zhì)形式存在，①錯(cuò)誤；②硅元素是地殼中大量存在的元素，是許多種巖石和礦物的基本構(gòu)成元素之一，②正確；③石墨烯是碳單質(zhì)，不屬于化合物，③錯(cuò)誤；④氮化硅的化學(xué)式為Si3N4，氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高可以用來制作坩堝；熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定可制作耐高溫軸承，切削刀具等，④正確；⑤二氧化硅晶體對(duì)光具有全反射作用，能傳遞光信號(hào)，可以用二氧化硅晶體制備光導(dǎo)纖維，無導(dǎo)電性，⑤錯(cuò)誤；⑥水玻璃具有黏性，不易燃燒，可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑，⑥正確；綜上所述，正確的是②④⑥，故選D。5．2021年，我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“龍芯”19歲了。下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的敘述正確的是A．陶瓷是人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料B．利用二氧化硅的半導(dǎo)體性能制成光電池C．硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．晶體硅是具有金屬光澤的灰黑色金屬【答案】A【解析】A．陶瓷的主要原料是黏土，則陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料，故A正確；B．硅是半導(dǎo)體材料，二氧化硅常被用來制造光導(dǎo)纖維，故B錯(cuò)誤；C．硅與氟化氫反應(yīng)生成四氟化硅，故C錯(cuò)誤；D．晶體硅是一種有金屬光澤的灰黑色的固體，是非金屬，故D錯(cuò)誤；故選：A。6．下列說法錯(cuò)誤的是A．聚氨酯(PU)人工血管材料屬于高分子材料B．智能芯片使用到的硅晶體屬于半導(dǎo)體材料C．開發(fā)利用可燃冰可以緩解溫室效應(yīng)D．用于制作電極材料的石墨烯屬于碳單質(zhì)【答案】C【解析】A．聚氨酯是一種高分子聚合物，故A項(xiàng)正確。B．硅處于金屬和非金屬元素分界線附近，屬于半導(dǎo)體材料，故B項(xiàng)正確。C．可燃冰主要成分是CH4，可燃冰燃燒產(chǎn)生CO2，不會(huì)緩解溫室效應(yīng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。D．石墨烯是碳納米材料，屬于碳單質(zhì)，故D項(xiàng)正確。故答案為：C。7．高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。從石英砂(主要成分為SiO2)制取高純硅涉及的主要反應(yīng)流程如下：下列說法不正確的是A．反應(yīng)①中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2B．流程中HCl和H2可以循環(huán)利用C．反應(yīng)①②③均為氧化還原反應(yīng)D．反應(yīng)②與反應(yīng)③互為可逆反應(yīng)【答案】D【解析】A．在反應(yīng)①發(fā)生反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑，在該反應(yīng)中SiO2是氧化劑，C是還原劑，則氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2，A正確；B．在反應(yīng)②中產(chǎn)生H2，可用于反應(yīng)③還原SiHCl3制取Si單質(zhì)，反應(yīng)③產(chǎn)生的HCl可與粗硅反應(yīng)制取SiHCl3，因此流程中HCl和H2可以循環(huán)利用，B正確；C．在反應(yīng)①②③中均有元素化合價(jià)的變化，因此三個(gè)反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)，C正確；D．反應(yīng)②是Si+3HClSHCl3+H2，反應(yīng)③是SHCl3+H2Si+3HCl，二者反應(yīng)物與生成物正好顛倒，但反應(yīng)溫度不同，因此反應(yīng)②與反應(yīng)③不能互為可逆反應(yīng)，D錯(cuò)誤；故合理選項(xiàng)是D。8．“西門子”制硅法是以硅石(SiO2)為原料制備冶金級(jí)高純硅，其工藝流程如圖。下列敘述不正確的是已知：SiHCl3室溫下易揮發(fā)、易水解的無色液體。A．“酸浸”過程主要是酸溶除去粗硅中的氧化鎂，可用稀鹽酸代替稀硫酸B．該生產(chǎn)工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)只有H2C．“氧化”、“分離”與“熱解”的過程均需要在無水、無氧的條件下進(jìn)行D．“氧化”過程的化學(xué)方程式為Si+3HClSiHCl3+H2【答案】B【解析】A．由分析知，酸浸時(shí)是為了除去MgO，由于稀硫酸與Si不反應(yīng)，故也可以用稀硫酸代替稀鹽酸，A正確；B．SiHCl3被H2還原為Si，則H2被SiHCl3氧化，根據(jù)元素守恒可知H2對(duì)應(yīng)產(chǎn)物為HCl，故可循環(huán)利用的物質(zhì)還有HCl，B錯(cuò)誤；C．由于SiHCl3易水解，且H2屬于易燃易爆氣體，故氧化、分離、熱解過程需要在無水、無氧條件下進(jìn)行，C正確；D．Si被HCl氧化生成SiHCl3，則HCl被Si還原，HCl只有氫元素化合價(jià)能降，故推測(cè)產(chǎn)物為H2，對(duì)應(yīng)方程式為：Si+3HClSiHCl3+H2，D正確；故答案選B。9．下列關(guān)于二氧化硅的說法中錯(cuò)誤的是A．同二氧化碳一樣，二氧化硅分子是由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成的B．通常狀況下，二氧化碳為氣態(tài)，二氧化硅為固體C．SiO2同CO2一樣也能與CaO反應(yīng)生成鹽D．SiO2僅用來表示二氧化硅的組成，其基本結(jié)構(gòu)單元為正四面體，不僅存在于二氧化硅晶體中，而且存在于所有硅酸鹽礦石中?！敬鸢浮緼【解析】A．二氧化硅為共價(jià)晶體，是由硅原子與氧原子構(gòu)成，不存在分子，A錯(cuò)誤；B．通常狀況下，二氧化碳為氣態(tài)，二氧化硅為固體，B正確；C．二氧化硅為酸性氧化物，能夠與堿性氧化物氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鈣，C正確；D．二氧化硅為原子晶體，不存在分子式，SiO2僅用來表示二氧化硅的組成，其基本結(jié)構(gòu)單元為正四面體，該結(jié)構(gòu)僅存在于二氧化硅晶體中，而且存在于所有硅酸鹽礦石中，D正確；故答案為A。10．Ni(OH)2作為合成鎳鈷錳三元電極材料的原料，工業(yè)上可用紅土鎳礦(主要成分為NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)制備，工藝流程如圖所示。下列說法正確的是A．“溶浸”時(shí)，為加快反應(yīng)速率，可以選用98%的濃硫酸B．“濾渣1”的成分為H2SiO3C．為了證明加入NaClO已足量，可在溶液中加入KSCN溶液和氯水來檢驗(yàn)D．“沉鎳”的離子方程式為：Ni2++2HCO=NiCO3↓+CO2↑+H2O【答案】D【解析】紅土鎳礦(主要成分為NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)粉碎后用硫酸浸取，Ni、Fe、Mg元素進(jìn)入溶液，濾渣1為不溶于稀硫酸的SiO2；過濾后向?yàn)V液中加入次氯酸鈉將Fe2+氧化成Fe3+，然后加入碳酸鈉并加熱除去鐵元素，得到濾渣2；過濾后向?yàn)V液中加入NaF除去鎂離子，得到濾渣3為MgF2；過濾后加入碳酸氫銨得到碳酸鎳沉淀，將碳酸鎳沉淀加稀硫酸溶解，再向溶液中加入NaOH得到Ni(OH)2，以此解答該題。A．濃硫酸中水含量很少，硫酸電離出的氫離子較少，所以不宜選用98%的濃硫酸，A錯(cuò)誤；B．濾渣1主要為難溶于硫酸的SiO2，B錯(cuò)誤；C．NaClO的作用是將Fe2+氧化為Fe3+，所以檢驗(yàn)NaClO是否足量，應(yīng)檢驗(yàn)溶液中是否還有Fe2+，所用試劑應(yīng)為K3[Fe(CN)6]，C錯(cuò)誤；D．沉鎳時(shí)反應(yīng)有Ni2+、NH4HCO3，產(chǎn)物有NiCO3說明不是雙水解，而是Ni2+與HCO電離出的CO結(jié)合生成NiCO3沉淀，促進(jìn)HCO的電離，同時(shí)產(chǎn)生大量的氫離子，而氫離子又和HCO反應(yīng)生成二氧化碳和水，所以離子方程式為Ni2++2HCO=NiCO3↓+CO2↑+H2O，D正確；綜上所述答案為D。11．化學(xué)與生活密切相關(guān)。下列敘述錯(cuò)誤的是A．氫氟酸可用于雕刻玻璃B．鋁制餐具不宜長(zhǎng)時(shí)間存放酸性、堿性和咸的食物C．超市中售賣的“蘇打水”是因添加了而獲名D．農(nóng)村推廣風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電有利于國(guó)家實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”【答案】C【解析】A．氫氟酸在常溫下能和玻璃中的SiO2反應(yīng)，所以氫氟酸可用于雕刻玻璃，故A正確；B．鋁能和酸、堿反應(yīng)，在NaCl溶液中，鋁會(huì)被腐蝕，所以鋁制餐具不宜長(zhǎng)時(shí)間存放酸性、堿性和咸的食物，故B正確；C．超市中售賣的“蘇打水”是因添加了NaHCO3而獲名，碳酸鈉堿性過強(qiáng)，不能添加到水中，故C錯(cuò)誤；D．農(nóng)村推廣風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電，減少燃煤發(fā)電，有利于國(guó)家實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”，故D正確；故選C。二、元素或物質(zhì)推斷題12．已知A、B、C、D、E、F、G、H可以發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系，反應(yīng)中部分生成物已略去。其中，A、G為同一主族元素形成的單質(zhì)，B、C、H在通常情況下為氣體，化合物C是一種形成酸雨的大氣污染物。(1)H的名稱是___________。(2)E的兩種用途是___________、___________。(3)反應(yīng)①的化學(xué)方程式是___________，氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為_______。(4)反應(yīng)②的離子方程式是___________。(5)SO2通入酸性高錳酸鉀溶液表現(xiàn)___________性，反應(yīng)的離子方程式為________?！敬鸢浮恳谎趸贾乒鈱?dǎo)纖維作裝飾品或制玻璃2C＋Si＋25：2SiO2＋2OH-=SiO＋H2O還原性5SO2+2MnO+2H2O=2Mn2++4H++5SO【解析】由以上分析可知：A為C，B為CO2，C為SO2，D為H2SiO3，E為SiO2，H為CO，F(xiàn)為Na2SiO3，G為Si，H為CO；(1)由以上分析可知H為CO，名稱為一氧化碳；(2)E為SiO2，常用于制備玻璃、制粗硅、光導(dǎo)纖維等；(3)反應(yīng)①為C在高溫下還原SiO2的反應(yīng)，化學(xué)方程式是：2C+SiO22CO+Si，氧化劑是SiO2，還原劑是C，兩者的質(zhì)量比為60:24=5:2；(4)E為SiO2，與NaOH反應(yīng)生成F為Na2SiO3，反應(yīng)②的離子方程式是：SiO2＋2OH-=SiO＋H2O；(5)SO2通入酸性高錳酸鉀溶液，S元素被氧化成+6價(jià)的硫酸根，表現(xiàn)還原性，反應(yīng)的離子方程式為：5SO2+2MnO+2H2O=2Mn2++4H++5SO。三、實(shí)驗(yàn)題13．以粗硅(含鐵、鋁等雜質(zhì))為原料，工業(yè)上有以下兩種制備高純硅的工藝。已知：SiCl4沸點(diǎn)57.7℃，遇水強(qiáng)烈水解；SiHCl3沸點(diǎn)31.5℃，且能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，并在空氣中易自燃。(1)寫出制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為_______。(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3中含有少量SiCl4和HCl，操作①采用的方法為_______。SiCl4和SiHCl3遇水都會(huì)劇烈反應(yīng)，都會(huì)生成、HCl。但SiHCl3會(huì)多生成一種物質(zhì)X，寫出X物質(zhì)的名稱_______。(3)實(shí)驗(yàn)室用如下裝置制備SiCl4(反應(yīng)溫度在400℃～500℃)。①裝置F的作用是_______。實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先點(diǎn)燃_______(填“A”或“D”)裝置的酒精燈一段時(shí)間后再點(diǎn)燃另一酒精燈。②寫出A裝置中的化學(xué)反應(yīng)方程式_______。(4)SiHCl3與過量H2制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置已略去)。裝置B中的試劑是_______(填名稱)，裝置C中的燒瓶加熱的目的是_______。實(shí)驗(yàn)中先讓稀硫酸與鋅粒反應(yīng)一段時(shí)間后，再加熱C、D裝置的理由是_______，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______。【答案】(1)(2)蒸餾氫氣(3)吸收尾氣Cl2，并防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入廣口瓶A(4)濃硫酸使進(jìn)入燒瓶的液態(tài)SiHCl3變?yōu)闅怏w讓H2排盡裝置中的空氣，防止SiHCl3水解和自燃【解析】(1)工業(yè)用二氧化硅和碳在高溫下反應(yīng)制備粗硅，化學(xué)反應(yīng)方程式為:。(2)SiHCl3中含有少量SiCl4和HCl，據(jù)信息:SiHCl3和SiCl4的沸點(diǎn)不同，所以操作①采用的方法為蒸餾。據(jù)信息：SiHCl3沸點(diǎn)31.5℃，且能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，并在空氣中易自燃，則SiHCl3具有很強(qiáng)的還原性，因?yàn)镾iHCl3中氫的化合價(jià)是-1價(jià)、+1價(jià)的氫發(fā)生歸中反應(yīng)，故SiHCl3與水反應(yīng)生成硅酸、HCl、H2，則SiHCl3多生成的這一種物質(zhì)X的名稱為氫氣。(3)①SiCl4能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，氯氣有毒。則實(shí)驗(yàn)中要防止E內(nèi)進(jìn)入水蒸氣、進(jìn)行尾氣吸收。故球形干燥管的作用為：吸收尾氣Cl2，并防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入廣口瓶裝；加熱下Si與氧氣能反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先點(diǎn)燃裝置A的酒精燈讓氯氣將裝置內(nèi)空氣排盡。②A裝置中MnO2和濃HCl共熱制得Cl2，化學(xué)反應(yīng)方程式為：。(4)鋅和稀硫酸制備的氫氣中含有水蒸氣，裝置B中的試劑是濃硫酸；裝置C中的液態(tài)SiHCl3變?yōu)闅怏w和氫氣發(fā)生反應(yīng)制備純硅，所以燒瓶加熱的目的是使進(jìn)入燒瓶的液態(tài)SiHCl3變?yōu)闅怏w；根據(jù)題中信息可知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，并在空氣中易自燃，實(shí)驗(yàn)中先讓稀硫酸與鋅粒反應(yīng)一段時(shí)間后，再加熱C、D裝置可以讓H2排盡裝置中的空氣，防止SiHCl3水解和自燃；裝置D中氫氣