高中化学第四章非金属及其化合物41无机非金属材料的主角硅检测4新人教版必修12.docx

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高中化学第四章非金属及其化合物41无机非金属材料的主角硅检测4新人教版必修12

第1节无机非金属材料的主角——硅

（时间40分钟　满分100分）

一、选择题（本题包括12小题，每小题4分，共48分）

1．下列物质中，不含有硅酸盐的是（　B　）

A．水玻璃　　　　　　　B．硅芯片

C．黏土D．普通水泥

解析　硅芯片主要成份为硅单质，不含硅酸盐。

2．下列药品可用带玻璃塞的试剂瓶存放的是（　A　）

A．盐酸B．氢氟酸

C．NaOH溶液D．Na2SiO3溶液

解析：

氢氟酸能与玻璃中的SiO2反应而腐蚀玻璃。

NaOH能跟玻璃中的SiO2反应生成有黏合作用的Na2SiO3。

Na2SiO3本身有黏合作用。

盐酸不与玻璃反应。

3．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。

下列说法正确的是（　A　）

A．硅酸钠可用于制备木材防火剂

B．硅单质广泛用于光纤通讯

C．利用盐酸刻蚀石英制作艺术品

D．水晶项链是硅酸盐制品

解析　Na2SiO3有防火的作用，A正确；光纤的成分为SiO2，盐酸不能与SiO2反应，水晶成分为SiO2，不属于硅酸盐，B、C、D说法错误。

4.江西景德镇制瓷历史悠久,产品名扬天下。

下列关于陶瓷的说法中正确的是（　A　）

A.陶瓷是硅酸盐产品B.陶瓷是金属产品

C.陶瓷中不含金属元素D.陶瓷属于合金材料

5．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是（　D）

A．水晶的成分是二氧化硅

B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别

C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸

D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应

解析　水晶的主要成分为SiO2，A项正确；CO2是由分子构成的，而SiO2是Si和O按1∶2组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别较大，B项正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C项正确；SiO2可以与氢氟酸反应，D项不正确。

6.下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，且能用玻璃塞的是（　D　）

A.硅酸钠溶液　　　　　　　B.氢氟酸

C.氢氧化钠溶液D.氯化钠溶液

解析：

盛放碱性溶液的玻璃瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞，防止玻璃塞中的SiO2与碱液反应生成Na2SiO3而使瓶口和瓶塞黏结在一起；因为氢氟酸与玻璃中的SiO2反应：

SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O，而使玻璃溶解，故不能用玻璃瓶盛放氢氟酸。

7．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（　D　）

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

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

解析：

Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。

在空气中发生反应：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，故D项不正确。

8.把过量CO2气体通入下列溶液中,溶液始终保持澄清的是（　C　）

A.Na2SiO3溶液B.澄清石灰水

C.CaCl2溶液D.Ca（ClO）2溶液

解析：

a2SiO3溶液与CO2气体反应生成H2SiO3胶体;澄清石灰水与CO2气体反应先生成白色沉淀,然后白色沉淀又溶解;CaCl2溶液与CO2气体不反应;Ca（ClO）2溶液与CO2气体反应先生成白色沉淀,然后沉淀又溶解。

9．NaOH、KOH等碱溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中（　B）

A

B

C

D

解析　碱可以与玻璃中的SiO2反应，因此碱液只能贮存在带橡胶塞的细口瓶中。

10．能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（　D　）

A．二氧化碳溶于水生成碳酸，二氧化硅不溶于水也不直接与水反应生成硅酸

B．在高温条件下，二氧化硅与碳酸钠反应，生成硅酸钠和二氧化碳

C．二氧化硅的熔点比二氧化碳高

D．二氧化碳通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀

解析：

要证明碳酸的酸性比硅酸强，依据较强酸制较弱酸原理，因为H2CO3与硅酸盐反应生成硅酸，故D项正确。

酸性与溶解性、非水条件下反应及熔点无关。

11.下列叙述正确的是（　B　）

A.工业上用过量的碳还原二氧化硅而得到作为半导体材料的硅

B.晶体硅和石英中均有四面体结构

C.水玻璃中加少量硝酸出现白色沉淀，硝酸过量时，沉淀溶解

D.SiO2是H2SiO3的酸酐，溶于水后即生成H2SiO3

解析：

A项，过量的碳参与反应，得到的粗硅中还含有SiC，而作为半导体材料的硅必须是高纯硅，错误；B项，石英中的二氧化硅、晶体硅均是四面体形的立体网状结构，正确；C项，H2SiO3难溶于水，不溶于硝酸，错误；D项，SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不能与水反应，错误。

12．形形色色的硅酸盐存在于地球的每一个角落，在人类的生活和生产中扮演着重要的角色，下列说法不正确的是（　C　）

A．古代的陶瓷、砖瓦、现代的玻璃、水泥等，都是硅酸盐产品

B．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料

C．硅酸、二氧化硅、硅酸钠及硅酸盐产品均属于电解质

D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5（OH）4]，若以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O

解析：

水泥、玻璃、陶瓷属于传统的无机非金属材料，主要成分都是硅酸盐，A正确；晶体硅是半导体材料，B正确；二氧化硅是非电解质，硅酸盐产品是混合物，而电解质是化合物，C错误；硅酸盐可以用盐的形式或氧化物的形式表示，D正确。

二、非选择题：

本题包括4小题，共52分。

13．（每空2分，共12分）已知A是一种装饰品的主要成分，根据如图转化关系（部分产物略去），回答下列问题。

已知：

SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑

（1）A的用途：

____________（任写一种），B是________________________________________________________________________，

D是________。

（2）写出离子方程式：

②______________________________________________________________。

③______________________________________________________________。

⑤______________________________________________________________。

解析：

由题给信息“A是一种装饰品的主要成分”和图中转化关系条件，可推出A是SiO2，则B为Na2SiO3，C为CO2，进一步推出D是H2SiO3。

再由A→B→D的转化关系，对物质B进行验证。

答案：

（1）制光导纤维（或其他合理答案）　Na2SiO3　H2SiO3

（2）CO2＋H2O＋SiO

===CO

＋H2SiO3↓

SiO2＋2OH－===SiO

＋H2O

SiO

＋2H＋===H2SiO3↓

14．（每空3分，共12分）硅单质及其化合物应用范围很广。

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，生产过程示意图如下：

―→

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过程中若混入O2，可能引起的后果是

______________________________________________________________。

（2）下列有关硅材料的说法正确的是________（填字母）。

A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥

B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承

C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维

D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高

E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅

解析：

（1）①根据给定的反应物和生成物写出化学方程式，注意反应条件和配平。

②写出反应物和给出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物为H2，并配平。

（2）A项水泥是硅酸盐材料；B、C选项根据硅的化合物的用途可知，两项说法都正确；D项中玻璃是混合物，没有固定熔点；E项盐酸和硅不反应。

答案：

（1）①SiHCl3＋H2

Si＋3HCl　②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑　氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3　　

（2）BC

15．（每空2分，共12分）A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示。

A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。

请填空：

（1）形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________。

（2）B的化学式（分子式）为________。

B和碳反应生成A和E的化学方程式是_________________________________________。

（3）C的化学式为________，D的化学式为________。

解析　“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”知A是硅，根据图可初步假定B是SiO2，然后代入转化关系进行验证。

答案　

（1）

　＋4　

（2）SiO2　SiO2＋2C

Si＋2CO↑　（3）CaSiO3　Na2SiO3

16.（16分）几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示：

试判断：

（1）写出下列各种物质的化学式：

A______，B______，C______，D______，E______。

（2）写出下列反应的离子方程式：

①A→D_________________________________________________________；

②D→C________________________________________________________。

（3）写出下列反应的化学方程式：

B→E_________________________________________________________。

解析：

A、B、C、D、E、F均为含硅元素的物质，要推断这些物质，必须选定其中一种作为突破口。

从图中分析，B物质涉及与其他物质的关系最多，其位置关系最为关键，且其中有明显的性质特征。

B物质可与Na2O反应生成钠盐D，故B可能为SiO2或硅酸，但硅酸不可能由某种物质通过高温强热的方法制取，故B只能为SiO2。

SiO2与碳在强热条件下反应可制得单质硅。

而单质硅可与NaOH溶液在室温下反应生成Na2SiO3。

所以A为Si，D为Na2SiO3。

向Na2SiO3溶液中通入CO2，将析出硅酸（H2SiO3）。

无论是在Na2SiO3中加入CaCl2溶液，还是SiO2和CaCO3在高温下反应，或者H2SiO3与CaO共热，都将得到CaSiO3固体。

由此可知E为CaSiO3，H2SiO3加热分解为SiO2，故C为H2SiO3。

答案：

（1）Si　SiO2　H2SiO3　Na2SiO3　CaSiO3

（2）①Si+2OH-+H2O

Si

+2H2↑

②Si

+CO2+H2O

H2SiO3↓+C

（3）CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑

第1节无机非金属材料的主角——硅过关训练试题

（时间40分钟　满分100分）

一、选择题（本题包括12小题，每小题4分，共48分）

1.下列物质中,不含有硅酸盐的是（　B　）

A.水玻璃B.硅芯片

C.黏土D.普通水泥

解析：

水玻璃、黏土、普通水泥中都含有硅酸盐,B项硅芯片的主要成分是单质硅。

2.光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一。

瑞典皇家科学院宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟，以表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得的突破性成就。

光导纤维的主要成分是（　B　）

A．Si　　　　　　　　　　B．SiO2

C．Na2SiO3D．SiCl4

解析　光导纤维的主要成分为SiO2。

3．在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是（　C　）

①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸　⑤硝酸　⑥氢氧化钾　⑦氧化钙　⑧氮气

A．③⑤⑦⑧B．⑤⑦⑧

C．⑤⑧D．⑤

解析：

根据二氧化硅的化学性质，二氧化硅不与水反应，也不与除氢氟酸外的酸反应，它可与碱性氧化物和强碱反应，高温时可以被碳还原成单质硅。

4.下列关于硅的说法正确的是（　D　）

①硅在自然界中以游离态和化合态两种形式存在

②水泥是硅酸盐材料　③单质硅是良好的半导体

④氮化硅陶瓷是新型的无机非金属材料　⑤光导纤维属于硅酸盐产品　⑥水玻璃可以用作木材防火剂

A.①③④⑥B.②③④⑤

C.①②⑤⑥D.②③④⑥

解析：

光导纤维的主要成分是二氧化硅。

5.昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22（OH）2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为（　B　）

A.CaO·MgO·SiO2·H2OB.2CaO·5MgO·8SiO2·H2O

C.2CaO·MgO·SiO2·2H2OD.5CaO·2MgO·8SiO2·H2O

解析：

根据昆仑玉的化学式，将Ca、Mg、Si、H分别写成氧化物的形式，再调整各氧化物前的计量数并使其原子组成与昆仑玉的化学式一致，可得昆仑玉用氧化物的形式表示为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。

6.氧化锆陶瓷系列和磷酸钙陶瓷系列属于新型无机非金属材料，都可以用于制造人造骨骼，这是利用了它们的（　D　）

A.耐高温和强度高　　　B.光学特性

C.电学特性D.生物功能

解析：

氧化锆陶瓷系列和磷酸钙陶瓷系列的生物功能使其对机体无排异反应，可以用于制造人造骨骼。

7．现有硫酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是（　B　）

A．纯水　B．盐酸

C．硝酸银溶液D．碳酸钠溶液

解析：

加入水，石灰石和二氧化硅都不溶于水，不能鉴别，故A项错误；加入盐酸，硫酸钠溶解，无明显现象，石灰石溶解，生成气体，二氧化硅不反应，溶液中有沉淀，现象不同，可鉴别，故B项正确；加入硝酸银溶液，溶液中都有沉淀，不能鉴别，故C项错误；加入碳酸钠溶液，与三种物质都不反应，不能鉴别石灰石和二氧化硅，故D项错误。

8．下列关于二氧化硅的叙述正确的是（　C　）

A．二氧化硅晶体是由SiO2分子构成的，它的熔点高、硬度大

B．可用石英坩埚熔融烧碱

C．二氧化硅可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维

D．二氧化硅能溶于氢氟酸中，这是由它的晶体结构决定的

解析：

在SiO2晶体中只存在Si、O两种原子，而没有SiO2分子；石英的主要成分是SiO2，它能与烧碱反应，故不能用石英坩埚熔融烧碱；SiO2可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维；二氧化硅之所以能溶于氢氟酸是因为二者反应生成了SiF4气体和H2O，这与它的晶体结构无关。

9.下列说法正确的是（　D　）

A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应

B.根据SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强

C.水玻璃的化学性质稳定,在空气中不易变质

D.在反应SiO2+2C

Si+2CO↑中SiO2作氧化剂

解析：

SiO2可与强碱反应也可与酸中的HF反应：

SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O，与HF反应是SiO2的特性之一。

B项中该反应之所以能发生是高温条件下CO2以气体形式逸出而使反应进行得彻底。

C项水玻璃可以与空气中的CO2反应,易变质,C项错误。

D项SiO2被C还原成Si，SiO2作氧化剂，说法正确。

10.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（　D　）

A.这是一种矿物胶,既不燃烧也不受腐蚀

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

解析：

Na2SiO3的水溶液称为水玻璃,是一种矿物胶,通常用作耐火材料。

在空气中发生反应:

Na2SiO3+CO2+H2O

H2SiO3（胶体）+Na2CO3,故D项不正确。

11.下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是（　A　）

A.CO2、SiO2都是酸性氧化物

B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸

C.CO2是酸性氧化物,SiO2是两性氧化物

D.CO2和SiO2都是由相应的分子组成的

解析：

CO2可溶于水生成H2CO3,但SiO2却不能溶于水生成H2SiO3,B错误;SiO2与CO2都是酸性氧化物,A正确,C错误;CO2是由CO2分子组成的,而SiO2中不存在分子,D错误。

12.下列物质中不能用玻璃试剂瓶配玻璃塞盛放的是（　D　）

①浓硝酸　②NaOH溶液　③HF溶液　④浓硫酸　⑤NaCl溶液　⑥Na2SiO3溶液

A.①②③④⑥B.①②③④

C.②③④⑤D.②③⑥

解析：

NaOH溶液不能用玻璃塞,HF溶液不能使用玻璃瓶,Na2SiO3溶液本身具有黏性,不能使用玻璃塞。

其余物质都可以用玻璃瓶配玻璃塞来保存。

二、非选择题：

本题包括4小题，共52分。

13．（每空2分，共12分）化学与人类社会可持续发展密切相关，能源、环境、材料以及日常生活等都离不开化学。

（1）硅是无机非金属材料的主角。

请你举出两种含硅的材料名称________、________。

（2）硅最重要的氧化物是二氧化硅，是玻璃的主要成分，那么存放氢氧化钠溶液的试剂瓶不用玻璃塞的原因是__________________。

有关反应的方程式为____________________________。

（3）氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，氟化氢也不能用玻璃仪器制备，其主要原因是________________________。

有关反应方程式为____________________________________。

答案　

（1）玻璃　水泥　陶瓷　光导纤维等（任意两种，合理即可）

（2）玻璃的主要成分为SiO2，与NaOH溶液反应生成了黏性的Na2SiO3，将瓶口瓶塞黏在一起SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

（3）因为HF能腐蚀玻璃SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

14．（共16分）

（1）用两种方法鉴别下列两种白色粉末状物质。

Na2CO3和SiO2______________________________________________________；

______________________________________________________。

（2）欲鉴别CaCO3和Na2SiO3，某同学分别取少许待测粉末，滴加稀盐酸，指出他观察到的现象：

CaCO3：

______________________________________________；

Na2SiO3：

______________________________________________。

解析　

（1）可利用加水溶解的方法，能溶于水的是Na2CO3，不溶于水的是SiO2；

可用焰色反应法：

焰色反应为黄色的是Na2CO3，余者为SiO2；

可用酸液产气法：

分别取少许待测粉末，滴加稀盐酸，能够产生气体的是Na2CO3，不反应的是SiO2。

化学方程式：

Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑。

（2）分别取少许待测粉末，滴加稀盐酸，CaCO3能够产生无色气体，Na2SiO3则能产生白色沉淀。

（3）氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。

①下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________。

A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应

B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐

C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料

D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅

②在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物。

该反应的化学方程式为_______________________________________________。

该反应中氧化剂与还原剂的质量比为__________________。

解析：

（3）①Si与N2反应前后，N、Si元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。

②硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。

烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6C―→Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应方程式为3SiO2＋2N2＋6C

Si3N4＋6CO。

②根据反应：

3SiO2＋2N2＋6C

Si3N4＋6CO，分析各元素化合价变化可知，Si、O元素反应前后化合价没有变化，氮元素价态降低，N2为氧化剂，碳元素价态升高，C单质为还原剂，其质量比为（2mol×28g/mol）∶（6mol×12g/mol）＝7∶9。

答案　

（1）加水溶解法：

能溶于水的是Na2CO3，不溶于水的是SiO2

焰色反应法：

焰色反应为黄色的是Na2CO3，余者为SiO2[或酸液产气法：

分别取少许待测粉末，滴加稀盐酸，能够产生气体的是Na2CO3，不反应的是SiO2。

化学方程式：

Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑（答两种合理方法即可）]（每个2分）

（2）产生无色气体　产生白色沉淀（每空2分）

（3）①AC（2分）

②3SiO2＋2N2＋6C

Si3N4＋6CO（3分）7∶9（3分）

15．（每空3分，共12分）硅胶和石英的主要成分都是SiO2，前者是结构疏松的SiO2，后者是结构致密的SiO2。

二者成分相同，结构不同，化学性质相同，物理性质上表现出差别，具有不同的用途。

由石英制取硅胶，经历以下三步，试写出每步反应的化学方程式（是离子反应的写出离子方程式）。

（1）用NaOH（aq）溶解石英：

___________________________________________________。

（2）过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生：

________________________________________________。

（3）微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：

________________________________________________________________________。

写出硅胶的一种用途：

________________________________________________。

解析：

（1）石英的主要成分是酸性氧化物SiO2，与碱反应生成盐和水：

2NaOH＋SiO2===Na