1、1课后作业 17 含硅矿物与信息材料(时间:45 分钟 满分:100 分)一、选择题(本题包括 14 小题,每小题 5 分,共 70 分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )A.氮化硅陶瓷的化学式为 Si3N4B.碳化硅(SiC)的硬度大,熔点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承C.光导纤维是光缆通讯的重要材料,其主要成分为 SiO2D.2MgOSiO2中的酸根阴离子为 SiO2-4答案 D解析 D 中酸根阴离子应为 Si ,故 D 错误。O4-42.下列五个转化,其中不可能通过一步反应实现的是( )SiO 2Na 2SiO3 CuSO 4CuCl 2 SiO
2、 2H 2SiO3CuOCu(OH) 2 Na 2O2NaOHA. B.C. D.答案 B解析SiO 2+2NaOH Na2SiO3+H2O;CuSO 4+BaCl2 BaSO4+CuCl 2;2Na 2O2+2H2O 4NaOH+O2,SiO 2和 CuO 均不溶于水,因此 SiO2、CuO 不可能通过一步反应分别生成 H2SiO3、Cu(OH) 2。3.下列说法正确的是( )A.制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱B.普通玻璃是电的绝缘体,这种透明的固体物质是混合物,无固定的熔点C.普通玻璃俗称水玻璃D.硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅答案 B解析制取玻璃的原料中有纯碱,而制取水泥的原料中没有
3、纯碱,A 错误;玻璃属于混合物,没有固定的熔、沸点,B 正确;普通玻璃和水玻璃的成分不同,水玻璃不是普通玻璃的俗名,C 错误;制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石,石灰石中不含有硅,D 错误。4.下列有关硅酸盐的叙述,正确的是( )A.大部分硅酸盐都易溶于水,Na 2SiO3是常见的可溶性硅酸盐,其水溶液俗称水玻璃,可用作建筑黏合剂B.石英砂可与烧碱反应制水玻璃:SiO2+2OH- Si +H2OO2-3C.硅酸具有酸的通性,能使石蕊溶液变红D.石棉 Mg3Ca(SiO3)4可表示为氧化物形式 3MgOCaO4SiO2答案 B2解析硅酸盐大部分难溶于水,常见硅酸盐中只有 Na2SiO3、K 2Si
4、O3等可溶,Na 2SiO3的水溶液具有黏性,可作建筑黏合剂,A 错误;石英砂成分为 SiO2,SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O,NaOH、Na 2SiO3为强电解质可拆成离子形式,B 正确;硅酸具有酸的通性,例如能与碱反应,但其难溶于水,不能使石蕊溶液变色,C错误;硅酸盐改写成氧化物形式时要按“较活泼金属氧化物较不活泼金属氧化物二氧化硅水”的顺序排列,由于 Ca 活泼性强于 Mg,所以其氧化物形式为 CaO3MgO4SiO2,D 错误。5.下列关于二氧化硅的叙述中,正确的是( )A.二氧化硅不溶于水,也不与水反应生成对应的酸B.二氧化硅是一种酸性氧化物,它不与任何酸发生反应C.二
5、氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠和 CO2,说明硅酸的酸性强于碳酸D.二氧化硅和二氧化碳物理性质相似答案 A解析二氧化硅在常温下为固体,熔、沸点高,硬度大,不溶于水及一般溶剂,而二氧化碳在常温下为气体,熔、沸点低,可溶于水形成碳酸;二氧化硅为酸性氧化物,因为二氧化硅可与碱溶液反应生成盐和水;二氧化硅不能与一般的酸反应,但它可与氢氟酸反应,化学方程式为SiO2+4HF SiF4+2H 2O;二氧化硅在高温下可与 Na2CO3发生反应:Na 2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2,此反应能发生并不是硅酸的酸性强于碳酸,而是遵循高沸点物质制低沸点物质的原理。6.下列说法错误的是( )A.
6、高纯度的单质硅被广泛应用于制作计算机芯片B.铅笔芯的主要成分是石墨C.利用高纯硅可以制成光电池,将光能直接转化为电能D.SiO2可用于制造光导纤维和半导体元件答案 D7.下列关于碳和硅的叙述正确的是( )A.其氧化物都能与 NaOH 溶液反应B.其单质在加热时都能与 O2反应C.其氧化物都能溶于水生成相应的酸D.碳和硅两种元素共有两种单质答案 B解析 CO 不能与 NaOH 溶液反应;SiO 2不能溶于水生成相应的酸;碳有金刚石、石墨、C 60等多种单质,硅有晶体硅和无定形硅,所以两种元素可以形成多种单质。8.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所示:容器中进行的反应为Si
7、(粗)+3HCl(g) SiHCl3(l)+H2(g);容器中进行的反应为3SiHCl 3+H2 Si(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 SiHCl3C.反应和中 HCl 均作氧化剂D.反应和属于可逆反应答案 A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;反应中 HCl是生成物,是氧化产物;反应、不在同一条件下进行,不是可逆反应。9.下列除杂方法正确的是( )A.CO2中含有 CO 杂质,可以通入盛有 CuO 的玻璃管且加热B.SiO2中含 Al2O3杂质,可
8、以加入足量 NaOH 溶液,然后过滤除去C.CO2中含有 HCl 杂质,可以通过盛有 Na2CO3溶液的洗气瓶D.Na2CO3溶液中含有 Na2SiO3杂质,可以通入足量的 CO2,然后过滤答案 A解析 SiO2、Al 2O3均与 NaOH 溶液反应,B 项错误;Na 2CO3溶液能吸收 CO2生成 NaHCO3,C、D 两项错误。10.将足量 CO2气体通入水玻璃(Na 2SiO3溶液)中,然后加热蒸干,再在高温下充分灼烧,最后所得固体物质是( )A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na 2SiO3C.Na2CO3、SiO 2 D.SiO2答案 A解析将足量 CO2气体通入水玻璃中,发生反
9、应:2CO 2+Na2SiO3+2H2O H2SiO3+2NaHCO 3;加热蒸干、高温灼烧时发生反应:H2SiO3 H2O+SiO2;2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H 2O;Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2,所以最后所得固体物质是 Na2SiO3,A 项正确。11.某粗硅中含有铁杂质,取等质量的该样品分别投入足量的稀盐酸和足量的氢氧化钠溶液中,放出氢气的物质的量之比为 18,则该粗硅中铁和硅的关系正确的是( )A.质量比为 14 B.质量比为 18C.物质的量之比为 14 D.物质的量之比为 12答案 C解析 Si 与盐酸不反应,Fe 与 NaOH 溶液不反应。由化学方
10、程式 Fe+2HCl FeCl2+H2和Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2可知当前后两反应放出氢气的物质的量之比为 18 时,Fe 与 Si 物质的量之比为 14,质量之比为 12。12.下列说法正确的是( )A.高温下,可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO 2)制取硅的反应B.CO2和钠在一定条件下反应可以得到金刚石和碳酸钠,反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是344C.现代海战通过喷放液体 SiCl4(极易水解)和液氨可产生烟幕,其主要成分是 NH4ClD.从燃煤烟道灰中(含 GeO2)提取半导体材料单质锗(Ge),没有发生氧化还原反应答案 C解析试管由玻璃制成,玻璃的主要成分
11、中含有 SiO2,高温下 SiO2与 C(碳)反应,A 错误;反应中 CO2作氧化剂,Na 作还原剂,根据化合价升降总数相等的原则,氧化剂与还原剂的物质的量之比为 14,B错误;SiCl 4水解生成 HCl 和硅酸,HCl 与氨反应生成 NH4Cl,C 正确;Ge 由化合态到游离态,一定发生氧化还原反应,D 错误。13.SiO2是一种重要的化工原料。下列说法错误的是( )A.图中所含反应都不属于氧化还原反应B.纯净二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要材料C.用盐酸可除去石英砂(主要成分为 SiO2)中的碳酸钙D.炼铁时用石灰石将矿石中的脉石转化为易熔的炉渣答案 A解析 C 与 SiO2反应、Si
12、 与 Cl2反应、SiCl 4与 H2反应,都属于氧化还原反应。14.工业生产的生石灰中常混有二氧化硅和石灰石。现将该生石灰样品溶于过量的盐酸中。然后在不断搅拌的情况下,向反应混合液中逐滴加入氢氧化钠溶液至过量,如果纵坐标表示固体难溶物的质量( m),横坐标表示所加入氢氧化钠溶液的体积( V),则下列图示正确的是( )答案 B解析生石灰、二氧化硅和石灰石的混合物中加入过量盐酸,生石灰和石灰石溶解,二氧化硅不溶解。向反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液,NaOH 首先与过量的盐酸发生反应,所以开始时固体难溶物的质量无变化,C、D 两项错误;当酸耗完后,SiO 2开始溶解,发生反应的离子方程式为 SiO
13、2+2OH- Si+H2O,Si +Ca2+ CaSiO3,依据两个离子方程式可知 1molSiO2(60g)溶解,同时生成 1molO2-3 O2-3难溶物 CaSiO3(116g),难溶物的质量增加,待 SiO2完全反应后,氯化钙与 NaOH 反应,生成氢氧化钙沉淀,所以沉淀质量不断增加,当钙离子全部生成沉淀后,再加入氢氧化钠,沉淀质量不变。二、非选择题(本题包括 2 小题,共 30 分)515.(15 分)氮化硅硬度大、熔点高、不溶于一般的酸,是一种重要的结构陶瓷材料。一种用工业硅含少量钾、钠、铁、铜的氧化物。已知硅的熔点是 1 420 ,高温下 O2及 H2O(g)能腐蚀氮化硅合成氮化
14、硅的工艺流程如下:(1)净化 N2和 H2时,铜屑的作用是 ;硅胶的作用是 。 (2)在氮化炉中 3Si(s)+2N2(g) Si3N4(s) H=-727.5 kJmol-1,开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度? ; 体系中要通入适量的氢气是为了 。 (3)X 可能是 (选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。 (4)如何说明氮化硅产品已用水洗干净? 。 (5)用硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN 3)作氮源,直接燃烧生成氮化硅(发生置换反应),该反应的化学方程式为 。 答案(1)除去原料气中的氧气 除去生成的水蒸气(2)这是放热反应,防止局部过热,导致硅熔化熔合成团,阻碍与 N2的接
15、触 将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去(若答将整个体系中空气排尽也可得分)(3)硝酸(4)洗涤后的滤出液呈中性(5)9Si+4NaN3 3Si3N4 +4Na解析分析流程图时,我们需依据工业生产的目的,明确各步操作的原理。工业生产氮化硅的主要反应为:3Si+2N 2 Si3N4,在此之前,需制备纯净的 N2,所以前面三步是除去氮气中的杂质(O 2及 H2O),加酸洗涤的目的是除去氮化硅中混有的金属氧化物及铜屑,因此加入的酸必为稀硝酸。16.(15 分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度 45
16、0500 ),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图:6相关信息如下:a.四氯化硅遇水极易水解;b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;c.有关物质的物理常数见下表:物质SiCl4BCl3 AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8 315 熔点/-70.0-107.2 升华温度/ 180 300 162请回答下列问题:(1)写出装置 A 中发生反应的离子方程式 。 (2)装置 A 中 g 管的作用是 ;装置 C 中的试剂是 ;装置 E 中的 h瓶需要冷却的理由是 。 (3)装置 E 中 h 瓶收集到的粗产物可通过精馏得到高纯度
17、四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是 (填写元素符号)。 (4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成 Fe2+,再用 KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式是 5Fe2+Mn +8H+ 5Fe3+Mn2+4H2O。O-4滴定前是否要滴加指示剂? (填“是”或“否”),请说明理由 。 某同学称取 5.000 g 残留物,经预处理后在容量瓶中配制成 100 mL 溶液,移取 25.00 mL 试样溶液,用 1.00010-2 molL-1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准溶液 20.00 mL,则残留物中铁
18、元素的质量分数是 。 答案(1)MnO 2+4H+2Cl- Mn2+Cl2+2H 2O(2)平衡压强 浓硫酸 使 SiCl4冷凝(3)Al、P、Cl(4)否 加入最后一滴 KMnO4标准溶液,溶液的颜色在半分钟内不再褪去可视为滴定终点 4.480%解析制备四氯化硅的原料为 Cl2和 Si。A 为制备 Cl2的装置,B、C 为除杂装置。先用 B 除去 HCl,再用 C(盛装浓硫酸)除去水蒸气。Cl 2通入粗硅中反应,用冷水将产物 SiCl4冷凝即可。(1)制取氯气用浓盐酸和 MnO2在加热条件下反应。7(2)g 管是将分液漏斗与圆底烧瓶相连,使它们中的压强相等,便于盐酸顺利滴下。SiCl 4的沸点很低,只有 57.7,而反应的温度达几百度,故需要冷凝收集。(3)从物质的物理性质可发现,AlCl 3、PCl 5升华温度比 SiCl4的沸点高,故残留物中还应有Al、P、Cl 元素。(4)由于高锰酸钾溶液本身是紫红色的,与 Fe2+反应时,可以褪色,故可以兼作指示剂。根据方程式可以找出关系,5Fe2+Mn ,n(Fe)=110-2molL-10.020L5 =410-3mol。O-4100mL25mLw(Fe)= 100%=4.480%。410-3mol56gmol-15g
