第四章材料家族中的元素第一讲硅 无机非金属材料一、选择题1．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，你认为不妥的是( )A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B．自然界中存在大量的单质硅C．硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制D．自然界的硅易开采，且可再生解析 硅在自然界中主要是以化合物的形式存在，硅的含量在地壳中之所以多，是因为沙石的主要成分是二氧化硅。答案 B2．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅解析 金刚石是一种碳单质，所以A项错。答案 A3．下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是( )A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料B．水玻璃用于生产黏合剂和防火剂C．盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性D．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯解析 光纤制品的主要原料是SiO2，A正确；水玻璃硬化中析出的硅酸凝胶具有很强的黏附性，且具有耐高温的特性，可以做防火剂，B正确；盐析是利用物理变化降低蛋白质的溶解度，C正确；乙烯、丙烯、丁二烯是通过石油裂解得到的，D错误。答案 D4．硅是无机非金属材料王国中的国王，以硅为中心的臣民应用于社会的各个角落，随着科6\n技的发展，新型无机非金属材料更是备受瞩目。水晶是一种重要的饰品，其主要成分是SiO2，下列有关水晶的说法正确的是()A．水晶的主要成分是酸性氧化物，因此不能被任何酸腐蚀B．水晶性质非常稳定，但在一定条件下可以显氧化性C．水晶可以溶于NaOH溶液，并可反应得到氢气D．水晶既可与NaOH反应产生氢气，又能与HCl反应产生氢气解析 SiO2性质稳定，常温下只能与HF和NaOH等强碱溶液反应，且反应生成水，因此A、D错；SiO2与NaOH反应：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O，不能生成氢气，所以C错；在高温条件下，能发生反应SiO2＋2CSi＋2CO↑，SiO2显氧化性，所以B正确。答案 B5．SiO2属于酸性氧化物，理由是( )A．硅是非金属元素B．SiO2与水反应生成硅酸C．SiO2与强碱反应生成盐和水D．SiO2不能与H2SO4反应解析 酸性氧化物是指与水反应只生成酸或与碱反应只生成盐和水的氧化物，C正确；金属元素也可以形成酸性氧化物，如Mn2O7，A错误；SiO2难溶于水，也不与水反应，B错误；D错误。答案 C6．下表各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是( )选项XYZANaNaOHNaHCO3BCuCuSO4Cu(OH)2CCCOCO2DSiSiO2H2SiO3解析 本题考察考生对常见元素及其化合物知识的掌握情况，可用代入法，即把各选项中的X、Y、Z带入右图的圆圈中进行判断，C中CO2在一定条件下与单质镁反应生成碳单质和氧化镁。答案 C6\n7．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．②③④⑤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。答案 B8．从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑②Si(粗)＋2Cl2SiCl4③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl关于上述反应的分析不正确的是( )A．①、③是置换反应，②是化合反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅答案 D二、非选择题9．欲除去下表中各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请填写所用试剂、操作名称及化学方程式。样品所用试剂操作名称化学方程式SiO2(CaCO3)CaCO3(SiO2)SiO2(Si)SiO2(H2SiO3)答案 样品所用试剂操作名称化学方程式SiO2(CaCO3)盐酸过滤CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑CaCO3(SiO2)NaOH溶液过滤2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2OSiO2(Si)氧气加热Si＋O2SiO2SiO2(H2SiO3)－加热H2SiO3SiO2＋H2O6\n10.碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域，以β锂辉石(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2)为原料制备Li2CO3的工艺流程如下：已知：Fe3＋、Al3＋、Fe2＋和Mg2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。(1)步骤Ⅰ前，β锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是_________________________________________________________________________________________________________。(2)步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li＋、SO，另含有Al3＋、Fe3＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋等杂质，需在搅拌下加入____________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0～6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。(3)步骤Ⅱ中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有________________________。(4)步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为______________________________________________________________________________________________________________。(5)从母液中可回收的主要物质是____________。解析 (1)对β锂辉石进行粉碎处理的目的是，增大锂辉石粉末与硫酸的接触面积，使锂辉石与硫酸充分反应，提高浸出率；(2)步骤Ⅰ所要加入的物质，其主要作用是增大溶液的pH，将溶液的pH调节到6.0～6.5，分析所提供的备选物，只有石灰石能达到目的；(3)步骤Ⅰ处理后的浸出液中，已经除去了Al3＋、Fe3＋，加入H2O2会将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入石灰乳则可将氧化所得的Fe3＋和Mg2＋除去，再加入Na2CO3则可除去所加入的过量Ca2＋；(4)生成沉淀的主要反应为2Li＋＋CO===Li2CO3↓；(5)母液中留下的主要离子为Na＋和SO，所以回收所得物质为Na2SO4。答案 (1)增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率 (2)石灰石 (3)Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋ (4)2Li＋＋CO===Li2CO3↓ (5)Na2SO411．在下图所示转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀，F为密度最小的无色气体。且各种物质所含元素除H、O外，其余均为第三周期元素。请按要求回答下列问题：6\n(1)若实现C→E转化所需的b溶液是“过量的盐酸”，则B的化学式为________________。(2)若实现C→E转化所需的b溶液不能使用“过量的盐酸”，只能使用“少量的盐酸”，则C的溶液显________(填“酸”“碱”或“中”)性；A和a溶液反应，若产生标准状态下3.36L的F气体，转移的电子数目为________________。(3)若实现C→E转化所需的b溶液是“过量的NaOH溶液”，则E的化学式为_________；反应B＋a→C＋D的离子方程式为_____________________________________________。答案 (1)SiO2 (2)碱 1.806×1023 (3)Mg(OH)2MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O12．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。(1)在元素周期表中，A位于________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为________，A与B在原子的电子层结构上的相同点是__________________________________________________________________________________________。(2)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是________________。(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。①分别写出生成D和F的化学反应方程式：__________________________________________________________________________________________________________________。②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是( )A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚C．氧化铝坩埚D．铁坩埚(4)100gC与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2L,100g混合物中石灰石的质量分数是________。解析 (1)A的单质可作半导体材料，可知A为Si，位于ⅣA族，与之同族且相对原子质量较小的是碳元素，二者共同点是最外层均有4个电子。(2)C为SiO2，易与氢氟酸反应生成SiF4和H2O。(3)SiO2与纯碱高温反应生成Na2SiO3(D)和CO2(E)。(4)不论CaCO3过量与否，生成的CO2由CaCO3决定，由关系式CaCO3～CO2得：6\n＝，解得m(CaCO3)＝50g。混合物中石灰石的质量分数为：×100%＝50%。答案 (1)ⅣA 最外层均有4个电子(2)氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓②ABC (4)50%6
