(浙江选考)2020版高考化学大一轮复习第17讲《含硅矿物与信息材料》课时作业(含解析) 练习

课后作业17　含硅矿物与信息材料

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(本题包括14小题,每小题5分,共70分,每小题只有一个选项符合题目要求)

1.下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)

A.氮化硅陶瓷的化学式为Si3N4

B.碳化硅(SiC)的硬度大,熔点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承

C.光导纤维是光缆通讯的重要材料,其主要成分为SiO2

D.2MgO·SiO2中的酸根阴离子为Si

答案D

解析D中酸根阴离子应为Si,故D错误。

2.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→NaOH

A.①② B.③④

C.②③④ D.②③④⑤

答案B

解析①SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O;②CuSO4+BaCl2BaSO4↓+CuCl2;⑤2Na2O2+2H2O4NaOH+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。

3.下列说法正确的是(　　)

A.制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱

B.普通玻璃是电的绝缘体,这种透明的固体物质是混合物,无固定的熔点

C.普通玻璃俗称水玻璃

D.硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅

答案B

解析制取玻璃的原料中有纯碱,而制取水泥的原料中没有纯碱,A错误;玻璃属于混合物,没有固定的熔、沸点,B正确;普通玻璃和水玻璃的成分不同,水玻璃不是普通玻璃的俗名,C错误;制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石,石灰石中不含有硅,D错误。

4.下列有关硅酸盐的叙述,正确的是(　　)

A.大部分硅酸盐都易溶于水,Na2SiO3是常见的可溶性硅酸盐,其水溶液俗称水玻璃,可用作建筑黏合剂

B.石英砂可与烧碱反应制水玻璃:

SiO2+2OH-Si+H2O

C.硅酸具有酸的通性,能使石蕊溶液变红

D.石棉Mg3Ca(SiO3)4可表示为氧化物形式3MgO·CaO·4SiO2

答案B

解析硅酸盐大部分难溶于水,常见硅酸盐中只有Na2SiO3、K2SiO3等可溶,Na2SiO3的水溶液具有黏性,可作建筑黏合剂,A错误;石英砂成分为SiO2,SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,NaOH、Na2SiO3为强电解质可拆成离子形式,B正确;硅酸具有酸的通性,例如能与碱反应,但其难溶于水,不能使石蕊溶液变色,C错误;硅酸盐改写成氧化物形式时要按“较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→二氧化硅→水”的顺序排列,由于Ca活泼性强于Mg,所以其氧化物形式为CaO·3MgO·4SiO2,D错误。

5.下列关于二氧化硅的叙述中,正确的是(　　)

A.二氧化硅不溶于水,也不与水反应生成对应的酸

B.二氧化硅是一种酸性氧化物,它不与任何酸发生反应

C.二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠和CO2,说明硅酸的酸性强于碳酸

D.二氧化硅和二氧化碳物理性质相似

答案A

解析二氧化硅在常温下为固体,熔、沸点高,硬度大,不溶于水及一般溶剂,而二氧化碳在常温下为气体,熔、沸点低,可溶于水形成碳酸;二氧化硅为酸性氧化物,因为二氧化硅可与碱溶液反应生成盐和水;二氧化硅不能与一般的酸反应,但它可与氢氟酸反应,化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;二氧化硅在高温下可与Na2CO3发生反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,此反应能发生并不是硅酸的酸性强于碳酸,而是遵循高沸点物质制低沸点物质的原理。

6.下列说法错误的是(　　)

A.高纯度的单质硅被广泛应用于制作计算机芯片

B.铅笔芯的主要成分是石墨

C.利用高纯硅可以制成光电池,将光能直接转化为电能

D.SiO2可用于制造光导纤维和半导体元件

答案D

7.下列关于碳和硅的叙述正确的是(　　)

A.其氧化物都能与NaOH溶液反应

B.其单质在加热时都能与O2反应

C.其氧化物都能溶于水生成相应的酸

D.碳和硅两种元素共有两种单质

答案B

解析CO不能与NaOH溶液反应;SiO2不能溶于水生成相应的酸;碳有金刚石、石墨、C60等多种单质,硅有晶体硅和无定形硅,所以两种元素可以形成多种单质。

8.科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示:

容器①中进行的反应为

①Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g);

容器②中进行的反应为

②SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。

下列说法正确的是(　　)

A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用

B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3

C.反应①和②中HCl均作氧化剂

D.反应①和②属于可逆反应

答案A

解析该工艺流程中HCl和H2两种气体可循环使用;分离Si与SiHCl3可用过滤的方法;反应②中HCl是生成物,是氧化产物;反应①、②不在同一条件下进行,不是可逆反应。

9.下列除杂方法正确的是(　　)

A.CO2中含有CO杂质,可以通入盛有CuO的玻璃管且加热

B.SiO2中含Al2O3杂质,可以加入足量NaOH溶液,然后过滤除去

C.CO2中含有HCl杂质,可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶

D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质,可以通入足量的CO2,然后过滤

答案A

解析SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应,B项错误;Na2CO3溶液能吸收CO2生成NaHCO3,C、D两项错误。

10.将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中,然后加热蒸干,再在高温下充分灼烧,最后所得固体物质是(　　)

A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3

C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2

答案A

解析将足量CO2气体通入水玻璃中,发生反应:2CO2+Na2SiO3+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3;加热蒸干、高温灼烧时发生反应:H2SiO3H2O+SiO2;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O;Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,所以最后所得固体物质是Na2SiO3,A项正确。

11.某粗硅中含有铁杂质,取等质量的该样品分别投入足量的稀盐酸和足量的氢氧化钠溶液中,放出氢气的物质的量之比为1∶8,则该粗硅中铁和硅的关系正确的是(　　)

A.质量比为1∶4 B.质量比为1∶8

C.物质的量之比为1∶4 D.物质的量之比为1∶2

答案C

解析Si与盐酸不反应,Fe与NaOH溶液不反应。由化学方程式Fe+2HClFeCl2+H2↑和Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑可知当前后两反应放出氢气的物质的量之比为1∶8时,Fe与Si物质的量之比为1∶4,质量之比为1∶2。

12.下列说法正确的是(　　)

A.高温下,可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应

B.CO2和钠在一定条件下反应可以得到金刚石和碳酸钠,反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是3∶4

C.现代海战通过喷放液体SiCl4(极易水解)和液氨可产生烟幕,其主要成分是NH4Cl

D.从燃煤烟道灰中(含GeO2)提取半导体材料单质锗(Ge),没有发生氧化还原反应

答案C

解析试管由玻璃制成,玻璃的主要成分中含有SiO2,高温下SiO2与C(碳)反应,A错误;反应中CO2作氧化剂,Na作还原剂,根据化合价升降总数相等的原则,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶4,B错误;SiCl4水解生成HCl和硅酸,HCl与氨反应生成NH4Cl,C正确;Ge由化合态到游离态,一定发生氧化还原反应,D错误。

13.SiO2是一种重要的化工原料。下列说法错误的是(　　)

A.图中所含反应都不属于氧化还原反应

B.纯净二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要材料

C.用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中的碳酸钙

D.炼铁时用石灰石将矿石中的脉石转化为易熔的炉渣

答案A

解析C与SiO2反应、Si与Cl2反应、SiCl4与H2反应,都属于氧化还原反应。

14.工业生产的生石灰中常混有二氧化硅和石灰石。现将该生石灰样品溶于过量的盐酸中。然后在不断搅拌的情况下,向反应混合液中逐滴加入氢氧化钠溶液至过量,如果纵坐标表示固体难溶物的质量(m),横坐标表示所加入氢氧化钠溶液的体积(V),则下列图示正确的是(　　)

答案B

解析生石灰、二氧化硅和石灰石的混合物中加入过量盐酸,生石灰和石灰石溶解,二氧化硅不溶解。向反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液,NaOH首先与过量的盐酸发生反应,所以开始时固体难溶物的质量无变化,C、D两项错误;当酸耗完后,SiO2开始溶解,发生反应的离子方程式为SiO2+2OH-Si+H2O,Si+Ca2+CaSiO3↓,依据两个离子方程式可知1molSiO2(60g)溶解,同时生成1mol难溶物CaSiO3(116g),难溶物的质量增加,待SiO2完全反应后,氯化钙与NaOH反应,生成氢氧化钙沉淀,所以沉淀质量不断增加,当钙离子全部生成沉淀后,再加入氢氧化钠,沉淀质量不变。

二、非选择题(本题包括2小题,共30分)

15.(15分)氮化硅硬度大、熔点高、不溶于一般的酸,是一种重要的结构陶瓷材料。一种用工业硅[含少量钾、钠、铁、铜的氧化物。已知硅的熔点是1 420 ℃,高温下O2及H2O(g)能腐蚀氮化硅]合成氮化硅的工艺流程如下:

(1)净化N2和H2时,铜屑的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;硅胶的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)在氮化炉中3Si(s)+2N2(g)Si3N4(s)　ΔH=-727.5 kJ·mol-1,开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度? 

　; 

体系中要通入适量的氢气是为了 

　。 

(3)X可能是　　　　　　　　(选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。 

(4)如何说明氮化硅产品已用水洗干净? 

　。 

(5)用硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN3)作氮源,直接燃烧生成氮化硅(发生置换反应),该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)除去原料气中的氧气　除去生成的水蒸气

(2)这是放热反应,防止局部过热,导致硅熔化熔合成团,阻碍与N2的接触　将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去(若答将整个体系中空气排尽也可得分)

(3)硝酸

(4)洗涤后的滤出液呈中性

(5)9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑

解析分析流程图时,我们需依据工业生产的目的,明确各步操作的原理。工业生产氮化硅的主要反应为:3Si+2N2Si3N4,在此之前,需制备纯净的N2,所以前面三步是除去氮气中的杂质(O2及H2O),加酸洗涤的目的是除去氮化硅中混有的金属氧化物及铜屑,因此加入的酸必为稀硝酸。

16.(15分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图:

相关信息如下:

a.四氯化硅遇水极易水解;

b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;

c.有关物质的物理常数见下表:

请回答下列问题:

(1)写出装置A中发生反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)装置A中g管的作用是　　　　　　　　　;装置C中的试剂是　　　　　　　;装置E中的h瓶需要冷却的理由是　。 

(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是　　　　　(填写元素符号)。 

(4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式是5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。

①滴定前是否要滴加指示剂?　　　(填“是”或“否”),请说明理由　 

　。 

②某同学称取5.000 g残留物,经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液,移取25.00 mL试样溶液,用1.000×10-2 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准溶液20.00 mL,则残留物中铁元素的质量分数是　　　　　　　。 

答案(1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O

(2)平衡压强　浓硫酸　使SiCl4冷凝

(3)Al、P、Cl

(4)①否　加入最后一滴KMnO4标准溶液,溶液的颜色在半分钟内不再褪去可视为滴定终点　②4.480%

解析制备四氯化硅的原料为Cl2和Si。A为制备Cl2的装置,B、C为除杂装置。先用B除去HCl,再用C(盛装浓硫酸)除去水蒸气。Cl2通入粗硅中反应,用冷水将产物SiCl4冷凝即可。

(1)制取氯气用浓盐酸和MnO2在加热条件下反应。

(2)g管是将分液漏斗与圆底烧瓶相连,使它们中的压强相等,便于盐酸顺利滴下。SiCl4的沸点很低,只有57.7℃,而反应的温度达几百度,故需要冷凝收集。

(3)从物质的物理性质可发现,AlCl3、PCl5升华温度比SiCl4的沸点高,故残留物中还应有Al、P、Cl元素。

(4)①由于高锰酸钾溶液本身是紫红色的,与Fe2+反应时,可以褪色,故可以兼作指示剂。②根据方程式可以找出关系,

5Fe2+~Mn,n(Fe)=1×10-2mol·L-1×0.020L×5×=4×10-3mol。

w(Fe)=×100%=4.480%。