2024-2025學年高中化學專題3從礦物到基礎材料3-1硅酸鹽和硅單質課時作業(yè)含解析蘇教版必修1

PAGEPAGE8課時作業(yè)22硅酸鹽和硅單質時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(每小題4分，共44分)1．下列關于硅及其化合物的說法不正確的是(B)A．水玻璃可用作木材防火劑B．硅是制造光導纖維的材料C．硅是制造太陽能電池的常用材料D．硅是構成一些巖石和礦物的基本元素解析：水玻璃是硅酸鈉的水溶液，硅酸鈉不燃燒也不支持燃燒，所以水玻璃可用作木材防火劑，故A正確；二氧化硅是制造光導纖維的材料，故B錯誤；硅是一種半導體材料，是制造太陽能電池的常用材料，故C正確；巖石和礦物中含有硅酸鹽、二氧化硅，所以硅是構成一些巖石和礦物的基本元素，故D正確。2．下列表述正確的是(D)①人造剛玉熔點很高，可用作高級耐火材料，主要成分是二氧化硅②化學家采納瑪瑙研缽摩擦固體反應物進行無溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽③提前建成的三峽大壩運用了大量水泥，水泥是硅酸鹽材料④夏天到了，游客配戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來愛護眼睛⑤太陽能電池可采納硅材料制作，其應用有利于環(huán)保、節(jié)能A．①②③ B．②④C．③④⑤ D．③⑤解析：人造剛玉的主要成分是氧化鋁；瑪瑙的主要成分是二氧化硅；水泥的主要成分是硅酸鹽；變色玻璃是含有溴化銀(或氯化銀)和微量氧化亞銅的玻璃；太陽能電池的運用開拓了新的能源，有利于環(huán)保和節(jié)能，故正確答案為D。3．下列有關說法正確的是(D)A．硅酸鈉溶液與醋酸混合的離子方程式為SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓B．向肯定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2氣體，出現(xiàn)白色沉淀，說明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性強C．SiO2有導電性，所以SiO2可用于制備光導纖維D．單質硅是將太陽能轉變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧辖馕觯篊H3COOH是弱電解質，不能寫為離子形式，正確的離子方程式為SiOeq\o\al(2－,3)＋2CH3COOH=H2SiO3↓＋2CH3COO－，A錯誤；依據(jù)強酸制弱酸的原理，應當是H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強，B錯誤；SiO2沒有導電性，SiO2可以用于制備光導纖維，C錯誤；單質硅是半導體材料，利用硅制成的光電池可將太陽能干脆轉變?yōu)殡娔?，D正確。4．歌曲《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分始終是個謎，近年來科學家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價)，下列關于硅酸銅鋇的說法不正確的是(C)A．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2B．性質穩(wěn)定，不易脫色C．易溶解于強酸和強堿D．x等于65．下列各種應用中，利用了硅元素的還原性的是(B)A．用晶體硅制造集成電路、晶體管等半導體器件B．在野外，用硅、石灰、燒堿的混合物制取氫氣：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH=Na2SiO3＋CaO＋2H2↑C．用氫氟酸刻蝕玻璃：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OD．單質硅的制備：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑解析：用晶體硅制造集成電路、晶體管等半導體器件，利用的是硅的半導體性能，A錯誤；在野外，用硅、石灰、燒堿的混合物制取氫氣：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH=Na2SiO3＋CaO＋2H2↑，在反應中硅元素化合價上升，利用的是硅的還原性，B正確；用氫氟酸刻蝕玻璃：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，在反應中各元素的化合價均不變，不是氧化還原反應，C錯誤；在SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑反應中硅元素的化合價降低，利用的是二氧化硅的氧化性，D錯誤。6．下列關于碳和硅的比較，正確的是(B)A．它們的氧化物都能與水反應生成對應的酸B．碳和硅的最高正價都是＋4價C．硅元素在地殼中的含量占其次位，碳占第一位D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游離態(tài)也有化合態(tài)解析：SiO2不溶于水也不與水反應；地殼中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游離態(tài)的碳(金剛石)，沒有游離態(tài)的硅，因為硅是一種親氧元素。答案為B。7．下列敘述正確的是(D)①氧化鋁是一種比較好的耐火材料，可用來制造耐火坩堝②氧化鐵常用來制作紅色油漆和涂料③硅酸鈉是制備硅膠和木材防火劑的原料④以純堿、石灰石、石英為原料可制一般玻璃⑤石灰石、高嶺石、石英和水晶的主要成分是SiO2A．①③④⑤ B．②③④⑤C．①②④⑤ D．①②③④解析：①氧化鋁的熔、沸點高，是一種比較好的耐火材料，可用來制造耐火坩堝，正確；②氧化鐵是紅棕色的固體，常用來制作紅色油漆和涂料，正確；③硅酸鈉是制備硅膠和木材防火劑的原料，正確；④以純堿、石灰石、石英為原料可制一般玻璃，正確；⑤石灰石的主要成分是CaCO3，高嶺石的主要成分是硅酸鹽，石英和水晶的主要成分是SiO2，錯誤。因此上述說法正確的是①②③④，答案是D。8．常溫下，下列物質不發(fā)生反應的一組是(D)①硅與NaOH溶液②硅與鹽酸③硅與氫氟酸④二氧化硅與碳酸鈉⑤二氧化硅與NaOH溶液⑥二氧化硅與濃硝酸A．①②④ B．③④⑥C．②⑤⑥ D．②④⑥解析：硅在常溫下只能與F2、氫氟酸、NaOH溶液發(fā)生反應；二氧化硅與碳酸鈉在高溫下能反應；二氧化硅是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應，但不能與HNO3反應，故D選項符合題意。9．《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無沙黏土而為之”“凡坯既成，干燥之后，則積累窯中燃薪舉火”“澆水轉釉(主要為青色)，與造磚同法?！毕铝姓f法錯誤的是(D)A．黏土是制作磚瓦和陶瓷等的主要原料B．“燃薪舉火”使黏土發(fā)生困難的物理化學改變C．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽解析：黏土是制作磚瓦和陶瓷等的主要原料，A項正確；“燃薪舉火”使黏土發(fā)生了困難的物理化學改變，B項正確；C項正確；沙子的主要成分為SiO2，黏土的主要成分為硅酸鹽，D項錯誤。10．從石英砂制取并獲得高純硅的主要化學反應如下：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si(粗)＋2CO↑②Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up17(△))SiCl4③SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si(純)＋4HCl關于上述反應的分析不正確的是(D)A．①、③是置換反應，②是化合反應B．任一反應中，每消耗或生成28g硅，均轉移4mol電子C．高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強于硅D．高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按肯定比例混合可得高純硅解析：在這三個反應中，①、③是置換反應，②是化合反應，所以A正確；這三個反應都是氧化還原反應，其中硅的化合價都改變了4價，所以每消耗或生成28g硅(即1molSi)，都轉移4mol電子，故B正確；在氧化還原反應中，還原劑的還原性強于還原產(chǎn)物的還原性，在反應①，C是還原劑，Si是還原產(chǎn)物，在反應③中，H2是還原劑，Si是還原產(chǎn)物，所以在高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強于硅，故C正確；這些反應并不是混合在一起同時進行的，所以高溫下把石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按肯定比例混合是得不到高純硅的，故D錯誤。11．多晶硅是單質硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示：下列說法錯誤的是(B)A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅的過程中焦炭與石英會發(fā)生副反應生成碳化硅，在該副反應中，氧化劑與還原劑的物質的量之比為11C．SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為H2SiO3、H2、HCl，據(jù)此推想SiHCl3中硅元素的化合價為＋2價D．Y與SiHCl3制備多晶硅的反應屬于置換反應解析：電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，Y和Z點燃化合，其中Y還能將硅元素從其化合物中還原出來，這說明Y、Z分別為H2、Cl2，A正確；制取粗硅的過程中焦炭與石英會發(fā)生副反應生成碳化硅：3C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))SiC＋2CO↑，在該副反應中碳既是氧化劑，也是還原劑，氧化劑與還原劑的物質的量之比為12，B錯誤；SiHCl3中H是＋1價，Cl是－1價，則硅元素的化合價為＋2價，C正確；氫氣與SiHCl3制備多晶硅的反應為SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋3HCl，屬于置換反應，D正確。二、非選擇題(共56分)12．(10分)氮化硅陶瓷因其熔點高，對于金屬及氧化物熔體具有相當?shù)母邷胤€(wěn)定性，越來越多被應用于熱工各個領域，如陶瓷燒成棚板、輥棒，以及高溫軸承、渦輪葉片等。(1)下列關于氮化硅陶瓷的說法正確的是AC。A．硅粉合成氮化硅的反應屬于氧化還原反應B．氮化硅陶瓷屬于硅酸鹽C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D．太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的主體材料為氮化硅(2)在燒結氮化硅陶瓷的過程中，二氧化硅、碳、氮氣以物質的量之比362反應生成兩種化合物。①該反應的化學方程式為3SiO2＋2N2＋6Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si3N4＋6CO。②該反應中氧化劑與還原劑的質量比為79。解析：(1)SiO2與N2、C反應前后，N、C元素的化合價發(fā)生改變，故屬于氧化還原反應，A正確；氮化硅屬于新型高溫結構陶瓷，不屬于硅酸鹽，B錯誤；依據(jù)氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正確；太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的主體材料為硅，D錯誤。(2)①硅原子最外層有4個電子，氮原子最外層有5個電子，在氮化硅中硅顯＋4價，氮顯－3價，依據(jù)化合物中化合價代數(shù)和等于零的原則，可得氮化硅的化學式為Si3N4。燒結Si3N4的反應物為SiO2、N2、C，生成物為Si3N4和另一種化合物，則有3SiO2＋2N2＋6C→Si3N4＋另一種化合物，依據(jù)原子守恒可得另一種化合物為CO，故反應方程式為3SiO2＋2N2＋6Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si3N4＋6CO。②依據(jù)反應：3SiO2＋2N2＋6Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si3N4＋6CO，分析各元素化合價改變可知，Si、O元素反應前后化合價沒有改變，氮元素價態(tài)降低，為氧化劑，碳元素價態(tài)上升為還原劑，其質量比為2mol×28g/mol(6mol×12g/mol)＝79。13．(10分)元代青花瓷的制作原料采納瓷土加高嶺土[主要成分Al2Si2O5(OH)x]的“二元配方”，青花瓷釉料的成分主要是鉀長石(KAlSi3O8)，在1300℃左右高溫一次燒成的釉可形成精致的青花瓷。(1)下列說法正確的是D。A．高嶺土化學式中x＝2B．鉀長石能完全溶于鹽酸C．燒制青花瓷的過程中發(fā)生了困難的物理改變，但沒有化學改變D．青花瓷、玻璃、水泥都屬于硅酸鹽產(chǎn)品(2)工業(yè)上可利用海邊石英砂生產(chǎn)粗硅，其主要原理：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si(粗)＋2CO↑。工業(yè)上可通過下圖所示流程由粗硅進一步制純硅：①反應a的化學方程式為Si(粗)＋3HCl(g)eq\o(=,\s\up17(553～573K))SiHCl3(l)＋H2(g)，反應b的化學方程式為SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1373～1453K))Si(純)＋3HCl。②以上工藝中可循環(huán)運用的物質是H2、HCl。③若上述兩步反應中硅元素的利用率均為80%，制粗硅時有10%的SiO2轉化為SiC，則生產(chǎn)25.2噸純硅需純度為75%石英砂125噸。解析：(1)依據(jù)化合物中化合價代數(shù)和等于零的原則，可得2×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋x·(－2＋1)＝0，解得x＝4，A錯誤；鉀長石與鹽酸反應生成不溶于鹽酸的硅酸，B錯誤；依據(jù)傳統(tǒng)硅酸鹽的制造過程可知，燒制青花瓷的過程中發(fā)生了困難的物理改變和化學改變，C錯誤；青花瓷、玻璃、水泥都是硅酸鹽產(chǎn)品，D正確。(2)①依據(jù)元素守恒可知，反應b的反應物為SiHCl3、H2，生成物為Si(純)、HCl：SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1373～1453K))Si(純)＋3HCl。②依據(jù)反應a、b可知，反應a產(chǎn)生的H2是反應b的反應物，反應b產(chǎn)生的HCl是反應a的反應物，所以H2、HCl是可循環(huán)運用的物質。③由硅原子守恒，eq\f(m×75%,60)×(1－10%)×80%×80%＝eq\f(25.2,28)，得m＝125(噸)。14．(10分)A元素的單質是重要的半導體材料，含A元素的化合物C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導纖維，C與燒堿反應生成含A元素的化合物D。(1)A的原子結構示意圖為。(2)易與C發(fā)生化學反應的酸是氫氟酸，發(fā)生反應的化學方程式是SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(3)C與純堿混合高溫熔融時，發(fā)生化學反應生成D，同時還生成氧化物B；將全部的B與全部的D在足量的水中混合，又發(fā)生化學反應生成含A的化合物E。寫誕生成D和E的化學方程式SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓。(4)100gC與石灰石的混合物充分反應后，生成的氣體在標準狀況下的體積為11.2L,100g混合物中石灰石的質量分數(shù)是50%。解析：(1)A元素單質可作半導體材料，含A元素的某化合物是制造光導纖維的原料，可知A為硅。(2)C為SiO2，能與SiO2反應的酸只有氫氟酸。(3)SiO2與Na2CO3高溫下反應生成Na2SiO3和CO2，碳酸的酸性強于硅酸的，故在水溶液中能發(fā)生反應Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓。(4)CaCO3的多少確定了CO2的產(chǎn)量，可通過關系式CaCO3～CO2列式求解。15．(15分)單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質)，粗硅與氯氣反應生成四氯化硅(反應溫度450～500℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。試驗室制備四氯化硅的裝置如圖所示。相關信息如下：a．四氯化硅遇水極易水解；b．硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣干脆反應生成相應的氯化物；c．有關物質的物理性質見下表：物質SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點/℃57.712.8－315－熔點/℃－70.0－107.2－－－升華溫度/℃－－180300162請回答下列問題：(1)寫出裝置A中發(fā)生反應的離子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up17(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)裝置A中g管的作用是平衡壓強；裝置C中的試劑是濃硫酸；裝置E中h瓶冷卻的目的是使SiCl4冷凝。(3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質元素是Al、P、Cl(填寫元素符號)。(4)為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預處理將鐵元素還原成Fe2＋，再用KMnO4標準溶液在酸性條件下進行氧化還原反應，反應的離子方程式是5Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。①如何知道反應恰好完成，請說明理由高錳酸鉀溶液呈紫紅色，與Fe2＋反應時褪色，當?shù)稳敫咤i酸鉀溶液不褪色時反應恰好完成。②某同學稱取5.000g殘留物，預處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL溶液，用1.000×10－2mol·L－1KMnO4標準溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00mL，則殘留物中鐵元素的質量分數(shù)是4.48%。解析：制備四氯化硅的原料為Cl2和Si。A裝置為Cl2的制備裝置，B、C裝置為除雜裝置；先用B裝置除去HCl，再用C裝置(濃硫酸)除去水蒸氣；Cl2通入粗硅中反應，用水將產(chǎn)生的SiCl4冷凝即可。(1)用濃鹽酸和MnO2在加熱條件下反應制取氯氣。(2)g管將分液漏斗與燒瓶相連，使它們壓強相等，便于濃鹽酸順當?shù)蜗?。SiCl4的沸點為57.7℃，而反應的溫度很高，故須要冷凝收集。(3)由表中數(shù)據(jù)可知h瓶收集到SiCl4、AlCl3、FeCl3和PCl5，AlCl3、FeCl3、PCl5都會在精餾后的殘留物中存在，故殘留液中還有Al、P、Cl元素。(4)①高錳酸鉀溶液呈紫紅色，與Fe2＋反應時褪色，當?shù)稳敫咤i酸鉀溶液不褪色時反應恰好完成。②依據(jù)方程式可以找出關系式5Fe2＋～MnOeq\o\al(－,4)，n(Fe)＝1.000×10－2mol·L－1×20.00×10－3L×5×eq\f(100,25.00)＝4×10－