非金属碳、硅及其化合物 突破训练（一）.doc

非金属碳、硅及其化合物 突破训练（一）‎ ‎1.证明生石灰中既混有石英,又混有石灰石的正确方法是 (　　)‎ A.加入过量的盐酸,观察是否有气泡冒出 B.加入过量的烧碱溶液,观察是否有固体溶解 C.加热至高温,观察是否有气泡冒出,是否有硅酸钙生成 D.先加过量的盐酸搅拌,观察是否有不溶物剩余及气泡出现;若有不溶物则滤出,投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解 ‎[解析] SiO2不溶于除氢氟酸以外的酸;CaCO3溶于盐酸时会有气泡产生,SiO2能溶于NaOH溶液。‎ ‎2.如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程,下列说法正确的是 (　　)‎ A.SiO2属于两性氧化物 B.盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞 C.硅胶吸水后可重复再生 D.图中所示转化反应都是氧化还原反应 ‎[解析] SiO2是酸性氧化物,它能与氢氟酸反应是其特殊性质,A项错误;Na2CO3溶液显碱性,不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放,B项错误;在图示转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应,其余均为非氧化还原反应,D项错误。‎ ‎3.下列离子方程式,正确的是 (　　)‎ A.澄清石灰水中通入过量二氧化碳:Ca2++2OH-+CO2CaCO3↓+H2O B.碳酸钠溶液中加入二氧化硅:C+SiO2Si+CO2↑‎ C.二氧化硅与烧碱溶液反应:SiO2+2OH-Si+H2↑‎ D.硅酸与烧碱溶液中和:H2SiO3+2OH-Si+2H2O ‎[解析] 过量二氧化碳通入澄清石灰水中生成可溶性的碳酸氢钙,A项错误;碳酸钠溶液中加入二氧化硅不反应,B项错误;二氧化硅与烧碱溶液反应生成硅酸钠和水,C项错误。‎ ‎4.科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图K14-3所示:‎ 图K14-3‎ 容器①中进行的反应为Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g);容器②中进行的反应为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。下列说法正确的是　(　　)‎ A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3‎ C.两个反应中HCl均作氧化剂 D.两个反应属于可逆反应 ‎[解析] 该工艺流程中HCl和H2两种气体可循环使用;分离Si与SiHCl3可用过滤的方法;容器②的反应中HCl是生成物,是氧化产物;两个反应不在同一条件下进行,不是可逆反应。‎ ‎5.大气中CO2含量的增加会加剧“温室效应”。下列活动会导致大气中CO2含量增加的是(　　)‎ A．燃烧煤炭供热　　　　　　 B．利用风力发电 C．增加植被面积 D．节约用水用电 解析：选A　燃烧煤炭供热会产生CO2，A正确；利用风力发电不会产生CO2，B错误；增加植被面积，会增加植物的光合作用，减少大气中CO2‎ 的含量，C错误；节水节电不会增加CO2的排放，D错误。‎ ‎6．《本草衍义》中有如下叙述：“嘉州峨眉山有燕萨石，形六棱而锐首，色莹白明澈。”这里“燕萨石”的主要成分可能是(　　)‎ A．CaO　　　　　　　 B．SiO2‎ C．石墨 D．NaCl 解析：选B　由题意知“燕萨石”为无色透明的晶体，NaCl和CaO的形状不符合，石墨是黑色，颜色不符合，只有SiO2晶体符合。‎ ‎7．气凝胶是一种世界上最轻的固体，也被称为“固态烟”，非常坚固耐用，它可以承受相当于自身重量几千倍的压力，最高能承受1 400摄氏度的高温，绝热性能十分优越，其主要成分是二氧化硅等。下列说法正确的是(　　)‎ A．该材料具有良好的导电性 B．二氧化硅可用于制作光导纤维 C．二氧化硅耐所有的酸或碱 D．水泥的主要成分是二氧化硅 解析　气凝胶的主要成分是二氧化硅，二氧化硅不导电，A项不正确；二氧化硅可溶于强碱和氢氟酸，C项不正确；水泥的主要成分是硅酸盐，D项不正确。‎ ‎8．我国成功发射了嫦娥一号探测卫星，确定对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测等。月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层5 cm的沙土就含有铁单质上亿吨，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石(Mg2Fe2Si2O8)等。下列说法或分析不正确的是(　　)‎ A．辉石、钾长石及橄榄石均属于硅酸盐矿 B．钾长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2‎ C．橄榄石中铁为＋2价 D．辉石的氧化物形式为CaO·MgO·2SiO2‎ 解析　B项，K、Al、Si的个数比为1∶1∶3，应表示为K2O·Al2O3·6SiO2。‎ ‎9‎ ‎.据报道,科学家通过对稻壳进行控制性热解,可从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是(　 　)‎ A.二氧化硅溶于水生成硅酸,所以二氧化硅属于酸性氧化物 B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸 C.因为高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应能放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强 D.水晶是比较纯净的二氧化硅,沙子的主要成分是硅酸盐 解析:二氧化硅为酸性氧化物,但其不溶于水,A项错误;硅酸的酸性比碳酸弱,B项正确,C项错误;沙子的主要成分是二氧化硅,D项错误。‎ ‎10.随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作,可以获取大量月球物质并进行成分分析,月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、正长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg2SiO4 或Fe2SiO4]等。下列说法或分析不正确的是(　 　)‎ A.辉石、正长石及橄榄石均属于硅酸盐矿 B.正长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2‎ C.橄榄石中铁元素为+2价 D.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气 解析:根据辉石、正长石和橄榄石的化学式可知三者均属于硅酸盐矿,A正确;根据元素化合价不变的原则,将正长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2,B不正确;根据化合物中元素正负化合价代数和为零,可知橄榄石中铁元素为+2价,C正确;铁单质与氧气接触易被氧化,月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气,D正确。‎ ‎11.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备:‎ SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)‎ 下列说法正确的是(　 　)‎ A.步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑‎ B.步骤①②③中生成或消耗1 mol Si,转移2 mol电子 C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应 D.SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点 67.6 ℃),可通过蒸馏提纯SiHCl3‎ 解析:A项,高温下SiO2与C反应生成Si和CO,即步骤①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,错误;B项,步骤①中生成1 mol Si,转移4 mol电子,步骤②中生成1 mol SiHCl3,消耗1 mol Si,转移2 mol电子,步骤③中生成1 mol Si,转移2 mol电子,错误;C项,硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气,错误;D项,SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大,可以采用蒸馏的方法分离,正确。‎ ‎12.氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如下图所示：‎ 其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：‎ ‎(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学反应方程式表示其原因：___________________________________________________________________________。‎ ‎(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是_________________________________‎ ‎________________。‎ ‎(3)SiCl4在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为_________________________________________________________。‎ ‎(4)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________________。‎ ‎(5)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。‎ 写出SiCl4‎ 与B和C两种气体反应的化学方程式__________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(2)①②‎ ‎(3)SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓‎ ‎(4)Si3N4　 (5)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl 解析：石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应②是硅单质与Cl2反应，也是氧化还原反应。SiCl4水解可以看作Si结合四个OH－生成H4SiO4，H4SiO4不稳定失水生成H2SiO3，Cl－结合H＋生成HCl。氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得。结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。‎ ‎13.金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。‎ ‎(1)碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物R为非极性分子。碳元素在周期表中的位置是__________________，Q是______，R的电子式为______________。‎ ‎(2)一定条件下，Na还原CCl4可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收其中的CCl4的实验操作名称为________，除去粗产品中少量钠的试剂为________。‎ ‎(3)碳还原SiO2制SiC，其粗产品中杂质为Si和SiO2，现将20.0 g SiC粗产品加入到过量的NaOH溶液中充分反应，收集到0.1 mol氢气，过滤得SiC固体11.4 g，滤液稀释到1 L。生成氢气的离子方程式为____________________________________________________，‎ 硅酸盐的物质的量浓度为________。‎ ‎(4)下列叙述正确的有________(填序号)。‎ ‎①Na还原CCl4的反应、Cl2与H2O的反应均是置换反应 ‎②水晶、干冰熔化时克服粒子间作用力的类型相同 ‎③Na2SiO3溶液与SO3的反应可用于推断Si与S的非金属性强弱 ‎④钠、锂分别在空气中燃烧，生成的氧化物中阴阳离子数目比均为1∶2‎ 解析：(1)碳元素的原子有两个电子层，最外层有四个电子，故在第二周期第IVA族。与碳能形成两种气态化合物的为氧元素，会形成CO、CO2，其中CO2为非极性分子。‎ ‎(2)联想高温下4Na＋TiCl4===Ti＋4NaCl，故Na还原CCl4发生反应后生成金刚石、NaCl，其中只有CCl4为液态，其余均为固体，故可采用过滤的方法回收CCl4。粗产品中混有的金属钠，利用其与乙醇或水反应除去。‎ ‎(3)非金属单质只有硅可与NaOH溶液反应放出H2，其化学方程式为：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，再将其改写成离子方程式。m(Si)＝1.4 g，m(SiC)＝11.4 g，则m(SiO2)＝7.2 g，溶液中硅酸根物质的量＝＋＝0.17 mol，c(SiO)＝＝0.17 mol/L。‎ ‎(4)①Cl2与H2O反应生成HCl与HClO，不是置换反应，故①错。‎ ‎②水晶(即SiO2)属于原子晶体，干冰属于分子晶体，熔化时，前者克服共价键，后者克服分子间作用力。‎ ‎③SO3加入水中生成H2SO4，H2SO4与Na2SiO3溶液反应生成H2SiO3。即酸性H2SO4>H2SiO3，可判断S元素的非金属性大于Si。‎ ‎④钠在空气中燃烧生成Na2O2，阴离子为O，故阴阳离子数目比为1∶2，锂在空气中燃烧生成Li2O，阴阳离子数目比为1∶2，故④正确。‎ 答案：(1)第二周期第IVA族　氧或(O)　∶∶C∶∶ ‎(2)过滤　乙醇 ‎(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑　0.17 mol/L ‎(4)③④‎ ‎14.二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。‎ ‎(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的________性。‎ ‎(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为___________________________________。‎ ‎(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接顺序为a―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。‎ ‎(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为______，后面装置C的作用为________________________________________________________________________。‎ ‎(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和______、________等。‎ ‎(6)新的制取SiH2Cl2的方法是：往硅粉中先通入Cl2，在300～350 ℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体顺序相反，结果会__________________________(用化学方程式表示)。‎ 解析：(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入B中，则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或无水CaCl2，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体顺序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。‎ 答案：(1)吸水　(2)Si＋2HClSiH2Cl2‎ ‎(3)d　e　f　g　b　c　d ‎(4)P2O5或无水CaCl2　尾气处理和防止空气中的水进入B中　(5)SiCl4　SiHCl3　(6)SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl)‎ ‎15.在工业中利用镁制取硅：2Mg＋SiO2‎ ‎2MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：‎ ‎(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________(填序号)。‎ a．石灰石　　　b．锌粒　　　c．纯碱 ‎(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由__________________________，‎ 当反应开始后，移走酒精灯反应能继续___________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为________________________________________。‎ 解析　(1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而可用H2。那么试管中应选用的固体药品为锌粒；(2)实验开始时应先通入氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响。然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行；(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，生成的SiH4可自燃，SiH4＋2O2===SiO2↓＋2H2O，所以会观察到闪亮的火星。‎ 答案　(1)b ‎(2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行 ‎(3)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑‎ ‎②SiH4＋2O2===SiO2↓＋2H2O ‎16.胃舒平主要成分是氢氧化铝,同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。‎ ‎(1)三硅酸镁的氧化物形式为　 。 ‎ ‎(2)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料,其原因是　　　 　(填字母)。 ‎ a.Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体 b.Al2O3、MgO和SiO2都是金属氧化物 c.Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点 解析:(1)Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·nH2O。‎ ‎(2)Al2O3、MgO和SiO2均具有很高的熔点,故可作为耐火材料。‎ 答案:(1)2MgO·3SiO2·nH2O　(2)c ‎17.我国的航空航天事业取得了令世界瞩目的成就。请回答下列问题:‎ ‎(1)耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。石英玻璃的成分是　　　　(填化学式),该物质的类别属于　　　　　　　(填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”),实验室中不能用玻璃塞试剂瓶盛放KOH溶液,原因是　 (用离子方程式表示)。‎ ‎(2)太阳能电池帆板是“天宫二号”空间运行的动力源泉,其性能直接影响到“天宫二号”的运行寿命和可靠性。“天宫二号”使用光太阳能电池,该电池的核心材料是　　　 　,其能量转化方式为　 。 ‎ 解析:(1)石英的主要成分为二氧化硅,其化学式为SiO2,它是玻璃工业和陶瓷工业的原料、冶金工业的助熔剂、石英玻璃的主要成分;SiO2能与强碱溶液反应生成硅酸盐和水,所以SiO2属于酸性氧化物;常温下,KOH与玻璃塞中的SiO2发生反应生成K2SiO3(具有黏性)和H2O,反应的离子方程式为SiO2+2OH-Si+H2O。‎ ‎(2)太阳能电池的核心材料是晶体硅,其能量转化方式是太阳能转化为电能。‎ 答案:(1)SiO2　酸性氧化物 SiO2+2OH-Si+H2O ‎(2)Si(或晶体硅)　太阳能转化为电能