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课时作业20硅酸盐和硅单质时间：45分钟满分：100分一、选择题(每小题4分，共48分)1下列说法错误的是()A铅笔芯的主要原料是石墨，儿童使用时不会引起中毒BCO有毒，有煤炉的居室可放置数盆清水，能有效地吸收CO，防止煤气中毒C“汽水”浇灌植物有一定的道理，其中CO2的释放，有利于植物的光合作用D硅的提纯与应用，促进了半导体元件与集成芯片业的发展，可以说“硅是信息技术革命的催化剂”解析：CO难溶于水，水无法吸收CO，不能防止煤气中毒，故B错误。答案：B2下列表述正确的是()人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅化学家采用玛瑙研体摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能ABC D解析：人造刚玉的主要成分是氧化铝；玛瑙的主要成分是二氧化硅；水泥的主要成分是硅酸盐；变色玻璃是含有溴化银(或氯化银)和微量氧化亚铜的玻璃；太阳能电池的使用开辟了新的能源，有利于环保和节能，故正确答案为D。答案：D3下列有关说法正确的是()A硅酸钠溶液与醋酸混合的离子方程式为SiO2H=H2SiO3B向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，说明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强CSiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维D单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料解析：CH3COOH是弱电解质，不能写为离子形式，正确的离子方程式为SiO2CH3COOH=H2SiO32CH3COO，A错误；根据强酸制弱酸的原理，应该是H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，B错误；SiO2没有导电性，SiO2可以用于制备光导纤维，C错误；单质硅是半导体材料，利用硅制成的光电池可将太阳能直接转变为电能，D正确。答案：D4歌曲青花瓷中所描绘的“屏层鸟绘的牡丹一如你梳妆”“色白花青的景已跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()A可用氧化物形式表示为BaOCuO2SiO2B性质稳定，不易脱色C易溶解于强酸和强碱Dx等于6答案：C5下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()A在粗硅的制取中发生反应2CSiO22COSi，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的B硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞的试剂瓶中C用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入CO2D由Na2CO3SiO2CO2Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸解析：Si的还原性比C的强，但能发生反应2CSiO22COSi，H2CO3的酸性比H2SiO3的强，但能发生反应Na2CO3SiO2CO2Na2SiO3，其原因是这两个反应均在高温下进行，且产物中均有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，A、D错误；实验室中不能用磨口玻璃塞盛放呈碱性的液体，如NaOH溶液、Na2SiO3溶液、Na2CO3溶液等，B错误；SiO2不能与水直接反应，所以制取硅酸只能用可溶性硅酸盐与CO2或酸反应：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3或Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3，C正确。答案：C6下列关于碳和硅的比较，正确的是()A它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸B碳和硅的最高正价都是4价C硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位D碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态解析：SiO2不溶于水也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅，因为硅是一种亲氧元素。答案为B。答案：B7将足量CO2气体通入水玻璃中，然后加热蒸干，在高温下充分煅烧，最后所得的固体物质是()ANa2SiO3 BNa2CO3、Na2SiO3CNa2CO3、SiO2 DSiO2解析：该过程中涉及的反应：2CO2Na2SiO32H2O=H2SiO32NaHCO3，H2SiO3SiO2H2O,2NaHCO3Na2CO3CO2H2O，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，故最后所得的固体物质是Na2SiO3。答案：A8常温下，下列物质不发生反应的一组是()硅与NaOH溶液硅与盐酸硅与氢氟酸二氧化硅与碳酸钠二氧化硅与NaOH溶液二氧化硅与浓硝酸A BC D解析：硅在常温下只能与F2、氢氟酸、NaOH溶液发生反应；二氧化硅与碳酸钠在高温下能反应；二氧化硅是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应，但不能与HNO3反应，故D选项符合题意。答案：D9某溶液中可能含有K、SO、CO、HCO、SiO，向该溶液中加入稀盐酸，产生白色浑浊和无色无味气体。下列说法正确的是()A无法判断该溶液中是否含有KB该溶液中一定含有K、SiO，可能含有HCOC该溶液中无SO，一定含有COD该溶液中可能含有K和CO解析：向该溶液中加入稀盐酸，产生白色浑浊和无色无味气体，则说明该溶液中一定含有SiO，含有CO、HCO至少一种，由溶液呈电中性可知，该溶液中一定含有K。答案：B10单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。科学家预计，到2011年一个电脑芯片上将会集成10亿个晶体管，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为：SiO22C高温,Si2COSi2Cl2SiCl4SiCl42H2Si4HCl。下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是()A为置换反应B为化合反应C均为氧化还原反应D三个反应的反应物中硅元素均被还原解析：反应中硅元素被还原，反应中硅元素被氧化，D错误。答案：D11.下图为北京奥运会的奖牌“金镶玉”牌，使用了昂贵的玉石材料，其化学成分多为含水钙镁硅酸盐，如Ca2Mg5Si8O22(OH)2等。下列说法正确的是()ACa2Mg5Si8O22(OH)2可用氧化物的形式表示为2CaO5MgO8SiO2H2OB从分类的角度看，Ca2Mg5Si8O22(OH)2为氧化物C玉石材料性质稳定，耐强酸和强碱的腐蚀DCa2Mg5Si8O22(OH)2易溶于水解析：Ca2Mg5Si8O22(OH)2属于盐类，易被强酸腐蚀，不溶于水，其化学式可以用氧化物的形式表示为2CaO5MgO8SiO2H2O，故只有A项正确。答案：A12工业上常用SiO2与C在高温下发生反应制造粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为11。下列说法正确的是()ASiC是一种新型无机非金属材料，任何条件下都不可能在空气中燃烧B制造粗硅时的反应：2SiO25C高温,SiSiC4COCSi、SiO2能用NaOH溶液分离D纯净的SiO2只能用于制造光导纤维解析：根据SiC中元素的价态可知，SiC具有还原性，高温下能在空气中燃烧生成SiO2和CO2，A项错误。粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为11，根据原子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO25C高温,SiSiC4CO，B项正确。Si、SiO2均能与NaOH溶液反应，C项错误。纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等，D项错误。答案：B二、非选择题(共52分)13(10分)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362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：(1)SiO2与N2、C反应前后，N、C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3SiO22N26CSi3N4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3SiO22N26CSi3N46CO。根据反应：3SiO22N26CSi3N46CO，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，为氧化剂，碳元素价态升高为还原剂，其质量比为2 mol28 g/mol(6 mol12 g/mol)79。答案：(1)AC(2)3SiO22N26CSi3N46CO7914(10分)元代青花瓷的制作原料采用瓷土加高岭土主要成分Al2Si2O5(OH)x的“二元配方”，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1 300 左右高温一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。(1)下列说法正确的是_。A高岭土化学式中x2B钾长石能完全溶于盐酸C烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化，但没有化学变化D青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品(2)工业上可利用海边石英砂生产粗硅，其主要原理：SiO22CSi(粗)2CO。工业上可通过下图所示流程由粗硅进一步制纯硅：反应a的化学方程式为Si(粗)3HCl(g)SiHCl3(l)H2(g)，反应b的化学方程式为_。以上工艺中可循环使用的物质是_。若上述两步反应中硅元素的利用率均为80%，制粗硅时有10%的SiO2转化为SiC，则生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂_吨。解析：(1)根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得2(3)2(4)5(2)x(21)0，解得x4，A错误；将KAlSi3O8改写为氧化物形式为K2OAl2O36SiO2，SiO2不能与盐酸反应，B错误；根据传统硅酸盐的制造过程可知，烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，C错误；青花瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品，D正确。(2)根据元素守恒可知，反应b的反应物为SiHCl3、H2，生成物为Si(纯)、HCl：SiHCl3H2Si(纯)3HCl。根据反应a、b可知，反应a产生的H2是反应b的反应物，反应b产生的HCl是反应a的反应物，所以H2、HCl是可循环使用的物质。由硅原子守恒，(110%)80%80%，得m125(吨)。答案：(1)D(2)SiHCl3H2Si(纯)3HClH2、HCl12515(10分)A元素的单质是重要的半导体材料，含A元素的化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。(1)A的原子结构示意图为_。(2)易与C发生化学反应的酸是_，发生反应的化学方程式是_。(3)C与纯碱混合高温熔融时，发生化学反应生成D，同时还生成氧化物B；将全部的B与全部的D在足量的水中混合，又发生化学反应生成含A的化合物E。写出生成D和E的化学方程式_。(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是_。解析：(1)A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅。(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，碳酸的酸性强于硅酸的，故在水溶液中能发生反应Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。(4)CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过关系式CaCO3CO2列式求解。答案：(1)(2)氢氟酸SiO24HF=SiF42H2O(3)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3(4)50%16(11分)某化学兴趣小组的成员捡到一块矿石，观察外观发现该矿石坚硬且呈红褐色，投入水中没有任何变化，再向水中加浓盐酸至过量，矿石部分溶解，并有大量无色气体产生。该兴趣小组的同学们猜测该矿石可能由CaCO3、SiO2、Fe2O3三种成分组成，试设计实验证明该矿石含除CaCO3以外的两种成分。仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、滴管、药匙、漏斗；2 molL1盐酸、2 molL1 NaOH溶液、2% KSCN溶液。(1)将实验方案用如图所示流程图表示，试写出每步所用试剂的名称或化学式。试剂_；试剂_；试剂_。(2)如果猜测是成立的，试根据上述实验方案，完成实验操作、预期现象与结论。编号实验操作预期现象与结论取适量矿石研细，加足量2 molL1盐酸有大量无色气体产生，得棕黄色溶液，且仍有少量固体残留解析：Fe2O3可溶于盐酸转化为Fe3，可用SCN检验Fe3的存在，从而说明矿石中含有Fe2O3。SiO2不溶于盐酸，作为残渣被滤出；为进一步确认，加入NaOH溶液，充分反应后再加盐酸，若有白色胶状沉淀生成，则说明矿石中含有SiO2。答案：(1)2% KSCN溶液2 molL1 NaOH溶液2 molL1盐酸(2)取操作所得溶液少许于试管中，并滴加几滴2% KSCN溶液溶液变为红色，说明矿石中含有Fe2O3取操作所得残余固体适量置于烧杯中，加入足量2 molL1 NaOH溶液，充分搅拌残余固体溶解完全，并得无色溶液取操作所得无色溶液少许于试管中，用胶头滴管滴入2 molL1盐酸至过量有白色胶状沉淀生成，且不溶于过量盐酸，说明矿石中含有SiO217.(11分)在半导体工业中有这样一句话：“从沙滩到用户”，其中由粗硅制纯硅的常用方法为Si(粗)2Cl2=SiCl4SiCl42H2=Si(纯)4HCl。若在25 101 kPa条件下反应生成HCl气体49 L(注：25 101 kPa条件下气体摩尔体积为24.5 Lmol1)，则：(1)反应生成HCl气体的质量为_，转移电子的个数为_。(2)反应生成的HCl气体溶于127 mL水中，得到密度为1.20 gmL1的盐酸，此盐酸的物质的量浓度为_。(3)“从沙滩到用户”涉及多个反应，其中制取粗硅的反应方程式为_。纯净的石英与烧碱反应可以制得水玻璃，反应的离子方程式为_。(4)普通玻璃若以氧化物形式表示其组成为(质量分数)：Na2O13%，CaO11.7%，SiO275.3%。现以石灰石、纯碱和石英为原料生产这种玻璃10 t，石灰石的利用率为80%，纯碱和石英的利用率为95%，至少需要上述原料的质量是_t(保留两位小数)。解析：(1)25 101 kPa条件下气体摩尔体积为24.5 Lmol1,49 L HCl气体的物质的量为2 mol，其质量为2 mol36.5 gmol173 g，两个反应共转移电子个数为4NA。(2)溶质质量为73 g，水的质量为127 g，所以溶液体积为 L，则盐酸的物质的量浓度是12 molL1。(3)制取粗硅是用碳还原二氧化硅，其方程式为SiO22CSi(粗)2CO，石英的主要成分是SiO2，与烧碱反应制取水玻璃，反应的离子方程式为SiO22OH=SiOH2O。(4)10 t这种玻璃中含Na2O 1.3 t，CaO1.17 t，SiO2 7.53 t，由CaCO3CaO 100 56 0.8 x 1.17 t所需CaCO3的质量为x2.61 tNa2CO3Na2O 106 62 0.95 y 1.3 t所需Na2CO3的质量为y2.34 t所需SiO2的质量为7.93 t则至少需要上述原料的质量为2.61 t2.34 t7.93 t12.88 t答案：(1)73 g4NA(2)12 molL1(3)SiO22CSi(粗)2COSiO22OH=SiOH2O(4)12.88
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