1、1课时作业 10 碳、硅及无机非金属材料一、选择题1下列关于 SiO2和 CO2的说法中正确的是( )ACO 2、SiO 2对应的含氧酸分别是 H2CO3、H 2SiO3B常温下 CO2和 SiO2均能与 Na2CO3溶液反应CCO 2是酸性氧化物，SiO 2是两性氧化物DCO 2和 SiO2都是由相应的分子构成的解析：CO 2、SiO 2均为酸性氧化物，对应的酸分别是 H2CO3、H 2SiO3；CO 2与 Na2CO3溶液在常温下发生反应，但 SiO2只有在高温条件下才与 Na2CO3固体发生反应；CO 2由分子构成，SiO2由硅、氧原子按 12 比例构成。故正确答案为 A。答案：A2下列
2、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：Na 2SiO3CO 2H 2O=2Na CO H 2SiO323B澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH) 22CO 2=Ca2 2HCO 3C硅与氢氟酸的反应：Si4H 4F =SiF42H 2D二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO 22OH =SiO H 2O23解析：Na 2SiO3是强电解质，应拆成 Na 、SiO ，且应生成 HCO ，A 错；B 项正确写23 3法是 CO2OH =HCO ；C 项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成 H 和 F 。3答案：D3下列除杂方法正确的是( )ASiO 2中含 Al2O3杂质，可以加入足量 Na
3、OH溶液然后过滤除去BCO 2中含有 CO杂质，可以通入盛有 CuO的玻璃管且加热CCO 2中含有 HCl杂质，可以通过盛有 Na2CO3溶液的洗气瓶DNa 2CO3溶液中含有 Na2SiO3杂质，可以通入足量的 CO2，然后过滤解析：A 项，SiO 2、Al 2O3均与 NaOH反应；C 项，Na 2CO3溶液也吸收 CO2；D 项，CO 2与Na2CO3溶液也反应。答案：B4下列变化中，不能一步实现的是( )ANa 2SiO3 H 2SiO3 BH 2SiO3 SiO 2CSiO 2 H 2SiO3 DSiO 2 Na 2SiO32解析：Na 2SiO3 H2SiO3；H 2SiO3 Si
4、O2，SiO 2 Na2SiO3，SiO 2不与 H2O反 盐 酸 NaOH 应，故不能一步转化为 H2SiO3。答案：C5蛇纹石由 MgO、Al 2O3、SiO 2、Fe 2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀 X和溶液 Y中分别加入 NaOH溶液至过量。下列叙述不正确的是( )A沉淀 X的成分是 SiO2B将蛇纹石试样直接溶于过量的 NaOH溶液后过滤，可得到红色颜料 Fe2O3C在溶液 Y中加入过量的 NaOH溶液，过滤得到的沉淀的主要成分是 Fe(OH)3和 Mg(OH)2D溶液 Y中的阳离子主要是 Mg2 、Al 3 、Fe 3 、H 解
5、析：向蛇纹石试样中加入过量的盐酸，其中的 MgO、Al 2O3、Fe 2O3溶解形成含Mg2 、Al 3 、Fe 3 和 H 的溶液 Y，而 SiO2不溶解形成沉淀 X，溶液 Y中加入过量 NaOH溶液，将得到 Fe(OH)3和 Mg(OH)2沉淀，A、C、D 正确；将蛇纹石试样直接溶于过量的 NaOH溶液，其中的 Al2O3和 SiO2溶解形成 AlO 和 SiO ，而 MgO和 Fe2O3不溶解形成沉淀，B2 23错误。答案：B6下列溶液中通入大量的 CO2气体一定会产生浑浊的是( )氯化钙溶液 澄清的石灰水碳酸钠溶液 偏铝酸钠溶液硅酸钠溶液 次氯酸钙溶液A BC D解析：本题考查 CO2
6、的性质，常见酸酸性强弱的比较。HCl 是强酸，H 2CO3是弱酸，CO2气体通入氯化钙溶液中不会生成碳酸钙沉淀，不符合题意；少量 CO2气体通入澄清的石灰水中会生成碳酸钙沉淀，CO 2过量时生成能溶于水的碳酸氢钙，不符合题意；CO 2与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠，不一定会产生浑浊，不符合题意；CO 2气体通入偏铝酸钠溶液中，会生成氢氧化铝沉淀，符合题意；H 2CO3的酸性强于 H2SiO3的，CO 2通入硅酸钠溶液中，会生成 H2SiO3沉淀，符合题意；H 2CO3的酸性比 HClO的酸性强，CO 2通入次氯酸钙溶液中，生成碳酸钙，CO 2过量时生成能溶于水的碳酸氢钙，不符合题意。综上所述，通
7、入大量的 CO2气体一定会产生浑浊的是。答案：C7下列说法中正确的是( )3A单质 氧化物 酸或碱 盐，硅单质可以按上述关系进行转化 O2 H2O NaOH或 HCl B若 a、b、c 分别为 Si、SiO 2、H 2SiO3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系C二氧化碳和二氧化硅都可溶解在 NaOH溶液中D青花瓷胎体的原料为高岭土Al 2Si2O5(OH)4，若以氧化物形式可表示为Al2O3SiO2H2O解析：本题考查硅及其化合物的性质与转化。A 项，Si 与 O2反应生成 SiO2，SiO 2不与H2O反应， “氧化物 酸或碱”不能实现，错误；B 项，bc，ca 均不能通过一步反 H
8、2O 应实现，错误；C 项，二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物，都能与 NaOH溶液反应生成盐和水，正确；D 项，硅酸盐可以用氧化物的形式表示，Al 2Si2O5(OH)4可表示为Al2O32SiO22H2O，错误。答案：C8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( )ASiO 2属于两性氧化物B盛放 Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞C硅胶吸水后可重复再生D图中所示的转化都是氧化还原反应解析：SiO 2是酸性氧化物，A 错误；Na 2CO3溶液呈碱性，试剂瓶不能用玻璃塞，B 错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，例如 SiO2与 NaOH溶液的反应，D 错误。答案：C49金
9、刚砂(SiC)可由 SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为 SiO23CSiC2CO，下列有关说法中正确的是( )= = = = =高 温 A该反应中的氧化剂是 SiO2，还原剂是 CB该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为 12C该反应中每生成 1 mol SiC转移 12 mol电子D该反应中的还原产物是 SiC、氧化产物是 CO，其物质的量之比为 12解析：反应产物 SiC中 Si、C 的化合价分别为4、4，所以 SiO2既不是氧化剂，也不是还原剂；碳元素从 0价转变为4 价(SiC)和2 价(CO)，其中 CO是氧化产物，SiC 是还原产物，两者的物质的量之比为 21；根
10、据化学方程式，知该反应中每生成 1 mol SiC，转移 4 mol电子。答案：D10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：SiO2 Si(粗) SiHCl3 Si(纯) C 高 温 HCl 300 过 量 H2 1 000 1 100 下列说法正确的是( )A步骤的化学方程式为 SiO2C SiCO 2= = = = =高 温 B步骤中生成或消耗 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DSiHCl 3(沸点 33.0 )中含有少量的 SiCl4(沸点 67.6 )，
11、可通过蒸馏提纯 SiHCl3解析：应生成 CO，A 错误；转移电子数为 4 mol，B 错误；Si 也能与 HF反应，C错误。答案：D11某合金材料含铁和硅，研磨后取等量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀NaOH溶液中，放出等量的 H2，则该材料中铁和硅的关系正确的是( )A物质的量之比为 11 B物质的量之比为 12C质量之比为 41 D质量之比为 21解析：合金材料(含铁和硅)分别投入足量稀盐酸、足量的稀 NaOH溶液中，发生的反应为 Fe2HCl= =FeCl2H 2、 Si2NaOHH 2O=Na2SiO3 2H2。由题意可知，等量的合金材料样品分别与足量稀盐酸、足量的稀 NaOH溶
12、液反应，放出等量的 H2，则有 n(Fe)2 n(Si)，即 n(Fe)/n(Si)21，从而可知 m(Fe)/m(Si)(256)(128)41。答案：C12水玻璃(Na 2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工5业原料。如图是用稻壳灰(SiO 2：65%70%、C：30%35%)制取水玻璃的工艺流程：下列说法正确的是( )A原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值B操作 A与操作 B完全相同C该流程中硅元素的化合价发生改变D反应器中发生的复分解反应为 SiO22NaOH= =Na2SiO3H 2O解析：A 项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性
13、，有较高的经济价值，正确；B 项，操作 A为过滤，操作 B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C 项，SiO 2中，硅元素的化合价是4 价，Na 2SiO3中，硅元素的化合价是4 价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D 项，由复分解反应的概念可知，SiO22NaOH= =Na2SiO3H 2O不属于复分解反应，错误。答案：A二、非选择题13硅是带来人类文明的重要元素之一，在从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)工业上生产粗硅的反应有：SiO 22C Si(粗)2CO、SiO 23C= = = = =3 273 K SiC2CO。若产品中单质硅与碳化硅的物质的
14、量之比为 11，则参加= = = = =3 273 K 反应的 C和 SiO2的物质的量之比为_。(2)工业上制取纯硅和氮化硅的方法如下：其中 NH 中各元素的化合价与 NH3中的相同。请回答下列问题(各元素用相应的元素2符号表示)：a整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl 3遇水剧烈反应生成 H2SiO3、HCl 和6另一种物质，写出该反应的化学方程式_。H2还原 SiHCl3过程中若混入 O2，可能引起的后果是_。b图示、的变化中，属于氧化还原反应的是_。c在反应中，3 mol Si(NH2)4在高温下分解可得 1 mol氮化硅粉末和 8 mol NH3，则氮化硅的化学式为_。(3
15、)工业上还可以在二氧化碳氛围中利用金属钠还原二氧化硅在较低的温度下得到硅，同时生成一种盐 X。写出此种方法制备硅的化学反应方程式_。(4)常温下，SiCl 4为液态，沸点为 57.6 ，在空气中产生白色烟雾。制备高纯度硅的中间产物 SiCl4中溶有液态杂质，若要得到高纯度 SiCl4，应采用的方法是_；用化学方程式及必要文字解释 SiCl4在空气中产生白色烟雾的原因为_。解析：本题以硅及其化合物为载体，考查元素化合物的知识，意在考查考生应用知识解决实际问题的能力。(1)根据反应 SiO22C Si(粗)2CO，SiO 23C= = = = =3 273 K SiC2CO，生成 1 mol Si
16、需 C为 2 mol、SiO 2为 1 mol，生成 1 mol = = = = =3 273 K SiC需 C为 3 mol、SiO 2为 1 mol，产品中 Si与 SiC的物质的量之比为 11 时，参加反应的 C和 SiO2的物质的量之比为 52。(2)a.化学方程式为SiHCl33H 2O=H2SiO33HCl H 2。b.反应是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应是硅单质与 Cl2反应，也是氧化还原反应。c.由质量守恒可知 3 mol Si(NH2)4在高温下分解可得 1 mol Si3N4和 8 mol NH3。(3)在二氧化碳氛围中通过利用金属钠来还原二氧化硅可在较低的温度下得到硅
17、，同时生成碳酸钠，化学方程式为SiO24Na2CO 2=2Na2CO3 Si。(4)由 SiCl4的沸点低的性质可以选择蒸馏的方法纯化，但因为 SiCl4能够水解，所以必须选择无水(无水蒸气)的环境进行该操作；SiCl 4在空气中与水蒸气反应生成 H2SiO3和 HCl，产生白色烟雾。答案：(1)52 (2)a.SiHCl 33H 2O=H2SiO33HClH 2 氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化 SiHCl3 b cSi 3N4 (3)SiO24Na2CO 2=2Na2CO3 Si (4)干燥条件下蒸馏 SiCl 43H 2O=H2SiO34HCl，产生白色烟雾14如图是一些常见
18、元素的单质或化合物之间的转化关系(溶液中的水及部分反应物或7生成物未标出)。A、E 是空气的两种主要成分；反应是在 1 500 隔绝空气的条件下发生的，其中生成物 D是单质。C 是由两种元素组成的新型材料，且和 SiC具有相同的价电子数和原子数，J 是一种能引起温室效应的气体，K 是两性化合物，反应、用于工业上生产 H。请回答下列问题：(1)A的电子式：_；I 的化学式：_；H 的化学式：_。(2)写出反应的化学方程式：_ _。(3)写出反应的离子方程式(J 少量)：_。写出反应的离子方程式：_。(4)B和 SiC的纳米级复合粉末是新一代大规模集成电路理想的散热材料，反应是科学家研究开发制备该
19、纳米级复合材料的最新途径。已知：B 由 Si及另外两种元素组成，且Si与另外两种元素的物质的量之比均为 14。请写出反应的化学方程式：_。解析：本题主要考查了碳、硅、铝、氮及其化合物的性质，意在考查考生通过运用相关化学知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。根据已知信息可推测 J为 CO2，D 为 C(碳)，K 为 Al(OH)3，I 为 NaAlO2，F 为 NH3，E 为 O2，G 为 NO，H 为 HNO3，A为 N2，结合(4)中信息知 B为 Al4SiC4，故 C为 AlN。(2)反应为 NH3的催化氧化反应：4NH35O 2 4NO6H 2O。(3)反应为向 NaAlO
20、2溶液中通入 CO2的反应，离子= = = = =催 化 剂 方程式为 CO22AlO 3H 2O=2Al(OH)3CO ；反应为 AlN在碱性溶液中的水解反2 23应，离子方程式为 AlNH 2OOH =AlO NH 3。(4)反应的化学方程式为2Al4SiC42N 2 4AlNSiC3C。= = = = =1 500 答案：(1) NN NaAlO 2 HNO 3 (2)4NH35O 2 4NO6H 2O= = = = =催 化 剂 (3)CO22AlO 3H 2O=2Al(OH)3CO2 23AlNH 2OOH =AlO NH 328(4)Al4SiC42N 2 4AlNSiC3C= =
21、 = = =1 500 15某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。已知：PdCl 2溶液可用于检验 CO，反应的化学方程式为COPdCl 2H 2O=CO22HCl Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的 N2，其原因是_。(2)装置 B的作用是_ _。(3)装置 C、D 中所盛试剂分别为_、_，若装置 C、D 中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_。(4)该装置的缺点是_ _。(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物 SiC。取 18 g SiO2和 8.4 g焦炭充分反应后收集到标准
22、状况下的气体 13.44 L，假定气体产物只有 CO，固体产物只有 Si和 SiC，则 Si和 SiC的物质的量之比为_。(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_。解析：(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验前要通入足够长时间的 N2将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知，B 装置作安全瓶，防止倒吸。(3)碳与二氧化硅反应可能生成 CO也可能生成 CO2，所以 C装置用来检验CO2，D 装置用来检验 CO，所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl 2溶液；若装置 C、D 中溶液均9变浑浊，说明既有 CO2又有 CO，由于两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可
23、知化学方程式为 3SiO24C 2CO22CO3Si。(4)CO 有毒，不能直接排放到= = = = =高 温 空气中，而该装置缺少尾气吸收装置吸收未反应的 CO。(5) n(SiO2) 0.3 18 g60 gmol 1mol， n(C) 0.7 mol，充分反应后收集到 0.6 mol气体，假定气体产物只8.4 g12 gmol 1有 CO，固体产物只有 Si和 SiC，则有：SiO2 2C 2CO Si= = = = =高 温 0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 molSi C SiC= = = = =高 温 1 1 10.1 mol 0.1 mol 0.1 mol故
24、 Si和 SiC的物质的量之比为 0.2 mol0.1 mol21。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，将 CO2气体通入硅酸钠溶液，发生反应CO2H 2ONa 2SiO3=Na2CO3 H2SiO3，溶液变浑浊，说明酸性 H2CO3H2SiO3。答案：(1)将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气等对实验产生干扰 (2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水 PdCl 2溶液 3SiO 24C 2CO22CO3Si= = = = =高 温 (4)缺少尾气吸收装置 (5)21(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸16三氯氢硅是制备多晶硅、单晶硅的重要原料。在加热条件下，粗硅
25、与氯化氢气体反应生成三氯氢硅，以下是实验室制备三氯氢硅的装置示意图：已知：熔点() 沸点() 化学性质SiHCl3 126 33 遇水强烈水解10SiCl4 70 58 遇水强烈水解(1)仪器 a的名称是_。(2)装置 A中的试剂是_，其作用是_。(3)装置 B中的玻璃管内装有粗硅，加热时发生的主要反应的化学方程式为_ _。(4)装置 C中冰水的作用是_ _，装置 D的干燥管中盛有碱石灰，其作用是_。(5)这种方法得到的 SiHCl3中含有少量 SiCl4，对 SiHCl3进行提纯的操作方法是_ _。解析：本题考查化学综合实验，意在考查考生对化学实验基本方法和技能的掌握情况。(1)根据仪器 a
26、的结构特点及在装置图中的位置可知，a 为圆底烧瓶。(2)由表格中提供的信息可知，反应物中不能混有水分，故装置 A是干燥装置，对 HCl气体进行干燥应选用浓硫酸。(3)Si 与 HCl在加热条件下发生氧化还原反应生成 SiHCl3和 H2。(4)生成物 SiHCl3的沸点低，以气体的形式逸出，故用冰水使之冷却液化；碱石灰的作用：吸收尾气和防止空气中的水蒸气进入。(5)SiHCl 3和 SiCl4的沸点不同，可以采用蒸馏法进行提纯。答案：(1)圆底烧瓶(2)浓硫酸 干燥 HCl(3)Si3HCl SiHCl3H 2= = = = = (4)冷却生成物，使之液化 吸收未反应的 HCl和空气中的水蒸气(5)蒸馏
