无机非金属材料的主角硅一、选择题1、瑞典皇家科学院宣布，被誉为“光纤之父”的华人科学家高锟以及两名美国科学家韦拉德—博伊尔(WillardBoyle)和乔治—史密斯(GeorgeSmith)获得2022年诺贝尔物理学奖，高锟的获奖理由为——“在光学通信领域光在光纤中传输方面所取得的开创性成就”。目前应用最广泛的无机光导纤维的主要原料为二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是( )A．SiO2溶于水生成的H2SiO3的酸性弱于H2CO3B．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大C．在SiO2晶体中，每个硅原子周围结合2个氧原子D．SiO2是一种酸性氧化物，所以不和任何酸反应2、下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是( )A．氧化物都能与氢氧化钠溶液反应B．单质在加热时都能跟氧气反应C．氧化物溶于水都生成相应的酸D．碳和硅两种元素都有同素异形体3、绿柱石称为绿宝石，其主要成分为BenAl2Si6O18，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，则n为( )A．1 B．2C．3 D．44、只含SiO2杂质的CaCO3样品，在高温煅烧后，残余物为一纯净物，则原样品中SiO2的质量分数是( )A．40% B．28.6%C．37.5% D．62.5%5、近年来科学家才得知大多数古瓷中所用颜料为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( )A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO211B．性质稳定，不易脱色C．易溶于强酸和强碱D．x等于66、我国成功地发射了“嫦娥一号”探测卫星，确定对月球土壤14种元素的分布及含量进行探测。月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层5cm厚的沙土就含有铁单质上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[Mg2SiO4、Fe2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是( )A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2C．橄榄石中铁为＋2价D．月球上有游离态的铁是因为月球上铁的活泼性比地球上铁的活泼性弱7、普通玻璃中含Na2O13%，CaO11.7%，SiO275.3%，则3种氧化物的物质的量之比为( )A．1：2：3 B．1:1:3C．1:1:6 D．2:1:68、生产普通硅酸盐水泥、普通玻璃的主要原料中，共同的是( )A．黏土 B．纯碱C．石灰石 D．石英(SiO2)9、高岭土又叫瓷土，主要由高岭石的微小晶体组成，因盛产于我国江西景德镇的高岭而得名，是制造瓷器的优良原料，其组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中的x、y的数值分别是( )A．7,2 B．5,4C．6,3 D．3,610、用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是( )A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石[Mg2SiO4] 2MgO·SiO211C．正长石[KAlSi3O8]K2O·Al2O3·3SiO2D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]Al2O3·2SiO2·2H2O11、下列关于“水玻璃”的性质和用途的叙述中，不正确的是( )A．“水玻璃”是一种矿物胶，既不燃烧也不易被腐蚀B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C．木材、织物浸过“水玻璃”后具有防腐性能且不易燃烧D．“水玻璃”的化学性质稳定，在空气中不易变质12、在反应SiO2+3C=SiC+2CO中，氧化剂和还原剂质量之比是（ ） A．1：3 B．3：1 C．1：2 D．2：1二、非选择题13、直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题；将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫；最终生成硫酸钙。硫酸钙可在如图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应；气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳；从而有利于二氧化碳的回收利用；达到减少碳排放的目的。请回答下列问题：11（1）煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中；引发的主要环境问题有 。(填写字母编号) A．温室效应 B．酸雨C．粉尘污染 D．水体富营养化（2）在烟气脱硫的过程中；所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前；需通一段时间的二氧化碳；以增加其脱硫效率；脱硫时控制浆液的pH；此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。①二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为 。 ②亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式为 。 （3）已知1molCH4在燃料反应器中完全反应生成气态水时吸热160.1kJ；1molCH4在氧气中完全燃烧生成气态水时放热802.3kJ。写出空气反应器中发生反应的热化学方程式： （4）回收的CO2与苯酚钠在一定条件下反应生成有机物M；其化学式为C7H5O3Na；M经稀硫酸酸化后得到一种药物中间体N；N的结构简式为。①M的结构简式为 。 ②分子中无—O—O—；醛基与苯环直接相连的N的同分异构体共有 种。 14、 “材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展，一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义。请回答下列问题：（1）无机非金属材料。高纯度单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”。这种材料可以按下列方法制备：①写出步骤I的化学方程式：__________________________________________________。②步骤II经过冷凝得到的SiHCl3（沸点为33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点为57.6℃）和HCl（沸点为-84.7℃），提纯SiHCl3的实验方法是_________________。11③下列有关硅材料的说法正确的是( )A．单质硅化学性质稳定，但可以被强碱溶液腐蚀B．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高D．光导纤维的主要成分是SiO2④在人体器官受到损伤时，需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内，这种材料是_____(填字母)。A．高温结构陶瓷 B．生物陶瓷 C．导电陶瓷（2）金属材料。金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金和特种金属材料等。下列物质中不属于合金的是( )A．钢铁 B．青铜 C．硬铝 D．水银（3）高分子材料。它可以分成无机高分子材料和有机高分子材料。[AlFe(OH)nCl6-n]m属于无机高分子材料，是一种新型高效净水剂，它广泛应用生活用水和工业污水的处理，其中铁元素的化合价为______；（4）磁性材料。某磁性粉末材料是一种复合型氧化物，为测定其组成，现称取6.26g样品，将其全部溶于过量稀HNO3，加入过量Na2SO4溶液，生成4.66g白色沉淀。过滤，在滤液中加入过量NaOH溶液，生成红褐色沉淀，将沉淀过滤、洗涤、灼烧后得3.20g固体。①该磁性粉末中氧元素的质量分数为________；②该材料的化学式为___________________。15、硅单质及其化合物应用很广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法。①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式____________________。②整个制备过程必须严格控制无水、无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式____________________；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是____________________。(2)下列有关硅材料的说法正确的是 ( )。A．单质硅化学性质稳定，但可以被强碱溶液腐蚀11B．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高D．光导纤维的主要成分是SiO2(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入盐酸， 振荡。写出实验现象并给予解释(用化学方程式说明)____________________________________________________________。(4)在人体器官受到损伤时，需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内， 这种材料是________(填字母)。A．高温结构陶瓷 B．生物陶瓷 C．导电陶瓷16、硅及其化合物在自然界广泛存在并被人类应用。(1)氮化硅膜与二氧化硅膜相比较具有表面化学性能稳定等优点，故氮化硅膜可用于半导体工业。可以用NH3和SiH4(硅烷)在一定条件下反应，并在600T的加热基板上生成氮化硅膜：3SiH4＋4NH3=======Si3N4＋12H2以硅化镁为原料制备硅烷的反应和工业流程如下：反应原理：4NH4Cl＋Mg2Si4NH3↑＋SiH4↑＋2MgCl2 ΔH＜0①NH4Cl中的化学键类型有______________________，SiH4的电子式为______________。②上述生产硅烷的过程中液氨的作用是____________________________。③氨气是重要的工业原料，写出氨气发生催化氧化反应生成NO的化学方程式________________________________________________________________________，11实验室可利用如右图所示装置完成该反应。在实验过程中，除观察到锥形瓶中产生红棕色气体外，还可观察到有白烟生成，白烟的主要成分是______________。(2)三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)难溶于水，在医药上可做抗酸剂。它除了可以中和胃液中多余的酸之外，生成的H2SiO3还可覆盖在有溃疡的胃表面，保护其不再受刺激。三硅酸镁与盐酸反应的化学方程式为_____________________________________________。将0.184g三硅酸镁加入到50mL0.1mol·L－1盐酸中，充分反应后，滤去沉淀，用0.1mol·L－1NaOH溶液滴定剩余的盐酸，消耗NaOH溶液30mL，则Mg2Si3O8·nH2O中n的值为__________。(注：Mg2Si3O8的摩尔质量为260g·mol－1)。参考答案1、【解析】 SiO2不溶于水；在SiO2晶体中，每个硅原子周围结合4个氧原子；SiO2能与氢氟酸反应。【答案】 B2、【解析】 CO2、SiO2为酸性氧化物能与NaOH溶液反应，CO为不成盐氧化物不与NaOH溶液反应，A不正确。C、Si在高温下与O2反应生成相应的氧化物。CO2＋H2OH2CO3，但CO不溶于水，SiO2不溶于水也不与水反应，C不正确。晶体硅和无定形硅是硅的同素异形体。3、【答案】 C4、【解析】 SiO2＋CaCO3==========CaSiO3＋CO2↑，由于残余物为一纯净物，故该纯净物为CaSiO3，即样品中SiO2和CaCO3的物质的量相等，则原样品中SiO2的质量分数为：×100%＝37.5%。【答案】 C5、【答案】 C【点拨】 BaCuSi2Ox中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，O为－2价，由化合价规则：(＋2)＋(＋2)＋2×(＋4)＋(－2)×x＝0，得x＝6，则用氧化物形式表示硅酸铜钡为BaO·CuO·2SiO2，A、D项正确；由题干信息可知硅酸铜钡性质稳定，不易脱色，故B项正确，C项错误。116、【解析】 月球上有游离态的铁是因为月球上没有氧气，橄榄石是含Mg2SiO4或Fe2SiO4的硅酸盐矿。【答案】 D7、【解析】 n(Na2O)：n(CaO)：n(SiO2)＝：：＝1：1：6。【答案】 C8、【解析】 生产普通硅酸盐水泥的原料为石灰石、黏土；而生产普通玻璃的原料为石灰石、纯碱和石英。【答案】 C9、【解析】 此题涉及两个未知数x、y，但由化合价规则只能列出一个方程，需用代入验证法。根据化合价规则，Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，OH为－1价，有2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y(－1)＝0化简得2x＋y＝14，将A～D各项中x、y值代入验证，只有B符合方程。另解：根据硅酸盐的另一种表示组成的方法——氧化物的形式，可将Al2Si2Ox(OH)y，改写成Al2O3·2SiO2·H2O3＋2×2＋×1＝x＋y(氧元素守恒)化简可得2x＋y＝14，以下同前解。【答案】 B10、【解析】 用化学式表示的硅酸盐和用氧化物形式表示的硅酸盐，各组成元素的原子个数比应该不变。【答案】 C1111、【解析】 Na2SiO3溶液在空气中发生反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，故D项不正确。【答案】 D12、【答案】C考点：考查氧化还原反应的有关知识。13、【答案】（1）ABC（2）①Ca(HCO3)2(或碳酸氢钙)②Ca(HSO3)2+O2CaSO4+H2SO4（3）CaS(s)+2O2(g)CaSO4(s)；ΔH=-962．4kJ·mol-1（4）① ②6【解析】11考点：考查化学原理有关内容14、【答案】（1）①SiO2＋2CSi＋2CO↑。②蒸馏（或分馏）。③AD。④B。（2）D。（3）＋3。（4）①20.45%（或20.5%）。②BaO·Fe2O3（或BaFe2O4）。考点：硅及化合物的性质，合金，质量分数的计算。15、解析 ①SiHCl3和H2在高温下反应得到高纯硅的同时，可得到HCl，因此化学方程式为SiHCl3＋H2====Si＋3HCl，②SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，不难得出另一种物质为氢气，从而写出反应化学方程式，当混有氧气时，氢气和氧气会发生反应，可能会引起爆炸，另外，氧气也可能会氧化SiHCl3；(2)A、D比较简单，属于正确的说法，B中，单晶硅性质稳定，能与氢氟酸反应，而不能与盐酸反应，所以这一说法是错误的；C中要注意玻璃是混合物，不具备固定的熔沸点，所以C错误；(3)用盐酸制取硅酸，由于硅酸不溶于水，所以可以看到有白色絮状沉淀产生，反应化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；(4)因是植入人体内，因此选用生物陶瓷，故选择B。答案 (1)①SiHCl3＋H2=======Si＋3HCl②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑高温下，H2遇O2可能会引起爆炸；O2可能会氧化SiHCl3(2)AD(3)生成白色絮状沉淀，Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓(4)B4、答案 (1)①极性键(或共价键)、配位键、离子键 11②吸收热量，保证反应在常温下进行(答“制冷”或“降温”均可) ③4NH3＋5O24NO＋6H2O NH4NO3(或硝酸铵)(2)Mg2Si3O8·nH2O＋4HCl===3H2SiO3＋2MgCl2＋(n－1)H2O 6解析 (1)②液氨的作用是制冷、吸收热量，保证反应在常温下进行，液氨并不参与反应。(2)书写Mg2Si3O8·nH2O与HCl反应的化学方程式时，Mg2Si3O8·nH2O要以整体形式出现。Mg2Si3O8·nH2O＋4HCl===3H2SiO3＋2MgCl2＋(n－1)H2O 1mol 4mol0.050L×0.1mol·L－1－0.1mol·L－1×0.030L xmol ＝0.002molx＝0.00050．0005×(260＋18n)＝0.184，n＝6。 11
