第10讲 无机非金属材料的主角——硅1．[2022·武昌调研]2022年11月28日至12月9日，联合国世界气候大会在南非德班召开，“低碳减排”成为近200个国家热议的主题。下列做法不能达到“低碳减排”目的的是( )A．拉动内需，刺激消费B．利用太阳能等新能源代替化石燃料C．未来5年我国将逐步淘汰白炽灯D．家庭废水再使用，城市污水处理循环利用2．[2022·济宁期末]某氧化物X难溶于水，能与烧碱反应，生成易溶于水的化合物Y，将少量Y溶液滴入盐酸中能生成一种白色的胶状沉淀，则X是( )A．SiO2 B．Al2O3 C．MgO D．P2O53．[2022·宁波八校联考]下列关于工业生产的说法中，不正确的是( )A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含杂质的粗硅B．生产普通水泥的主要原料有石灰石、石英和纯碱C．工业上将粗铜进行精炼，应将粗铜连接在电源的正极D．在高炉炼铁的反应中，一氧化碳作还原剂4．[2022·杭州质检]据《参考消息》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，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是( )A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B．自然界中存在大量单质硅C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制D．自然界中硅的贮量丰富5．[2022·莱芜期末]下列各项操作中不发生先沉淀后溶解现象的是( )①向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2②向Fe(OH)3胶体中逐滴滴加入过量H2SO4③向Ba(NO3)2溶液中通入过量SO2④向石灰水中通入过量CO2⑤向AlCl3溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量A．①②③B．①②⑤C．①②③⑤D．①③6．宣传科学知识，介绍高新科技，揭露伪科学，是科学工作者的义务，下列说法正确的是( )A．以石英砂为主要原料生产光导纤维B．“水玻璃”超薄透明，是一种新型装饰材料C．纳米材料是一种称为“纳米”的新物质制成的材料D．炭炉边放盆水，可防止煤气中毒7．现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是( )①SiO2→Na2SiO3 ②CuSO4→CuCl2 ③SiO2→H2SiO3 ④CuO→Cu(OH)2 ⑤Na2O2→NaOHA．①②B．③④C．②③④D．②③④⑤8．用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )8\n选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液变浑浊。再升温至65℃以上，溶液变澄清C6H5ONa溶液B通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液变浑浊。再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失。再加入足量NaOH溶液，又变浑浊Ca(OH)2溶液9.下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶存放的是( )A．NaOH溶液B．Na2SiO3溶液C．盐酸D．氢氟酸10．在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为( )A．Na2SiO3B．Na2SiO3与Na2CO3C．SiO2与Na2CO3D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO311．在全球号召节能减排的大背景下，2022年两会期间，政协委员们领到的会议通知、日程表、便签纸等都是以碳酸钙为主要原料的低碳“石头纸”。某化学探究小组的同学为了测定“石头纸”中碳酸钙的含量，称取了5.0g碎纸样品。实验数据记录见下表(假设石头纸中其他成分既不溶于水，也不与水反应)：实验组别①②③④⑤加入样品的质量/g1.01.01.01.01.0加入0.2mol/L稀盐酸的体积/mL20.040.060.080.0100.0充分反应后生成标准状况下气体的体积/mL44.889.6134.4179.2179.2则样品中碳酸钙的质量分数为( )A．20%B．40%C．60%D．80%12．[2022·杭州质检]二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料。下列说法正确的是( )A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物图K10－1B．SiO2和Si都是光导纤维材料C．利用SiO2与NaOH溶液反应可制取“水玻璃”D．图K10－1中所示转化反应都是非氧化还原反应8\n13．已知物质M由同一短周期的X、Y两种元素组成，X原子的最外层电子数是最内层电子数的一半，Y元素的最高正价和其负价的代数和为6。M与其他物质的转化关系如下(部分产物已略去)：图K10－2(1)若A是某元素的一种常见酸性氧化物，可用于制造光导纤维，则该元素的原子结构示意图为________，写出A与B反应的离子方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________；E与F反应的离子方程式________________________________________________________________________。(2)工业上用电解M的产物之一氧化有毒含氰(CN－)碱性废水，得到无毒的N2、CO2等。写出此反应的离子方程式________________________________________________________________________。图K10－314．[2022·泉州四校联考]甲、乙、丙三种物质都含有A元素，只有甲是单质，其转化关系如图K10－3所示：(1)若乙是目前世界倡导需减少排放的温室气体，丁也含有A元素。则含有7个中子的核素A可用符号表示为__________，丁溶液呈碱性的原因用离子方程式表示为_____________________________；已知：在常温常压下，1mol甲和一氧化碳分别与充足的氧气反应放出的热量分别是393.5kJ、283.0kJ。试写出甲与乙相互反应的热化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若A是非金属元素，其次外层电子是最外层电子数的2倍，则乙在现代通讯中可用于制造____________，写出一个有丙参加的、能证明碳的非金属性强于A的化学方程式________________________________________________________________________；(3)若甲是生活中最常用的过渡金属单质，其在点燃条件与氧气反应生成乙。若丁是稀盐酸，则乙→丙的化学方程式为________________________________________________________________________。15．[2022·上高模拟]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：8\n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可做光导纤维。按要求回答下列问题：(1)C的化学式为______；X的化学式为________________________________________________________________________。(2)反应②的化学方程式为________________________________________________________________________。(3)反应⑦的离子方程式________________________________________________________________________。16．已知SiO2、SO2和CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一定的相似性。Ⅰ.用如图K10－4所示装置进行Mg和SO2的实验，其中A是制备SO2的发生装置。图K10－4(1)选择制取SO2的合适试剂________(填序号)。①10%的H2SO4溶液 ②80%的H2SO4溶液③Na2SO3固体 ④CaSO3固体(2)写出装置B中发生的主要反应的化学方程式：________________________________________________________________________________。装置C中NaOH溶液的作用是________________________________________________________________________。(3)请在图中画出制备SO2的发生装置并注明主要仪器的名称，固定仪器省略不画。(4)你认为该装置的不足之处是________________________________________________________________________。Ⅱ.某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应③金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐与SiH4④Si和SiO2均不与稀H2SO4反应⑤SiH4在空气中自燃他们在研究报告中记载着：“……选用合适的物质在适宜的条件下充分反应，再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右。”8\n(5)该小组“实验室制Si”的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是________________________________________________________________________。8\n1．A [解析]拉动内需，刺激消费，导致物品损耗大，不符合“低碳减排”目的。2．A [解析]C项MgO不能溶于烧碱，不正确；少量Y滴入盐酸能够形成沉淀，SiO2符合题意，A项正确；因Al(OH)3是两性氢氧化物，故NaAlO2在过量盐酸中不能生成沉淀，B项不正确；D项生成的磷酸钠与盐酸不能发生产生白色沉淀的反应。3．B [解析]生产普通水泥的原料是石灰石和黏土，B项不正确。4．B [解析]由于Si的亲氧性，自然界的硅大都以SiO2或硅酸盐的形式存在，无单质硅存在。5．D [解析]①只能生成NaHCO3沉淀；②先发生凝聚，后沉淀溶解；③只能生成BaSO4沉淀；④先生成CaCO3沉淀，后生成易溶的Ca(HCO3)2而溶解；⑤Al(OH)3为两性氢氧化物，故先生成沉淀，后溶解。6．A [解析]石英砂的主要成分是SiO2；“水玻璃”是Na2SiO3水溶液的俗称；纳米是长度单位，1nm＝10－9m；煤气(CO)不溶于水。7．B [解析]①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；②CuSO4＋BaCl2===BaSO4↓＋CuCl2；⑤2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，SiO2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。8．B [解析]A项，CO2＋C6H5ONa＋H2O―→C6H5OH＋NaHCO3，升温至65℃以上，C6H5OH完全溶解，溶液变澄清；B项，CO2＋Na2SiO3＋2H2O===Na2CO3＋H4SiO4↓，H4SiO4与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，所以溶液变浑浊。加入品红，被HClO氧化褪色；D项，首先，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，产生可溶于水得Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则发生2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。9．C [解析]NaOH溶液、Na2SiO3溶液不能用玻璃塞，氢氟酸不能用玻璃瓶盛放。10．A [解析]通入少量CO2气体时，发生的反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，加热后H2SiO3分解为SiO2和H2O，再高温灼烧，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2。11．D [解析]前4组实验中加入的盐酸体积成倍增加，生成的二氧化碳体积也是成倍增加，但实验④与实验⑤气体体积不再有差别，故实验④中碳酸钙完全反应，生成的二氧化碳的物质的量为0.008mol，即反应的碳酸钙为0.008mol，所以样品中碳酸钙的质量分数为×100%＝80%。12．C [解析]两性氧化物的定义为与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B项错误；“水玻璃”是NaSiO3的水溶液，C项正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误。13．(1) SiO2＋2OH－===SiO＋H2O2H＋＋SiO===H2SiO3↓(2)5Cl2＋2CN－＋8OH－===10Cl－＋N2＋2CO2＋4H2O14．(1)C CO＋H2OHCO＋OH－C(s)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH＝＋172.5kJ/mol(2)光导纤维 Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3(3)Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O8\n[解析](1)目前减少排放的温室气体为CO2，故A元素为碳、乙是CO2。C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5kJ/mol ①2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566.0kJ/mol ②根据盖斯定律①－②得：C(s)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH＝＋172.5kJ/mol。(2)符合该结构的是硅，乙是SiO2，依据转化关系及题意丁、丙分别为NaOH、Na2SiO3，根据“强酸制弱酸”原理，可以向硅酸钠溶液中通入CO2制取硅酸进行证明。(3)该金属是铁，乙是Fe3O4，则Fe3O4与盐酸反应生成FeCl3和FeCl2。15．(1)SiCl4 Si3N4(2)SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HCl(3)SiO＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO[解析](1)I可做光导纤维，所以I是二氧化硅，则F是硅酸，H是硅酸钠。又因为F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，所以G是氯化银，因此C是SiCl4，则A是硅，B是氯气。根据X的性质可知，X是原子晶体，所以X是Si3N4。(2)根据反应物和生成物可知，该反应的方程式是SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HCl。(3)CO2是过量的，因此生成物是碳酸氢钠，方程式是SiO＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO。16．(1)②③(2)3Mg＋SO22MgO＋MgS(或2Mg＋SO22MgO＋S，Mg＋SMgS) 吸收多余的SO2，防止污染环境(3)如图(4)在A和B之间没有连接一个干燥装置；C装置未与大气相通；在镁下方未垫一个不锈钢片，镁与玻璃管反应；未设计一个防倒吸装置(5)2Mg＋SiO22MgO＋Si(6)金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃(或用化学方程式表示：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O)[解析](1)制取SO2应用浓H2SO4和亚硫酸盐。选项中不可选用CaSO3，因为CaSO3微溶于水，会附在固体表面，阻碍反应进行。(2)Mg具有还原性，SO2具有氧化性，两者发生氧化还原反应。(3)本反应为固液不加热制取气体的反应，故可用分液漏斗盛80%的H2SO4，用锥形瓶装固体Na2SO3。8\n(4)该装置中：①A中的水蒸气会进入B与Mg反应，在A、B中间应加干燥装置；②Mg能与SiO2反应，在Mg下方垫一不锈钢片，隔离Mg和SiO2；③尾气处理装置C试管用胶塞封闭，且无防倒吸装置。8
