2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第4章 材料家族中的元素 第1節(jié) 硅 無(wú)機(jī)非金屬材料作業(yè)1 魯科版必修1.doc

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第1節(jié) 硅 無(wú)機(jī)非金屬材料 知能演練　輕松闖關(guān)[學(xué)生用書單獨(dú)成冊(cè)] [基礎(chǔ)溫故] 1．下列敘述中，正確的是(　　) A．自然界中存在大量的單質(zhì)硅 B．石英、水晶的主要成分都是二氧化硅 C．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)活潑，能跟酸或堿溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng) D．自然界中硅元素都存在于石英中 解析：選B。自然界中硅元素含量很高，但都以化合態(tài)形式存在，A項(xiàng)錯(cuò)誤；硅元素是親氧元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在，D項(xiàng)錯(cuò)誤；二氧化硅的性質(zhì)穩(wěn)定，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 2．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．SiO2與H2O可以直接化合生成硅酸 B．C與SiO2反應(yīng)，C過(guò)量生成CO，SiO2過(guò)量生成CO2 C．盛放石灰水的試劑瓶瓶塞不能用玻璃塞，應(yīng)用橡膠塞 D．Si與NaOH溶液反應(yīng)體現(xiàn)了Si的氧化性 解析：選C。SiO2難溶于水且不與水反應(yīng)，故不可用SiO2與H2O直接化合來(lái)生成硅酸；C與SiO2反應(yīng)的產(chǎn)物與反應(yīng)物用量無(wú)關(guān)；Si與NaOH溶液反應(yīng)Si價(jià)態(tài)升高，體現(xiàn)了Si的還原性。 3．下列關(guān)于硅及其化合物的說(shuō)法，不正確的是(　　) A．晶體硅可用做半導(dǎo)體材料 B．硅的氧化物都可用做光導(dǎo)纖維的材料 C．碳化硅可用做砂紙、砂輪的磨料 D．水玻璃可用做黏合劑及耐火材料 解析：選B。硅的單質(zhì)有晶體硅和無(wú)定形硅兩種，晶體硅才可用做半導(dǎo)體材料。硅的氧化物中晶體二氧化硅才可用做光導(dǎo)纖維的材料。 4．下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．CO2與水反應(yīng)生成碳酸，是酸性氧化物；SiO2不能與水反應(yīng)生成硅酸，不是酸性氧化物 B．NaOH溶液不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放 C．除去二氧化硅中少量的碳酸鈣雜質(zhì)應(yīng)選用水 D．粗硅制備時(shí)，發(fā)生的反應(yīng)為C＋SiO2===Si＋CO2↑ 解析：選B。A項(xiàng)，酸性氧化物是能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，而不是能與水反應(yīng)生成酸的氧化物，雖然SiO2不能與水反應(yīng)生成硅酸，但SiO2能與NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和水，是酸性氧化物，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，玻璃的成分中含二氧化硅，堿性試劑都不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放，正確；C項(xiàng)，二氧化硅和碳酸鈣都不溶于水，不能用水除去二氧化硅中少量的碳酸鈣雜質(zhì)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，粗硅制備時(shí)的反應(yīng)原理是2C＋SiO2Si＋2CO↑，需在高溫條件下反應(yīng)，且產(chǎn)物中生成的是CO，而不是CO2，錯(cuò)誤。 5．制備硅單質(zhì)時(shí)，主要化學(xué)反應(yīng)如下： ①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)Si(粗硅)＋2CO↑； ②Si(粗硅)＋2Cl2SiCl4； ③SiCl4＋2H2Si(純硅)＋4HCl。 下列對(duì)上述三個(gè)反應(yīng)的敘述中，不正確的是(　　) A．①③為置換反應(yīng) B．①②③均為氧化還原反應(yīng) C．②為化合反應(yīng) D．三個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原 解析：選D。在反應(yīng)②中Si元素化合價(jià)升高，被氧化。 6．材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是(　　) 選項(xiàng) 材料 主要化學(xué)成分 A 剛玉、金剛石 三氧化二鋁 B 大理石、石灰石 碳酸鈣 C 普通水泥、普通玻璃 硅酸鹽 D 沙子、石英 二氧化硅 解析：選A。剛玉的成分是Al2O3，金剛石的成分是C，A錯(cuò)誤；大理石、石灰石的主要成分都是CaCO3；普通玻璃是由純堿、石灰石和石英為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃熔爐中熔融而得到的硅酸鹽，普通水泥是以黏土和石灰石為主要原料，經(jīng)研磨、混合后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，再加入適量石膏而得到的硅酸鹽；沙子和石英的主要成分都是SiO2。 7．下列有關(guān)硅及其化合物的說(shuō)法正確的是(　　) A．晶體硅具有金屬光澤，可以導(dǎo)電，屬于金屬材料 B．常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以自然界中的硅大部分以游離態(tài)存在 C．SiO2是一種酸性氧化物，能夠與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸 D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸 解析：選D。A項(xiàng)，晶體硅雖然具有金屬光澤，但它屬于非金屬單質(zhì)；其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。B項(xiàng)，雖然常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅，它主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在。C項(xiàng)，SiO2不同于其他酸性氧化物，它不溶于水也不與水反應(yīng)。D項(xiàng)，SiO2不溶于稀鹽酸，可使用稀鹽酸除去其中混有的CaCO3，化學(xué)方程式為CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。 8．新型無(wú)機(jī)非金屬材料碳化鈦(TiC)、碳化硼(B4C3)、氮化硅等稱為非氧化物陶瓷，合成這些物質(zhì)需在高溫下進(jìn)行，在合成工藝中必須注意(　　) A．通入充足的氧氣 B．可在空氣中進(jìn)行 C．可在氮?dú)夥諊泻铣? D．通入少量氧氣 解析：選C。合成這些無(wú)機(jī)非金屬材料的過(guò)程中應(yīng)杜絕氧氣的存在，否則會(huì)生成相應(yīng)的氧化物。 9．下表中括號(hào)內(nèi)物質(zhì)是雜質(zhì)，試將除雜試劑及分離方法填入表內(nèi)： 混合物 SiO2(CaCO3) CO2(SO2) NaHCO3 (Na2SiO3) SiO2(NaCl) 除雜試劑 分離方法 解析：SiO2(CaCO3)：可利用SiO2不溶于鹽酸而CaCO3溶于鹽酸除去CaCO3；CO2(SO2)：可通入飽和NaHCO3溶液；NaHCO3(Na2SiO3)：通入足量CO2氣體；SiO2(NaCl)：溶于水過(guò)濾。 答案： 混合物 SiO2(CaCO3) CO2(SO2) NaHCO3 (Na2SiO3) SiO2 (NaCl) 除雜試劑 鹽酸 飽和NaHCO3溶液 通入足量CO2 水 分離方法 過(guò)濾 洗氣 過(guò)濾 過(guò)濾 10.氮化硅是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與氮?dú)庠? 300 ℃時(shí)反應(yīng)獲得。 (1)根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是______(填序號(hào))。 ①制汽輪機(jī)葉片?、诤娇蘸教炷透邷夭牧稀、壑朴谰眯阅＞摺、芷嚢l(fā)動(dòng)機(jī) (2)畫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖：________________________________________________________________________， 寫出氮化硅的化學(xué)式：________。 (3)高純硅與純氮?dú)夥磻?yīng)制得氮化硅，請(qǐng)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。 解析：從有關(guān)信息可知，氮化硅具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良性能。由于Si元素顯＋4價(jià)，N元素顯－3價(jià)，故氮化硅的化學(xué)式為Si3N4。 答案：(1)①②③④　(2 　Si3N4　(3)2N2＋3SiSi3N4 [能力提升] 11．向用石蠟圍成的“Spark”凹槽內(nèi)注入某溶液，即可在玻璃上刻蝕出“Spark”的字樣，則該溶液是(　　) A．鹽酸 B．氫氟酸 C．燒堿 D．飽和食鹽水 解析：選B。常溫下玻璃中的SiO2可與氫氟酸反應(yīng)。 12．能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是(　　) A．CO2是氣體，SiO2是固體 B．二氧化硅的熔點(diǎn)比二氧化碳高 C．CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水 D．CO2通入Na2SiO3中析出硅酸沉淀 解析：選D。酸的酸性強(qiáng)弱與對(duì)應(yīng)酸性氧化物的狀態(tài)和物理性質(zhì)無(wú)關(guān)，A、B均不正確；C項(xiàng)只能說(shuō)明其對(duì)應(yīng)酸性氧化物與水反應(yīng)的難易程度，無(wú)法比較兩種酸的酸性強(qiáng)弱；D項(xiàng)屬于較強(qiáng)的酸制取較弱的酸，能夠證明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性。 13．下列有關(guān)硅酸鹽的敘述，正確的是(　　) A．大部分硅酸鹽都易溶于水，Na2SiO3是常見(jiàn)的可溶性硅酸鹽，其水溶液俗稱水玻璃，可用做建筑黏合劑 B．石英砂可與燒堿反應(yīng)制水玻璃的離子方程式：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O C．硅酸具有酸的通性，能使石蕊試液變紅 D．石棉[Mg3Ca(SiO3)4]可表示為氧化物形式：3MgOCaO4SiO2 解析：選B。硅酸鹽大部分難溶于水，常見(jiàn)硅酸鹽中只有Na2SiO3、K2SiO3等可溶，A錯(cuò)；石英砂成分為SiO2，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，NaOH、Na2SiO3為強(qiáng)電解質(zhì)可拆成離子形式，B正確；硅酸具有酸的通性，如能與堿反應(yīng)，但其難溶于水，不能使石蕊試液變色，C錯(cuò)；硅酸鹽改寫成氧化物形式時(shí)要按“較活潑金屬氧化物→較不活潑金屬氧化物→二氧化硅→水”的順序排列，由于Ca活潑性強(qiáng)于Mg，所以其氧化物形式應(yīng)為CaO3MgO4SiO2，D錯(cuò)。 14．下列物質(zhì)放置在空氣中變質(zhì)(不考慮水分蒸發(fā)和吸收空氣中的水分)，且能析出沉淀，加入鹽酸時(shí)固體不溶解的是(　　) A．澄清石灰水 B．水玻璃 C．濃硫酸 D．NaOH溶液 解析：選B。A項(xiàng)中的Ca(OH)2能與空氣中的CO2反應(yīng)，生成CaCO3沉淀而變質(zhì)，但CaCO3能與鹽酸反應(yīng)而溶解；B項(xiàng)為Na2SiO3溶液，露置于空氣中時(shí)易吸收空氣中的CO2和H2O生成H2SiO3沉淀而使Na2SiO3變質(zhì)，且H2SiO3不與鹽酸反應(yīng)；C項(xiàng)中濃H2SO4會(huì)吸收空氣中的水分，但不會(huì)變質(zhì)；D項(xiàng)中的NaOH也能與空氣中的CO2反應(yīng)，生成Na2CO3而變質(zhì)，但Na2CO3不是沉淀。 15.為探究HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請(qǐng)據(jù)此回答： (1)若錐形瓶中裝有某可溶性正鹽溶液，分液漏斗中所盛試劑應(yīng)為_(kāi)_______。 (2)裝置B所盛的試劑是________，其作用是________________________________________________________________________ ____________________。 (3)裝置C所盛試劑是________，C中反應(yīng)的離子方程式是________________________________________________________________________。 (4)由此得出的結(jié)論是酸性：________>________>________。 解析：解答本題要注意以下兩點(diǎn)：①酸性強(qiáng)弱關(guān)系可利用“強(qiáng)酸＋弱酸鹽弱酸＋強(qiáng)酸鹽”來(lái)比較。②可先制備CO2，再制備H2SiO3，由此選擇合適的藥品。 根據(jù)以上分析可知，分液漏斗中盛裝鹽酸，A中盛放Na2CO3溶液。根據(jù)Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑可知酸性：HCl>H2CO3，然后將生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反應(yīng)為Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判斷酸性：H2CO3>H2SiO3；但需注意的是A中反應(yīng)會(huì)有HCl氣體逸出，故A中生成的氣體通入Na2SiO3溶液前需將HCl氣體吸收，但不能吸收CO2，故可選用飽和NaHCO3溶液。 答案：(1)鹽酸　(2)飽和NaHCO3溶液　吸收HCl氣體 (3)Na2SiO3溶液　SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO　(4)HCl　H2CO3　H2SiO3 16．硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅，三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過(guò)程示意圖如下： ①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式： ________________________________________________________________________。 ②整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式：________________________________________________________________________； H2還原SiHCl3過(guò)程中若混入O2，可能引起的后果是 ________________________________________________________________________。 (2)下列有關(guān)硅材料的說(shuō)法正確的是______(填字母)。 A．碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)砂紙、砂輪等 B．含硅4%的鋼具有很高的導(dǎo)磁性，主要用做變壓器鐵芯 C．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料——光導(dǎo)纖維 D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高 E．鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅 解析：(1)①H2還原SiHCl3可制備Si，化學(xué)方程式為SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 ②SiHCl3與H2O反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和H2；用H2還原SiHCl3過(guò)程中若混入O2，則高溫下H2與O2反應(yīng)發(fā)生爆炸。 (2)A項(xiàng)，碳化硅硬度很大，可用于生產(chǎn)砂紙、砂輪等；B項(xiàng)，含硅4%的鋼具有很高的導(dǎo)磁性，主要用做變壓器鐵芯；C項(xiàng)，高純度的SiO2可以制造光導(dǎo)纖維；D項(xiàng)，普通玻璃是由石英(SiO2)、石灰石、純堿高溫下反應(yīng)產(chǎn)生的，其主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，所以沒(méi)有固定熔點(diǎn)；E項(xiàng)，Si與鹽酸不反應(yīng)。 答案：(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ 高溫下H2與O2混合發(fā)生爆炸 (2)ABC