无机非金属材料的主角硅 B+卷高考化学复习题附详细答案.docx

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无机非金属材料的主角硅B+卷高考化学复习题附详细答案

必修一第四章第一节：

无机非金属材料的主角—硅B+卷

变式1．某固体混合物X可能是由Na2SiO3、Fe、Na2CO3、BaCl2中的两种或两种以上的物质组成。

某兴趣小组为探究该固体混合物的组成，设计实验方案如下图所示（所加试剂均过量）。

下列说法不正确的是（）

A．该固体混合物一定含有Fe、Na2CO3、BaCl2

B．气体A一定是混合气体

C．白色沉淀B在空气中逐渐变灰绿色，最后变红褐色

D．沉淀A一定是H2SiO3

变式2．化学与生活密切相关，以下所有描述中正确的有几个（）

①分子筛、青花瓷、黏土、玛瑙、硅石的主要成分都是硅酸盐

②含4%硅的硅钢导磁性很强，主要用作变压器的铁芯

③氟碳化合物不仅可用于制家用不粘锅的保护膜氟纶，还可能成为未来的人造血液。

④由于r（F-）比r（OH-）小，在磷灰石晶体结构里更匹配，使得氟磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，因此含氟牙膏可有效预防龋齿

⑤石膏与水的糊状混合物会很快凝固，可用它做模型和石膏绷带

⑥煤焦油干馏可获得苯、二甲苯等有机物

⑦二氧化硫有毒，严禁将其添加到任何食品和饮料中

⑧臭氧是一种有鱼腥味、氧化性极强的淡蓝色气体，可用作自来水消毒剂

⑨奶油、代可可脂巧克力、乳饮料、奶茶、蛋黄派等零食都可能含反式脂肪酸

A．3B．4C．5D．6

变式3．青花瓷让人赏心悦目，但其中所用的颜料一直是个迷，近年来科学家才得知大多数为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜的化合价为+2），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（）

A．可用氧化物的形式表示为BaO·CuO·2SiO2B．x=6

C．易溶于强酸和强碱D．性质稳定，不易脱色

变式4．氮化硅（Si3N4）是一种优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域中有重要用途。

Ⅰ.工业上有多种方法来制备氮化硅，下面是几种常见的方法：

（1）方法一直接氮化法：

在1300～1400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为3Si＋2N2

Si3N4

（2）方法二可以用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,其反应方程式为______________________________________。

（3）

方法三化学气相沉积法：

在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HCl，与方法一相比，用此法制得的氮化硅纯度较高，其原因是_________________________________________________________。

（4）方法四Si（NH2）4热分解法：

先用四氯化硅与氨气反应生成Si（NH2）4和一种气体__________（填分子式）；然后使Si（NH2）4受热分解，分解后的另一种产物的分子式为__________。

Ⅱ.工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：

已知：

X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色。

（1）写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式：

_____________________。

（2）上述生产流程中电解A的水溶液时，以Cu为阳极电解A的水溶液电解反应方程式为。

变式5．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等，.以下是工业上制取纯硅的一种方法.

已知：

在一定条件下可发生反应：

Si（s）＋3HCl（g）

SiHCl3（g）＋H2（g）ΔH<0

现在实验室模拟工业上粗硅提纯的过程，已知SiHCl3遇水强烈水解，其他相关数据如下表所示：

物质

SiCl4

SiHCl3

AlCl3

FeCl3

沸点/℃

57.7

33.0

－

315

升华温度/℃

－

－

180

300

（1）现用如下装置进行模拟反应②的过程。

实验室制HCl的反应原理为：

2NaCl（s）+H2SO4（浓）

2HCl↑+Na2SO4

A中是HCl的发生装置，你认为应选择下列哪套装置？

__________（填装置的序号字母），装置D中碱石灰的作用为_______________________、________________________。

（2）已知液态粗品SiHCl3中含有杂质SiCl4、AlCl3、FeCl3等，则流程中操作①为_____________（填操作名称），下列不是该操作所需的仪器是___________（填装置序号字母）。

a．冷凝管b．圆底烧瓶c．蒸馏烧瓶d．分液漏斗e.温度计f.接受器

（3）用SiHCl3与H2反应制备纯硅的装置如下：

①按图示组装好仪器后，下列实验步骤的正确顺序为_________________（填步骤的序号字母）。

A．打开甲装置分液漏斗旋塞，滴加稀硫酸，反应生成H2；

B．向装置中添加药品；

C．打开丙装置分液漏斗的旋塞，滴加SiHCl3，并加热相应装置；

D．检查装置气密性；

E．停止向丙装置滴加SiHCl3，并停止加热相应装置；

F．停止通H2；

步骤C中需要加热的装置为____________（填装置序号“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）。

②该套装置的设计缺陷是____________________________________。

变式6．清洗和制绒是硅晶片制作的重要步骤之一，硅片化学清洗的主要目的是除去硅片表面杂质（如某些有机物，无机盐，金属、Si、SiO2粉尘等）。

常用的化学清洗剂有高纯水、有机溶剂、双氧水、浓酸、强碱等。

其中去除硅的氧化物，通常用一定浓度的HF溶液，室温条件下将硅片浸泡1至数分钟。

制绒是在硅片表面形成金字塔形的绒面，增加硅对太阳光的吸收。

单晶制绒通常用NaOH、Na2SiO3等混合溶液在75～90℃反应25～35min，效果良好。

Ⅰ.

（1）写出晶片制绒反应的离子方程式，对单晶制绒1990年化学家Seidel提出了一种的电化学模型，他指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH一反应，生成SiO44一，然后SiO44一迅速水解生成H4SiO4。

基于此原理分析反应中氧化剂为。

（2）本校化学兴趣小组同学，为验证Seidel的理论是否正确，完成以下实验：

实验事实

事实一

水蒸汽在600℃时可使粉末状硅缓慢氧化并放出氢气。

事实二

盛放于铂或石英器皿中的纯水长时间对粉末状还原硅无腐蚀作用。

事实三

普通玻璃器皿中的水仅因含有从玻璃中溶出的微量的碱便可使粉末状硅在其中缓慢溶解。

事实四

在野外环境里，用较高百分比的硅铁粉与干燥的Ca（OH）2和NaOH，点着后焖烧，可剧烈放出H2。

事实五

1g（0.036mo1）Si和20mL含有lgNaOH（0.025mol）的溶液，小心加热（稍微预热），收集到约1700mLH2，很接近理论值（1600mL）。

结论：

从实验上说明碱性水溶液条件下，H2O可作剂；NaOH作_____剂，降低反应。

高温无水环境下，NaOH作剂。

Ⅱ.在工业中利用镁制取硅：

2Mg＋SiO2

2MgO＋Si，同时有副反应发生：

2Mg＋Si

Mg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。

如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：

由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________（填序号）。

a．石灰石　　　b．锌粒　　　c．纯碱

（4）实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是____________________，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是___________________________。

（5）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。

可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为①_____________________________，

②_______________________________。

变式7．硅在地壳中的含量较高。

硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。

（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。

这种“金属”可能是。

（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。

其中生产普通玻璃的主要原料有。

（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。

工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

发生的主要反应

电弧炉

SiO2＋2C

Si＋2CO↑

流化床反应器

Si＋3HCl

SiHCl3＋H2

还原炉

SiHCl3＋H2

Si＋3HCl

①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为；碳化硅又称，其晶体结构与相似。

②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和。

物质

Si

SiCl4

SiHCl3

SiH2Cl2

SiH3Cl

HCl

SiH4

沸点/℃

2355

57.6

31.8

8.2

-30.4

-84.9

-111.9

③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为。

（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是。

变式8．水泥是重要的建筑材料。

水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。

实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：

（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。

加入硝酸的目的是________________________________________，还可使用___________代替硝酸。

（2）沉淀A的主要成分是_________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为____________________________________。

（3）沉淀B的主要成分为_____________、____________（填化学式）。

（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：

MnO4-+H++H2C2O4→Mn2++CO2+H2O。

实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500mol·L-1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为___________。

必修一第四章第一节：

无机非金属材料的主角—硅B+卷

参考答案

变式1．A

【解析】由实验可知，A与澄清石灰水变浑浊，则A一定含有CO2，混合物与足量盐酸反应有沉淀A生成，沉淀A是H2SiO3，溶液A与NaOH反应后生成白色沉淀B，则B是Fe（OH）2，溶液B与稀硝酸、硝酸银反应生成沉淀C是氯化银，则原混合物中一定有Na2SiO3、Fe、Na2CO3，可能有BaCl2。

A、原混合物中一定有Na2SiO3、Fe、Na2CO3，可能有BaCl2，故A错误；B、气体A是二氧化碳和氢气的混合气体，故B正确；C、白色沉淀Fe（OH）2在空气中逐渐变灰绿色，最后变红褐色，故C正确；D、沉淀A一定是H2SiO3，故D正确；故选A。

变式2．C

【解析】①分子筛、青花瓷的主要成分是硅酸盐，黏土、玛瑙、硅石的主要成分是二氧化硅，①错误；②含4%硅的硅钢具有很强的导磁性，主要用作变压器的铁芯，②正确；③氟碳化合物常见的是四氟化烯，可用于制家用不粘锅的保护膜氟纶，还可能成为未来的人造血液，作为血液的替代品，③正确；④由于r（F-）比r（OH-）小，氟离子会和羟基磷灰石Ca5（PO4）3OH发生反应生成氟磷灰石Ca5（PO4）F，氟磷灰石比羟基磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，因此含氟牙膏可有效预防龋齿，④正确；⑤熟石膏与水的糊状混合物会很快脱水凝固，故可以用熟石膏而不是石膏来制作模型和石膏绷带，⑤错误；⑥煤干馏可获得苯、二甲苯等有机物，煤焦油分馏可获得苯、二甲苯等有机物，⑥错误；⑦二氧化硫具有较强的还原性，常用作葡萄酒的抗氧化剂，⑦错误；⑧臭氧在常温下是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，具有极强的氧化性，可用作自来水的消毒剂，⑧正确；⑨反式脂肪酸具有口感佳、可塑性好等优点，作为一种食品添加剂，在食品中使用是比较普遍的，奶油、代可可脂巧克力、乳饮料、奶茶、蛋黄派等零食都可能含反式脂肪酸，⑨正确；综上所述，正确的有5个，故答案选C。

变式3．C

【解析】A．硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：

活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示：

BaO•CuO•2SiO2，故A正确；B．在硅酸铜钡中的铜元素化合价为+2，硅元素化合价为+4，氧元素的化合价为-2价，钡元素的化合价为+2价，则由化学式为BaCuSi2OX，根据化合物中正负化合价的代数和为0可得：

（+2）+（+2）+（+4）×2+（-2）×x=0，解得x=6，故B正确；C．BaCuSi2O6是弱酸盐，所以能和强酸反应，和强碱不反应，故C错误；D．BaCuSi2O6中铜显+2价，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，故D正确；故选C。

点睛：

硅酸盐由盐的书写改写为氧化物的形式即改写的一般方法归纳为：

碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水（xMO•nSiO2•mH2O）．注意：

①氧化物之间以“•”隔开；②系数配置出现的分数应化为整数。

如：

正长石KAlSi3O8不能改写成K2O•Al2O3•3SiO2，应改写成K2O•Al2O3•6SiO2。

③金属氧化物在前（活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物），非金属氧化物在后，若同一元素有变价，那么低价在前，高价在后，H2O一般写在最后。

变式4．Ⅰ.

（2）方法二：

3SiH4＋4NH3

Si3N4＋12H2

（3）方法三：

方法一所得到的产品中混有单质硅（或方法二除产品是固体外，其他物质均为气体）

（4）方法四：

HCl、NH3

Ⅱ.

（1）SiO2＋2C

Si＋2CO↑

（2）Cu+2H2O=H2↑＋Cu（OH）2

试题分析：

I、

（2）方法二可以用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,其反应方程式为3SiH4＋4NH3

Si3N4＋12H2[，故答案为：

3SiH4＋4NH3

Si3N4＋12H2[；

方法三：

方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体，故方法二得到氮化硅纯度较高；故答案为：

方法一所得到的产品中混有单质硅，而方法二除产品是固体，其他物质均为气体；

方法四：

依据化学反应中原子个数守恒可知四氯化硅与氨气反应：

3SiCl4+4NH3=Si3N4+12HCl，依据化学反应中原子个数守恒可知3Si（NH2）4

Si3N4+8NH3，故答案为：

HCl；NH3．

Ⅱ、原料B与碳得到粗产品与X反应，生成SiCl4，则X为氯气，原料B与碳得到粗产品为Si，故B为SiO2．Y与氯气在光照或点燃条件下可反应，且与SiCl4反应得到高纯度Si，则Y为氢气．Z的焰色呈黄色，含有Na元素，电解A得到氢气、氯气与Z，则Z为NaOH、A为NaCl。

（1）焦炭具有还原性，与SiO2发生氧化还原反应，生成Si与CO，反应方程式为：

SiO2+2C

Si+2CO↑，故答案为：

SiO2+2C

Si+2CO↑；

（2）Cu为阳极电解NaCl的水溶液开始一段时间，阳极Cu放电生成铜离子，阳极电极反应式为：

Cu-2e-=Cu2+，阴极水放电生成氢气与氢氧根离子，阴极电极反应式为：

2H2O+2e-=H2↑+2OH-，电解反应方程式为Cu+2H2O=H2↑＋Cu（OH）2，故答案为：

Cu+2H2O=H2↑＋Cu（OH）2。

变式5．

（1）d（2分）；吸收剩余HCl、防止空气中的水蒸气进入C装置造成SiHCl3的水解

（2）分馏；bd（3）①DBACEFf（2分）；丙、丁；②无尾气处理装置

【解析】

试题分析：

（1）该反应为固体、液体加热制取气体，所以选择D装置；碱石灰的作用是①吸收剩余HCl、②防止空气中的水蒸气进入C装置造成SiHCl3的水解；

（2）液态粗品SiHCl3中含有杂质SiCl4、AlCl3、FeCl3的沸点不同，可用分馏的方法提纯，分馏需要的仪器冷凝管、蒸馏烧瓶、.温度计、接受器；（3）制备纯硅先用氢气排除体系中的空气，操作顺序为①dbacef；需要加热丙，使SiHCl3挥发；SiHCl3（g）＋H2（g）反应需要加入，故加热丁装置；反应后有氯化氢生成，所以缺少尾气处理装置。

变式6．

（1）Si+2OH一+H2O=SiO32-+2H2↑；NaOH

（2）氧化催化活化能氧化

（3）b　（4）让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行　（5）①Mg2Si＋4HCl=2MgCl2＋SiH4↑　②SiH4＋2O2=SiO2↓＋2H2O。

【解析】

试题分析：

（1）晶片制绒反应的离子方程式Si+2OH一+H2O=SiO32-+2H2↑；在该反应中氧化剂为NaOH。

（2）碱性水溶液条件下，H2O可作氧化剂，NaOH作催化剂降低反应活化能；高温无水环境下，NaOH作氧化剂。

（3）由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入还原性气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用锌粒，是其发生反应产生H2，为反应的顺利进行创造有利的条件。

选项为b.（4）实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，是为了让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行。

（5）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。

可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因是①Mg2Si＋4HCl=2MgCl2＋SiH4↑　②SiH4＋2O2=SiO2↓＋2H2O

变式7．

（1）含有硅、碳的铁合金（或硅铁）；

（2）石英砂、纯碱和石灰石；（3）①SiO2+3C

SiC+2CO↑，金刚砂，金刚石（或单晶硅等）；②精馏（或蒸馏）；③H4SiO4（或H2SiO3）、H2、HCl；（4）H2、HCl。

试题分析：

（1）石英砂是SiO2，在高温下和木炭发生反应：

2C＋SiO2

2CO↑＋Si，然后硅和铁形成合金，或者是硅、铁、过量的碳形成合金；

（2）制造普通玻璃的原料：

石英砂、石灰石、纯碱，高温下SiO2＋CaCO3

CaSiO3＋CO2，SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2；（3）①根据信息，在高温下，C和二氧化硅反应生成硅单质，硅单质再和C反应生成碳化硅，故：

3C＋SiO2

SiC＋2CO，碳化硅俗名金刚砂，属于原子晶体，碳和硅属于同一主族，晶体结构与金刚石或晶体硅相似；②沉降、冷凝后成分是：

SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2，都是液体，因此采用蒸馏的方法提纯，水解的反应方程式：

SiHCl3＋H2O=H2SiO3↓＋HCl＋H2↑，故H2SiO3、H2、HCl；（4）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据发生的主要反应，可以提供H2、HCl。

变式8．将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+双氧水（H2O2）SiO2（或H2SiO3）SiO2+4HF

SiF4↑+2H2OFe（OH）3Al（OH）345.0%

【解析】

（1）根据题中信息，水泥中含有一定量的铁、铝、镁等金属氧化物，根据流程需要除去这些杂质，因为Fe3+容易在pH较小时以氢氧化物的形式沉淀出来，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2＋转化成Fe3＋；加入的物质要具有氧化性，同时不能引入新的杂质，因为过氧化氢被称为绿色氧化剂，所以可以选择双氧水；

（2）根据水泥中成分，二氧化硅不溶于一般酸溶液，所以沉淀A是二氧化硅；SiO2溶于氢氟酸，发生的反应是：

SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O

（3）盐类水解是吸热反应，加热可以促进Fe3+、Al3+水解转换为Fe（OH）3、

（OH）3；根据流程图，pH4～5时Ca2+、Mg2+不沉淀，Fe3+、Al3+沉淀，所以沉淀B为Fe（OH）3、

（OH）3。

（4）草酸钙的化学式为CaC2O4，MnO4－作氧化剂，化合价降低5价，H2C2O4中的C化合价由＋3价→＋4价，整体升高2价，最小公倍数为10，因此MnO4－的系数为2，H2C2O4的系数为5，运用关系式法5Ca2+～5H2C2O4～2KMnO4，n（KMnO4）=0.0500mol/L×36.00×10－3mL=1.80×10－3mol，n（Ca2+）=4.50×10－3mol，水泥中钙的质量分数为4.50×10－3mol×40.0g/mol/0.400g×100%=45.0%