第4章  第1节  硅  无机非金属材料
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一、选择题(本题包括10小题，每小题6分，共60分)
1.据报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是（    ）
A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界的含硅化合物易开采[来源:Z*xx*k.Com]
C．硅燃烧放出的热量大，燃烧
产物对环境污染程度低且
容易有效控制
D．自然界中存在大量单质硅
2．下列说法正确的是（    ）
A．光导纤维的主要成分是硅
B．常用氢氧化钠溶液来刻蚀玻璃
C．制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英
D．实验室用塑料瓶保存氢氟酸(HF)
3.下列说法不正确的是（    ）
A.在粗硅的制取反应2C+SiO2
Si+2CO↑中，硅被还原，并不能说明碳的还原性大于硅的还原性
B.用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通CO2
C.二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
D.精炼粗铝时要清除坩埚表面的石英砂，铝与石英砂反应的化学方程式为3SiO2+4Al
3Si+ 2Al2O3
4.根据陈述的知识，类推得出的结论正确的是（    ）
A.Fe3O4可以表示为FeO·Fe2O3，则Pb3O4也可以表示为PbO·Pb2O3
B.苯不可使酸性高锰酸钾溶液退色，则甲苯也不可以使其退色
C.Si是半导体材料，则Ge也是半导体材料
D.镁条在空气中燃烧生成的氧化物是MgO，则钠在空气中燃烧生成的氧化物是Na2O
5.下列各物品或材料的主要成分为硅酸盐的是（    ）
A.水玻璃        B.光导纤维
C.计算机芯片    D.石英钟表
6.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是（    ）
A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷
B.普通玻璃的主要成分是SiO2
C.陶瓷的主要原料是黏土
D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料
7.以氮化硅(Si3N4)和氧化铝(Al2O3)为原料，采用常压烧结或热压工艺制备赛伦。赛伦的化学通式为Si6-xAlxOxN8-x，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征，因此，在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应用。它属于（    ）
A.金属材料
B.有机高分子材料
C.新型无机非金属材料
D.无机高分子材料
8.a是一种难溶于水的氧化物，能熔于熔融态的烧碱，生成易溶于水的化
合物b，将少量b溶液滴入盐酸中，最终能生成一种白色的胶状沉淀，则a为（    ）
A.CO2    B.SiO2    C.Al2O
3    D.MgO
9.将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（    ）
A.Na2SiO3        B.Na2CO3、Na2SiO3
C.Na2CO3、SiO2    D.SiO2
10.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
下所示。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+H2===Si(纯)+3HCl。下列说法中正确的是（    ）


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.反应①和②中HCl均作氧化剂
D.反应①和②属于可逆反应
二、非选择题(本题包括3小题，共40分)
11.(12分)在下列物质的转化关系中，A是一种固体单质，且常作半导体材料，E是一种白色沉淀，F是最轻的气体单质。


据此填写：
(1)B的化学式是_______，目前在现代通讯方面B已被用作_______的主要原料。
(2)B和a溶液反应的离子方程式是______________________________________。
(3)C和过量盐酸反应的离子方程式是___________________________________。
12.(14分)硅单质及其化合物应用范围很广。制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，工业上可按如下流程制备高纯硅。


试回答下列问题：
(1)第Ⅰ步制备粗硅的化学方程式为__________
__________，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_________________________。第Ⅳ步反应的化学方程式为________________________________。[来源:Z*xx*k.Com]
(2)坩埚常用于实验室灼烧或熔融固体物质，则熔融烧碱时，不能使用的坩埚是______(填字母)。
A.普通玻璃坩埚    B.石英坩埚
C.陶瓷坩埚        D.铁坩埚
(3)整个制备粗硅的过程中必须严格控制无水无氧。SiCl4在潮湿的空气中会水解而产生HCl和H2SiO3，该反应的化学方程式为________________________
______。
(4)二氧化硅被大量用于生产玻璃。将SiO2、Na2CO3和CaCO3共283 kg在高温下完全反应时放出CO2 44 kg，生产出的玻璃可用化学式Na2SiO3·CaSiO3·xSiO2表示，则其中x=________。
13.(14分)材料科学是近年来与化学有关的科学研究的热点，某新型无机非金属材料K由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性，它是以中学化学中常见物质为原料来生产的。如下所示为其生产过程，其中虚线框内的转化是为探究C的组成而设计的；G、F、H均难溶于水且为白色固体；图中除M、K(均含A元素)外均为中学化学中的常见物质。


请回答下
列问题：
(1)写出化学式：单质B______，化合物F______，化合物C________。
(2)写出下列反应的离子方程式：
反应③__________________________________;
反应⑤__________________________________。
(3)写出反应④的化学方程式：_________________________________________。

参考答案
1.D  解析：硅是固体，便于运输、储存；硅常温下性质稳定，是非常安全的；硅在自然界中存在广泛，含硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低；自然界没有游离态的硅，因此，D是错误的。
2.D  解析：光导纤维的主要成分是二氧化硅，A错；一般使用氢氟酸刻蚀玻璃，B错；制普通玻璃的主要原料中并无烧碱，而应为纯碱，C错；氢氟酸能腐蚀玻璃，故实验室用塑料瓶保存氢氟酸，D正确。
3.C
解析：由于碳的非金属性强于硅，故碳的还原性弱于硅，A正确；SiO2能与氢氟酸反应，C不正确。
4.C  解析：Pb3O4中由于含有+2价和+4价Pb，故应表示为2PbO·PbO2，A不正确；甲苯可被酸性KMnO4溶液氧化为苯甲酸，可使酸性KMnO4溶液退色，B不正确；Si、Ge均位于金属与非金属分界线附近，均可作半导体材料，C正确；钠在空气中燃烧生成Na2O2，D不正确。
5.A  解析：水玻璃是Na2SiO3水溶液，故主要成分是硅酸盐。
6.B  解析：普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
7.C  解析：由于赛伦具有耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能，故属于新型无机非金属材料。
8.B  解析：解答本题时应注意以
下两点：(1)氢氧化铝可溶于强酸。(2)MgO是一种碱性氧化物，不能与碱反应。CO2溶于水而且和水反应，不符合条件，A错；Al2O3熔于熔融态的烧碱生成NaAlO2，加入少量盐酸生成白色的Al(OH)3沉淀，加入过量的盐酸则沉淀全部溶解生成AlCl3溶液，不符合条件，C错；MgO是一种碱性氧化物，不能和碱反应，不符合条件，D错；SiO2熔于熔融态的烧碱生成Na2SiO3，加入盐酸中生成白色沉淀H2SiO3，H2SiO3不溶于过量的盐酸，符合条件，选B。
9.A  解析：将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2+Na2SiO3+2H2O===H2SiO3↓+2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3
H2O+SiO2；2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O；SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑，各反应物存在如下关系：H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2，2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。
【误区警示】本题易错选C，错因主要是容易忽视在高温条件下充分灼烧时，Na2CO3和SiO2还能够继续反应生成Na2SiO3。
10.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可用过滤方法；反应②中HCl是生成物，是氧化产物；反应①、②不在同一条件下进行，不是可逆反应。
11.(1)SiO2   制光导纤维
(2)SiO2+2OH-===
+H2O
(3)
+2H+===H2SiO3↓
解析：该题的突破口为：(1)A是固体单质，常作半导体材料。(2)F是最轻的气体单质。A是固体单质且为半导体材料，所以A为Si，则B为SiO2(常用作制光导纤维)，根据框图中的关系知E中含有Si元素，且是加入过量盐酸生成的白色沉淀，所以E为H2SiO3，则a为NaOH，C为Na2SiO3，D为H2O，而F是最
轻的气体单质，所以F为H2，SiO2与Na
OH反应的离子方程式为：SiO2+2OH-===
+H2O。[来源:Zxxk.Com][来源:Zxxk.Com]
12.(1)SiO2+2C
Si+2CO↑  1∶2  SiCl4+2H2
Si+4HCl
(2)A、B、C
(3)SiCl4+3H2O===4HCl+H2SiO3
(4)4
解析：解答本题注意以下两点：(1)烧碱是碱性物质，可与含SiO2的硅酸盐制品发生反应；(2)守恒观点在化学计算中的正确应用。
(1)制备粗硅时SiO2+2C
Si+2CO↑，该反应中C是还原剂，SiO2是氧化剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2；第Ⅳ步是SiCl4变成高纯硅的过程，反应的化学方程式为：SiCl4+2H2
Si+4HCl。
(2)熔融烧碱不能用含SiO2的硅酸盐制品的坩埚，则除铁坩埚外，其他均不能使用。
(3)SiCl4水解的生成物为HCl和H2SiO3，故水解方程式为：S
iCl4+3H2O===4HCl+H2SiO3。
(4)根据玻璃的表示式Na2SiO3·CaSiO3·xSiO2可知，Na2SiO3和CaSiO3的物质的量相等，则根据Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑，由于产生的CO2是44 kg，共1 000 mol，则生成Na2SiO3 500 mol，生成CaSiO3 500 mol，则根据反应前后质量守恒可得剩余SiO2的物质的
量为：
n(SiO2)=
=2 000 mol
则可知x=4。
【方法技巧】硅酸盐化学式改写成氧化物形
式的方法
(1)氧化物之间以“· ”隔开，化学计量数配置出现分数时应化为整数。如长石：KAlSi3O8不能写成

K2O·
Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
(2)硅酸盐用氧化物的形式表示时，
遵循各元素化合价不变的原则，且一般活泼金属排在前面。
13.(1)Cl2  H2SiO3(或H4SiO4)  SiCl4
(2)Cl-+Ag+===AgCl↓  SiO2+2OH-===
+H2O
(3)3Si(NH2)4
Si3N4+8NH3↑
解析：解答本题注意以下两点：(1)由化合物A(NH2)4可推知A最外层有4个电子；(2)化合物C溶于水生成的E可与AgNO3溶液反应生成G，且G不溶于稀硝酸，可推知化合物C中含Cl元素。与硝酸银溶液反应生成难溶于稀硝酸的白色固体可确定其为AgCl，因此C中有Cl元素。溶于碱性溶液，加入二氧化碳可以得到白色沉淀的物质为偏铝酸钠或硅酸钠，另根据组成K的元素为两种非金属元素，可确定含有硅元素。由M的化学式和反应条件可知K由Si和N两种元素组成。由化合物M的结构可推测A有4个未成对电子，因此单质A为Si，B为Cl2，反应后得到的化合物C为SiCl4，与水反应后生成盐酸E和硅酸F。盐酸中的Cl-与Ag+反应得到AgCl白色沉淀，难溶于稀硝酸，而硅酸加热脱水后得到SiO2，SiO2与NaOH溶液反应后得到硅酸钠，为弱酸强碱盐，与碳酸(酸性较硅酸强)反应得到硅酸。