第1節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角硅一、選擇題1硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是()解析：選C?，旇?、光導(dǎo)纖維和水晶的主要成分是SiO2，硅單質(zhì)可用來制造太陽能電池板。2下列關(guān)于碳、硅的敘述正確的是()A碳、硅都是A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(zhì)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(yīng)生成相應(yīng)的鹽D高純度的二氧化硅用于制造半導(dǎo)體材料解析：選C。自然界中含有單質(zhì)碳(如金剛石、石墨)，A錯(cuò)誤；二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)(如熔、沸點(diǎn))差別很大，B錯(cuò)誤；高純度的晶體硅用于制造半導(dǎo)體材料，D錯(cuò)誤。3大多數(shù)物質(zhì)的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)或用途得來的。下列物質(zhì)的俗名與化學(xué)式或用途不相符的一組是()選項(xiàng)俗名主要成分(化學(xué)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(dǎo)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：Na2SiO3CO2H2O=2NaCOH2SiO3B澄清石灰水中通入過量二氧化碳：Ca(OH)22CO2=Ca22HCOC硅與氫氟酸的反應(yīng)：Si4H4F=SiF42H2D二氧化硅溶于燒堿溶液中：SiO22OH=SiOH2O解析：選D。A項(xiàng)，Na2SiO3是強(qiáng)電解質(zhì)，應(yīng)拆分成Na、SiO，且應(yīng)生成HCO；B項(xiàng)，正確寫法是CO2OH=HCO；C項(xiàng)，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(fù)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(zhì)，不可能與氧氣發(fā)生反應(yīng)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(zhì)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；制造玻璃包含復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；金剛石是碳單質(zhì)，具有碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。6壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O34SiO2H2O，下列觀點(diǎn)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?yàn)楹胁煌螒B(tài)的金屬氧化物C潮濕的空氣可能導(dǎo)致壽山石作品表面溶解變質(zhì)D久置于干燥空氣中可能會(huì)導(dǎo)致壽山石作品脫水變質(zhì)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(yīng)，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(yīng)，在潮濕的空氣中不會(huì)溶解變質(zhì)，C錯(cuò)誤；久置于干燥空氣中，會(huì)失去其中的結(jié)晶水變質(zhì)，D正確。7下列除雜方法正確的是()ASiO2中含Al2O3雜質(zhì)，可以加入足量NaOH溶液然后過濾除去BCO2中含有CO雜質(zhì)，可以通入盛有CuO的玻璃管并加熱CCO2中含有HCl雜質(zhì)，可以通入盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶DNa2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質(zhì)，可以通入足量的CO2，然后過濾除去解析：選B。A項(xiàng)，SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應(yīng)；C項(xiàng)，應(yīng)通入盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶；D項(xiàng)，引入了NaHCO3雜質(zhì)。8水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)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(jià)格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jià)發(fā)生改變D反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)解析：選A。A項(xiàng)，稻殼灰來源廣泛價(jià)格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，正確；B項(xiàng)，操作A為過濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，二氧化硅中，硅元素的化合價(jià)是4價(jià)，硅酸鈉中，硅元素的化合價(jià)也是4價(jià)，所以該流程中硅元素的化合價(jià)沒有發(fā)生改變，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，此反應(yīng)沒有化合價(jià)的變化，屬于非氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤。9科學(xué)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：容器中進(jìn)行的反應(yīng)為Si(粗)3HCl(g)SiHCl3(l)H2(g)；容器中進(jìn)行的反應(yīng)為SiHCl3H2Si(純)3HCl。下列說法正確的是()A該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是部分反應(yīng)物可循環(huán)使用 B最好用分液的方法分離Si和SiHCl3C反應(yīng)和中HCl均作氧化劑 D反應(yīng)和互為可逆反應(yīng)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(yīng)中HCl是生成物，是氧化產(chǎn)物；反應(yīng)、不在同一條件下進(jìn)行，不是可逆反應(yīng)。10濃度相同的NaOH溶液各100 mL倒入A、B、C三個(gè)燒杯中，分別向三份溶液中通入不等量的CO2，充分反應(yīng)后，再向三份所得溶液中逐滴加入0.2 molL1的鹽酸，產(chǎn)生CO2的體積與所加鹽酸體積之間的關(guān)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 molL1BB燒杯中通入的CO2體積為448 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C通入CO2后，A燒杯中的溶質(zhì)為Na2CO3和NaHCO3D通入CO2后，C燒杯中溶質(zhì)成分的物質(zhì)的量之比為n(NaOH)n(Na2CO3)21解析：選B。CO2通入NaOH溶液，可能發(fā)生反應(yīng)2NaOHCO2=Na2CO3H2O或NaOHCO2=NaHCO3，由圖示可知，滴加鹽酸時(shí)均不直接產(chǎn)生CO2氣體，且最終完全反應(yīng)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 molL1，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)2NaOHCO2可知n(CO2)0.01 mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下V(CO2)224 mL，B錯(cuò)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(zhì)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(zhì)為Na2CO3和NaOH，n(Na2CO3)n(NaHCO3)(10075)1030.2 mol5103 mol，故n(NaOH)(500)1030.2 mol1102 mol，即n(NaOH)n(Na2CO3)21，D正確。二、非選擇題11硅是無機(jī)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(xué)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(shí)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2CSiO2Si2CO制備粗硅，該反應(yīng)中所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是_(填化學(xué)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(yīng)，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(yīng)，Al2O3也可與Na2CO3反應(yīng)。答案：(1)D(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O氫氟酸(3)防火劑D(4)CSiO212分別取等物質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)系如下圖(分A、B兩種情況)：(1)在A情況下，溶質(zhì)是_(填化學(xué)式)，其物質(zhì)的量之比為_。在B情況下，溶質(zhì)是_(填化學(xué)式)，其物質(zhì)的量之比為_。(2)原氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為_。解析：(1)CO2通入NaOH溶液中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，據(jù)CO2量與NaOH量的相對(duì)多少，有兩個(gè)階段：CO22NaOH=Na2CO3H2O，此時(shí)溶質(zhì)可能為NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(剛好反應(yīng))；Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，此時(shí)溶質(zhì)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(shí)就是最初通入的與NaOH溶液反應(yīng)的CO2)是A情況的2倍。(2)當(dāng)加入150 mL鹽酸時(shí)，恰好完全反應(yīng)，此時(shí)溶液中溶質(zhì)為NaCl。據(jù)元素守恒有n(NaOH)n(Na)n(Cl)0.2 mol/L0.15 L0.03 mol，所以原氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為0.03 mol/0.02 L1.5 mol/L。答案：(1)NaOH、Na2CO311Na2CO3、NaHCO311(2)1.5 mol/L13綜合利用CO2、CO對(duì)構(gòu)建低碳社會(huì)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(zhì)，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A、A族元素形成的氧化物中尋找C可在具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)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(yīng)逆向進(jìn)行，放出CO2，Li4SiO4再生，寫出CO2與Li4SiO4反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(3)如圖所示，利用缺鐵氧化物(如Fe0.9O)可實(shí)現(xiàn)CO2的綜合利用、構(gòu)建低碳環(huán)保社會(huì)。過程反應(yīng)中二氧化碳作_(填“氧化”或“還原”)劑，每生成3 mol的Fe3O4可轉(zhuǎn)化CO2的體積為_(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。請(qǐng)說明該轉(zhuǎn)化的優(yōu)點(diǎn)：_。解析：(1)A項(xiàng)，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(zhì)，故A正確；B項(xiàng)，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，鋰與鈉、鎂為A、A族元素，所以可在A、A族元素形成的氧化物中尋找吸收CO2的其他物質(zhì)，故B正確；C項(xiàng)，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它們都沒有強(qiáng)氧化性，且吸收二氧化碳與氧化還原反應(yīng)無關(guān)，故C錯(cuò)誤。(2)在500 ，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，反應(yīng)物為CO2與Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根據(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)物還有Li2SiO3，所以化學(xué)方程式為CO2Li4SiO4Li2CO3Li2SiO3。(3)根據(jù)圖示可知，F(xiàn)e0.9O可以將CO2轉(zhuǎn)化為Fe3O4和C，過程反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe0.9OCO2=Fe3O4C，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(shí)現(xiàn)鐵的氧化物的循環(huán)利用。答案：(1)AB(2)CO2Li4SiO4Li2CO3Li2SiO3(3)氧化22.4 L將CO2轉(zhuǎn)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(gè)又一個(gè)奇跡。(1)工業(yè)生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有SiO22CSi(粗)2CO，SiO23CSiC2CO。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為11，則參加反應(yīng)的C和SiO2的質(zhì)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：若反應(yīng)為Si(粗)3HClSiHCl3H2，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。設(shè)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(yīng)中HCl的利用率為90%，反應(yīng)中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入HCl 和H2的物質(zhì)的量之比是_ 。解析：(1)將兩方程式疊加，可知C和SiO2的物質(zhì)的量之比為52，因此質(zhì)量比為(512)(260)12。(2)由流程圖可知反應(yīng)是SiHCl3和H2反應(yīng)生成純硅和HCl，因此化學(xué)方程式為SiHCl3H2Si(純)3HCl。由題中條件可知：Si(粗)3HClSiHCl3H21 mol 3 mol1 molSiHCl3H2Si(純)3HCl1 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(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比為(3)(1)51。答案：(1)12(2)SiHCl3H2Si(純)3HCl51