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考点规范练10 无机非金属材料的主角——硅
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2016江苏化学)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
2.关于硅的下列叙述中,正确的是( )
A.晶体硅与金刚石分子都是正四面体结构
B.硅酸盐都不溶于水
C.硅与酸、碱都不能发生反应
D.原硅酸和硅酸对应的酸酐都是二氧化硅
3.下列有关SiO2的叙述中错误的是( )
A.SiO2是酸性氧化物,它对应的水化物是硅酸(H2SiO3)
B.硅酸可由SiO2与水反应制得
C.SiO2可与碱性氧化物或强碱反应
D.光导纤维的主要原料就是SiO2
4.近年来科学家制造出大量的新物质,对下列三种物质的相关说法错误的是( )
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石墨烯:从石墨中分离出来,是最薄、最坚硬的物质
石墨炔:平面网状结构的全碳分子,具有优良的化学稳定性
纳米碳管:具有优良的场发射性能,制作成阴极显示管、储氢材料
A.石墨烯具有良好的导电性
B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C.石墨炔孔径略大于H2分子的直径,可作H2的提纯薄膜
D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应,但反应产物不同
5.下列叙述正确的是( )
A.红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰品的主要成分都是硅酸盐
B.硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃,可用于制备硅胶和木材防火剂
C.制造玻璃是复杂的物理过程,玻璃的组成不同,性能不同
D.金刚石是自然界中硬度最大的物质,不可能与氧气发生反应
6.下列有关硅材料的说法正确的是( )
A.光导纤维的主要成分是高纯度的单质硅
B.玛瑙的主要成分是硅酸盐
C.28 g硅含有6.02×1023个电子
D.28Si、29Si、30Si是不同的核素
7.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是 ( )
A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:r(Mg2+)>r(Mg)
C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性
D.该反应中化学能全部转化为热能
8.下列离子方程式的书写正确的是( )
A.水玻璃中通入过量二氧化碳:Na2SiO3+CO2+H2O2Na++C+H2SiO3
B.澄清石灰水中通入过量二氧化碳:Ca(OH)2+2CO2Ca2++2HC
C.硅与氢氟酸的反应:Si+4H++4F-SiF4↑+2H2↑
D.二氧化硅溶于烧碱溶液中:SiO2+2OH-Si+H2O
9.C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素,下列关于其单质及化合物的说法中正确的是( )
A.三种元素在自然界中既有游离态又有化合态
B.C、Si、S的氧化物都属于酸性氧化物,能与碱反应
C.最低价的气态氢化物都具有还原性,一定条件下可与O2发生反应
D.其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱:H2SO4>H2SiO3>H2CO3
10.某溶液中含有Si、Br-、C、Na+,向该溶液中通入过量的Cl2,下列判断不正确的是( )
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A.Si和Br-浓度都会减小
B.溶液颜色会发生变化
C.该过程中不会有沉淀生成
D.离子浓度基本保持不变的只有Na+
二、非选择题(本题共5小题,共50分)
11.(8分)X是一种新型无机非金属材料,具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下:
为了确定C的组成,某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀,I可用于制造光导纤维。
按要求回答下列问题:
(1)C的化学式为 ;X的化学式为 。
(2)写出下列方程式:
反应①的化学方程式 ;
反应⑦的离子方程式 。
12.(10分)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 (填名称),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
13.(10分)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性,在国防工业中有非常重要的作用,利用铝热反应完成钢轨的焊接非常方便迅速。完成下列填空:
(1)在特制漏斗中将铝热剂混合均匀后,引发铝热反应的操作是 。
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(2)硅与铝同周期,地壳里硅、铝的含量硅 铝(填“>”“r(Mg2+),B项错误;反应方程式为2Mg+CO22MgO+C,还原剂为Mg,还原产物为C,根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性知,Mg的还原性强于C的,C项正确;燃烧过程中除了热能还有光能等其他形式的能量放出,D项错误。
8.D Na2SiO3是强电解质,应拆成Na+、Si,通入过量CO2应生成HC,A项错误;澄清石灰水中通入过量二氧化碳的离子方程式为CO2+OH-HC,B项错误;氢氟酸是弱酸,不能拆分成H+和F-,C项错误。
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9.C 硅是亲氧元素,硅元素在自然界中以硅酸盐、二氧化硅的形式存在,A错误;CO是不成盐氧化物,不与碱反应,B错误;最低价的气态氢化物化合价只能升高,具有还原性,一定条件下可与氧气反应,C正确;碳的非金属性比硅强,则碳酸酸性强于硅酸,酸性:H2SO4>H2CO3>H2SiO3,D错误。
10.C 溶液中含有Si、Br-、C、Na+,向该溶液中通入过量的Cl2,溶液呈酸性,Si、C均与H+反应,前者生成H2SiO3沉淀,后者生成CO2气体,溶液中Br-与Cl2发生氧化还原反应生成Br2,故溶液中Si和Br-浓度都会减小,A项正确,C项错误;原溶液为无色溶液,通入过量的Cl2后会有Br2生成,溶液呈橙色,B项正确;Na+不与Cl2反应,故其浓度基本保持不变,D项正确。
11.答案 (1)SiCl4 Si3N4
(2)Si+2Cl2SiCl4 Si+2H2O+2CO2H2SiO3↓+2HC
解析 本题可从I入手推断,I可用于制造光导纤维,故其为二氧化硅,F为硅酸,H为硅酸钠,E为HCl,C为四氯化硅,X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4,反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。
12.答案 (1)第二周期第ⅣA族 氧
(2)过滤 乙醇或水(合理即可)
(3)Si+2OH-+H2OSi+2H2↑ 0.17 mol·L-1
(4)③④
解析 (1)由题意可知元素Q为O(氧),形成的化合物R为CO2,其电子式为。(2)因为CCl4为液体,C(金刚石)和Na都为固体,所以用过滤法分离;除去C(金刚石)中的Na可以用水或乙醇。(3)混合物中的Si可以与NaOH溶液反应生成氢气,离子方程式为Si+2OH-+H2OSi+2H2↑。由于杂质SiO2也能生成Na2SiO3,所以可先求混合物中SiO2的质量,再求硅酸盐的物质的量浓度。
Si ~ 2H2
28 g 2 mol
1.4 g 0.1 mol
m(SiO2)=20.0 g-11.4 g-1.4 g=7.2 g
n(SiO2)=0.12 mol
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所以n(Na2SiO3)=n(Si)+n(SiO2)=+0.12 mol=0.17 mol
c(Na2SiO3)==0.17 mol·L-1。
(4)①中Cl2与H2O的反应不是置换反应;②中水晶熔化克服的是共价键,干冰熔化克服的是分子间作用力,两者不同。
13.答案 (1)铺上一层KClO3粉末,点燃插入的镁条
(2)> 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
(3)Na2O·Al2O3·6SiO2 CaAl2Si2O8
(4)0.4 mol 0.6 mol
解析 (1)氧化铁与铝在高温条件下发生铝热反应生成氧化铝和铁,反应的化学方程式为Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3,为使反应顺利进行,可加入氯酸钾,为助燃剂,同时插上镁条作为引燃剂,点燃镁条时反应放出大量的热引发反应进行,所以引发铝热反应的实验操作是加少量KClO3,插上镁条并将其点燃。
(2)地壳中含量排在前五位的元素分别是O、Si、Al、Fe、Ca,地壳里硅的含量大于铝;工业上通过电解氧化铝冶炼金属铝。
(3)结合钠长石的化学式及化合物中各元素的化合价代数和等于0可得钙长石的氧化物形式为CaO·Al2O3·2SiO2,则钙长石的化学式为CaAl2Si2O8。
(4)A中Al、Si与氢氧化钠溶液反应,B中Al、Mg与盐酸反应,A和B中Al反应放出的气体相等,因此两份气体差和质量差均来源于Mg、Si,Si、Mg与生成氢气的物质的量关系为:Si~2H2、Mg~H2,标准状况下2 240 mL气体的物质的量为=0.1 mol,通过讨论分析可知合金中Mg的质量大于Si,Si反应放出的气体体积大于Mg反应放出的气体。设A中含有的Si的物质的量为x,B中含有Mg的物质的量为y,
由质量差可得:①24 g·mol-1 y-28 g·mol-1 x=1.60 g
由气体相差0.1 mol可得:②2x-y=0.1 mol,
联立①②求得:x=0.2 mol,y=0.3 mol,则100 g该铝合金样品中Si和Mg的物质的量分别为0.4 mol、0.6 mol。
14.答案 (1) +6
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(2)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
(3)①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓ ②D
解析 含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,则A元素是Si;含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通信材料——光导纤维,则C是SiO2;C与烧碱反应生成含A元素的化合物D,则D是Na2SiO3。(1)与Si同族但相对原子质量比Si小的元素B是碳元素,其原子结构示意图为 +6。(2)C是SiO2,SiO2与氢氟酸反应的化学方程式是SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。(3)①将SiO2与纯碱混合高温熔融时反应生成Na2SiO3,化学方程式是SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑;由于酸性:H2CO3>H2SiO3,将反应产生的CO2通入Na2SiO3水溶液中,发生反应:Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓。②要将纯碱高温熔化,坩埚应该不能与纯碱发生反应。普通玻璃坩埚中含有SiO2,能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;石英玻璃坩埚的主要成分是SiO2,能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;氧化铝坩埚的主要成分氧化铝是两性氧化物,可以像SiO2那样能够与纯碱在高温下发生反应,不能使用;铁坩埚与纯碱不发生反应,可以使用。
15.答案 (1)SiO2 CaSiO3 Na2SiO3 Si H2SiO3
(2)SiO2+2CSi+2CO↑ 1∶2
(3)Si+2OH-+H2OSi+2H2↑
(4)Si+Ca2+CaSiO3↓
(5)Si+CO2+H2OH2SiO3↓+C
解析 由非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气,说明是硅及其化合物之间的转化。由反应条件是“高温”,A在高温条件下能与焦炭、CaCO3发生反应,则A为SiO2。从而推知B为CaSiO3,C为Na2SiO3,D为Si,E为H2SiO3。
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