2019版高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 第4章 非金屬及其重要化合物 第1節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅模擬預(yù)測(cè)通關(guān) 新人教版.doc

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第1節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅 一、選擇題 1．硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是(　　) 解析：選C?，旇?、光導(dǎo)纖維和水晶的主要成分是SiO2，硅單質(zhì)可用來(lái)制造太陽(yáng)能電池板。 2．下列關(guān)于碳、硅的敘述正確的是(　　) A．碳、硅都是ⅣA族元素，它們?cè)谧匀唤缰卸家曰蠎B(tài)形式存在 B．二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)相似 C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽 D．高純度的二氧化硅用于制造半導(dǎo)體材料 解析：選C。自然界中含有單質(zhì)碳(如金剛石、石墨)，A錯(cuò)誤；二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)(如熔、沸點(diǎn))差別很大，B錯(cuò)誤；高純度的晶體硅用于制造半導(dǎo)體材料，D錯(cuò)誤。 3．大多數(shù)物質(zhì)的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)或用途得來(lái)的。下列物質(zhì)的俗名與化學(xué)式或用途不相符的一組是(　　) 選項(xiàng) 俗名 主要成分(化學(xué)式) 用途 A 石英 SiO2 集成電路板 B 純堿 Na2CO3 制備玻璃 C 水玻璃 Na2SiO3 制備硅膠 D 鐵紅 Fe2O3 用作油漆和涂料 解析：選A。石英主要用于生產(chǎn)玻璃，也可用于制造光導(dǎo)纖維，晶體硅才用于制作集成電路板。 4．下列離子方程式的書(shū)寫正確的是(　　) A．水玻璃中通入過(guò)量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3↓ B．澄清石灰水中通入過(guò)量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO C．硅與氫氟酸的反應(yīng)：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑ D．二氧化硅溶于燒堿溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 解析：選D。A項(xiàng)，Na2SiO3是強(qiáng)電解質(zhì)，應(yīng)拆分成Na＋、SiO，且應(yīng)生成HCO；B項(xiàng)，正確寫法是CO2＋OH－===HCO；C項(xiàng)，氫氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。 5．下列敘述正確的是(　　) A．紅寶石、珍珠、水晶、鉆石等裝飾的主要成分都是硅酸鹽 B．硅酸鈉的水溶液俗名為水玻璃，可用于制備硅膠和木材防火劑 C．制造玻璃是復(fù)雜的物理過(guò)程，玻璃的組成不同，性能不同 D．金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，不可能與氧氣發(fā)生反應(yīng) 解析：選B。紅寶石的主要成分為Al2O3，珍珠的主要成分為CaCO3，水晶的主要成分為SiO2，鉆石為碳單質(zhì)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；制造玻璃包含復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；金剛石是碳單質(zhì)，具有碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 6．壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O34SiO2H2O，下列觀點(diǎn)不正確的是(　　) A．壽山石雕刻作品要避免與酸、堿接觸 B．壽山石顏色豐富多彩是因?yàn)楹胁煌螒B(tài)的金屬氧化物 C．潮濕的空氣可能導(dǎo)致壽山石作品表面溶解變質(zhì) D．久置于干燥空氣中可能會(huì)導(dǎo)致壽山石作品脫水變質(zhì) 解析：選C。根據(jù)壽山石的主要成分，可知其能與酸或堿發(fā)生反應(yīng)，A正確；壽山石中含有不同形態(tài)的Al2O3，造成其色彩豐富，B正確；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反應(yīng)，在潮濕的空氣中不會(huì)溶解變質(zhì)，C錯(cuò)誤；久置于干燥空氣中，會(huì)失去其中的結(jié)晶水變質(zhì)，D正確。 7．下列除雜方法正確的是(　　) A．SiO2中含Al2O3雜質(zhì)，可以加入足量NaOH溶液然后過(guò)濾除去 B．CO2中含有CO雜質(zhì)，可以通入盛有CuO的玻璃管并加熱 C．CO2中含有HCl雜質(zhì)，可以通入盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶 D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質(zhì)，可以通入足量的CO2，然后過(guò)濾除去 解析：選B。A項(xiàng)，SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應(yīng)；C項(xiàng)，應(yīng)通入盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶；D項(xiàng)，引入了NaHCO3雜質(zhì)。 8．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程： 下列說(shuō)法正確的是(　　) A．原材料稻殼灰價(jià)格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 B．操作A與操作B完全相同 C．該流程中硅元素的化合價(jià)發(fā)生改變 D．反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng) 解析：選A。A項(xiàng)，稻殼灰來(lái)源廣泛價(jià)格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，正確；B項(xiàng)，操作A為過(guò)濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，二氧化硅中，硅元素的化合價(jià)是＋4價(jià)，硅酸鈉中，硅元素的化合價(jià)也是＋4價(jià)，所以該流程中硅元素的化合價(jià)沒(méi)有發(fā)生改變，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反應(yīng)沒(méi)有化合價(jià)的變化，屬于非氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤。 9．科學(xué)家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示： 容器①中進(jìn)行的反應(yīng)為①Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進(jìn)行的反應(yīng)為②SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是部分反應(yīng)物可循環(huán)使用 B．最好用分液的方法分離Si和SiHCl3 C．反應(yīng)①和②中HCl均作氧化劑 D．反應(yīng)①和②互為可逆反應(yīng) 解析：選A。該工藝流程中HCl和H2可循環(huán)使用；分離Si與SiHCl3可用過(guò)濾的方法；反應(yīng)②中HCl是生成物，是氧化產(chǎn)物；反應(yīng)①、②不在同一條件下進(jìn)行，不是可逆反應(yīng)。 10．濃度相同的NaOH溶液各100 mL倒入A、B、C三個(gè)燒杯中，分別向三份溶液中通入不等量的CO2，充分反應(yīng)后，再向三份所得溶液中逐滴加入0.2 molL－1的鹽酸，產(chǎn)生CO2的體積與所加鹽酸體積之間的關(guān)系如圖所示。下列判斷不正確的是(　　) A．原NaOH溶液的濃度為0.2 molL－1 B．B燒杯中通入的CO2體積為448 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況) C．通入CO2后，A燒杯中的溶質(zhì)為Na2CO3和NaHCO3 D．通入CO2后，C燒杯中溶質(zhì)成分的物質(zhì)的量之比為n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1 解析：選B。CO2通入NaOH溶液，可能發(fā)生反應(yīng)2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O或NaOH＋CO2===NaHCO3，由圖示可知，滴加鹽酸時(shí)均不直接產(chǎn)生CO2氣體，且最終完全反應(yīng)消耗的鹽酸均為100 mL生成NaCl，由原子守恒得n(Na＋)＝n(Cl－)，即n(NaOH)＝n(HCl)，故c(NaOH)＝＝＝0.2 molL－1，A正確；B燒杯中從開(kāi)始加入鹽酸到開(kāi)始產(chǎn)生氣體與從開(kāi)始產(chǎn)生氣體到氣體完全放出需鹽酸相同，即通入CO2后生成的溶液為Na2CO3溶液，據(jù)2NaOH～CO2可知n(CO2)＝＝0.01 mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下V(CO2)＝224 mL，B錯(cuò)誤；A燒杯中未產(chǎn)生氣體消耗的鹽酸小于氣體完全生成消耗的鹽酸，故溶質(zhì)為Na2CO3和NaHCO3，C正確；C燒杯中通入CO2未產(chǎn)生氣體消耗的鹽酸大于氣體完全放出消耗的鹽酸，故溶液溶質(zhì)為Na2CO3和NaOH，n(Na2CO3)＝n(NaHCO3)＝(100－75)10－30.2 mol＝510－3 mol，故n(NaOH)＝(50－0)10－30.2 mol＝110－2 mol，即n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1，D正確。 二、非選擇題 11．硅是無(wú)機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。 (1)下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽的是________。 A．陶瓷　　 B．玻璃 C．水泥 D．生石灰 (2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________，工藝師常用________(填物質(zhì)名稱)來(lái)雕刻玻璃。 (3)用Na2SiO3水溶液浸泡過(guò)的棉花不易燃燒，說(shuō)明Na2SiO3可用作______________。Na2SiO3可通過(guò)SiO2與純堿混合高溫熔融反應(yīng)制得，高溫熔融純堿時(shí)下列坩堝可選用的是________。 A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝 C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝 (4)工業(yè)上常用2C＋SiO2Si＋2CO↑制備粗硅，該反應(yīng)中所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是________(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是________。 解析：(1)生石灰(CaO)不含Si元素，不屬于硅酸鹽。(2)SiO2與HF反應(yīng)，所以通常用氫氟酸來(lái)雕刻玻璃。(3)含有SiO2的坩堝可與Na2CO3反應(yīng)，Al2O3也可與Na2CO3反應(yīng)。 答案：(1)D　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氫氟酸　(3)防火劑　D　(4)C　SiO2 12．分別取等物質(zhì)的量濃度的氫氧化鈉溶液各100 mL，再通入一定量的CO2，隨后分別各取20 mL溶液，向其中逐滴滴入0.2 mol/L的鹽酸，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生CO2的體積(y軸)與所加入鹽酸的體積(x軸)的關(guān)系如下圖(分A、B兩種情況)： (1)在A情況下，溶質(zhì)是________________(填化學(xué)式)，其物質(zhì)的量之比為_(kāi)_________。在B情況下，溶質(zhì)是________(填化學(xué)式)，其物質(zhì)的量之比為_(kāi)_______。 (2)原氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)_________________________。 解析：(1)CO2通入NaOH溶液中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，據(jù)CO2量與NaOH量的相對(duì)多少，有兩個(gè)階段：①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，此時(shí)溶質(zhì)可能為NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(剛好反應(yīng))；②Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，此時(shí)溶質(zhì)可能為Na2CO3和NaHCO3或只有 NaHCO3。據(jù)圖分析：B情況最終生成的CO2(其實(shí)就是最初通入的與NaOH溶液反應(yīng)的CO2)是A情況的2倍。 (2)當(dāng)加入150 mL鹽酸時(shí)，恰好完全反應(yīng)，此時(shí)溶液中溶質(zhì)為NaCl。據(jù)元素守恒有n(NaOH)＝n(Na＋)＝n(Cl－)＝0.2 mol/L0.15 L＝0.03 mol，所以原氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為0.03 mol/0.02 L＝1.5 mol/L。 答案：(1)NaOH、Na2CO3　1∶1 Na2CO3、NaHCO3　1∶1 (2)1.5 mol/L 13．綜合利用CO2、CO對(duì)構(gòu)建低碳社會(huì)有重要意義。 (1)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如果尋找吸收CO2的其他物質(zhì)，下列建議合理的是________(填字母)。 A．可在堿性氧化物中尋找 B．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找 C．可在具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)中尋找 (2)Li4SiO4可用于吸收、釋放CO2，原理是在500 ℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3；平衡后加熱至700 ℃，反應(yīng)逆向進(jìn)行，放出CO2，Li4SiO4再生，寫出CO2與Li4SiO4反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________________________________。 (3)如圖所示，利用缺鐵氧化物(如Fe0.9O)可實(shí)現(xiàn)CO2的綜合利用、構(gòu)建低碳環(huán)保社會(huì)。 ①過(guò)程Ⅰ反應(yīng)中二氧化碳作________(填“氧化”或“還原”)劑，每生成3 mol的Fe3O4可轉(zhuǎn)化CO2的體積為_(kāi)_______(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。 ②請(qǐng)說(shuō)明該轉(zhuǎn)化的優(yōu)點(diǎn)：_________________________________________________。 解析：(1)A項(xiàng)，Li2O、Na2O、MgO均屬于堿性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在堿性氧化物中尋找吸收CO2的其他物質(zhì)，故A正確；B項(xiàng)，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，鋰與鈉、鎂為ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找吸收CO2的其他物質(zhì)，故B正確；C項(xiàng)，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它們都沒(méi)有強(qiáng)氧化性，且吸收二氧化碳與氧化還原反應(yīng)無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤。(2)在500 ℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，反應(yīng)物為CO2與Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根據(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)物還有Li2SiO3，所以化學(xué)方程式為CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3。(3)根據(jù)圖示可知，F(xiàn)e0.9O可以將CO2轉(zhuǎn)化為Fe3O4和C，過(guò)程Ⅰ反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe0.9O＋CO2===Fe3O4＋C，可知生成3 mol的Fe3O4消耗1 mol CO2，而Fe3O4又在太陽(yáng)能高溫作用下分解為Fe0.9O和氧氣，可實(shí)現(xiàn)鐵的氧化物的循環(huán)利用。 答案：(1)AB　(2)CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3　(3)①氧化　22.4 L?、趯O2轉(zhuǎn)化為C和O2；利用了太陽(yáng)能；Fe3O4可循環(huán)使用 14．硅是人類文明發(fā)展的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。 (1)工業(yè)生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為1∶1，則參加反應(yīng)的C和SiO2的質(zhì)量之比為_(kāi)_______。 (2)工業(yè)上可以通過(guò)如下圖所示的流程制取純硅： ①若反應(yīng)Ⅰ為Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，則反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式為 ________________________________________________________________________。 ②設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過(guò)程中硅元素沒(méi)有損失，反應(yīng)Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入HCl 和H2的物質(zhì)的量之比是__________ 。 解析：(1)將兩方程式疊加，可知C和SiO2的物質(zhì)的量之比為5∶2，因此質(zhì)量比為(512)∶(260)＝1∶2。 (2)①由流程圖可知反應(yīng)Ⅱ是SiHCl3和H2反應(yīng)生成純硅和HCl，因此化學(xué)方程式為SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl。 ②由題中條件可知： Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 1 mol　 3 mol　　　　　　1 mol SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl 1 mol　 1 mol　　 　　　 　3 mol 由以上數(shù)據(jù)可知循環(huán)生產(chǎn)中只能產(chǎn)生3 mol HCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加(－3) mol HCl，循環(huán)生產(chǎn)中只產(chǎn)生1 mol H2，但H2的利用率為93.75%，因此需增加(－1) mol H2，所以補(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比為(－3)∶(－1)＝5∶1。 答案：(1)1∶2 (2)①SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl ②5∶1