第10講 無機(jī)非金屬材料的主角

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1、[第10講 無機(jī)非金屬材料的主角一一硅] 基礎(chǔ)熱身 1. [2012■武昌調(diào)研]2011年11月28日至12月9日,聯(lián)合國世界氣候大會(huì)在南非德 班召開,“低碳減排”成為近200個(gè)國家熱議的主題。下列做法不能達(dá)到“低碳減排”目的 的是() A. 拉動(dòng)內(nèi)需,刺激消費(fèi) B. 利用太陽能等新能源代替化石燃料 C .未來5年我國將逐步淘汰白熾燈 D.家庭廢水再使用,城市污水處理循環(huán)利用 2. [2012■濟(jì)寧期末]某氧化物X難溶于水,能與燒堿反應(yīng),生成易溶于水的化合物Y, 將少量Y溶液滴入鹽酸中能生成一種白色的膠狀沉淀,則X是() A. SiO2 B. Al2O3 C. Mg° D P2

2、O5 3. [2012?寧波八校聯(lián)考]下列關(guān)于工業(yè)生產(chǎn)的說法中,不正確的是() A. 工業(yè)上,用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含雜質(zhì)的粗硅 B. 生產(chǎn)普通水泥的主要原料有石灰石、石英和純堿 。.工業(yè)上將粗銅進(jìn)行精煉,應(yīng)將粗銅連接在電源的正極 D.在高爐煉鐵的反應(yīng)中,一氧化碳作還原劑 4. [2011 ■杭州質(zhì)檢]據(jù)《參考消息》報(bào)道,有科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”、“未 來的石油”的觀點(diǎn)。假如硅作為一種普遍使用的新型能源被開發(fā)利用,關(guān)于其有利因素的下 列說法中,你認(rèn)為不正確的是() A. 硅便于運(yùn)輸、貯存,從安全角度考慮,硅是最佳的燃料 B. 自然界中存在大量單質(zhì)硅 C.

3、硅燃燒放出的熱量大,且燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染程度低,容易有效控制 。.自然界中硅的貯量豐富 5. [2012■萊蕪期末]下列各項(xiàng)操作中不發(fā)生先沉淀后溶解現(xiàn)象的是() ① 向飽和碳酸鈉溶液中通入過量的CO2 ② 向Fe(OH)3膠體中逐滴滴加入過量H2SO4 ③ 向Ba(NO3)2溶液中通入過量SO2 ④ 向石灰水中通入過量CO2 ⑤ 向AlCl3溶液中逐滴滴加NaOH溶液至過量 A.①②③B.①②⑤ C .①②③⑤D.①③ 能力提升 6. 宣傳科學(xué)知識(shí),介紹高新科技,揭露偽科學(xué),是科學(xué)工作者的義務(wù),下列說法正確 的是( ) A. 以石英砂為主要原料生產(chǎn)光導(dǎo)纖維 B.

4、“水玻璃”超薄透明,是一種新型裝飾材料 C. 納米材料是一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料 D. 炭爐邊放盆水,可防止煤氣中毒 7. 現(xiàn)有下列五個(gè)轉(zhuǎn)化,其中不可能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是() ① SiO2 - Na2SiO3 ② CuSO4 - CuCl2 ③ SiO2 - H2SiO3 ④ CuO-Cu(OH)2 ⑤ Na2O2—NaOH A.①②B.③④ C. ②③④D .②③④⑤ 8. 用4種溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是() 選項(xiàng) 操作及現(xiàn)象 溶液 A 通入CO2,溶液變渾濁。再升溫至65 °C以上,溶液變澄清 C6H5ONa 溶

5、液 B 通入CO2,溶液變渾濁。繼續(xù)通CO2至過量,渾濁消失 Na2SiO3 溶液 C 通入cO2,溶液變渾濁。再加入品紅溶液,紅色褪去 Ca(ClO)2 溶液 D 通入CO2,溶液變渾濁。繼續(xù)通co2至過量,渾濁消失。再 加入足量NaOH溶液,又變渾濁 Ca(OH)2 溶液 9.下列試劑可用帶玻璃塞的玻璃瓶存放的是() A. NaOH 溶液 B. Na2SiO3 溶液 C.鹽酸D.氫氟酸 10. 在水玻璃中通入少量的CO2氣體,充分反應(yīng)后加熱蒸干,再高溫充分灼燒,冷卻 后所得的固體物質(zhì)為() A. Na2SiO3 B. Na2SiO3與 Na2CO3 C. S

6、iO2與 Na2CO3 D. SiO2、Na2SiO3及 Na2CO3 11. 在全球號(hào)召節(jié)能減排的大背景下,2010年兩會(huì)期間,政協(xié)委員們領(lǐng)到的會(huì)議通知、 日程表、便簽紙等都是以碳酸鈣為主要原料的低碳“石頭紙”。某化學(xué)探究小組的同學(xué)為了 測定“石頭紙”中碳酸鈣的含量,稱取了 5.0 g碎紙樣品。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見下表(假設(shè)石頭 紙中其他成分既不溶于水,也不與水反應(yīng)): 實(shí)驗(yàn)組別 ① ② ③ ④ ⑤ 加入樣品的質(zhì)量/g 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 加入0.2 mol/L稀鹽酸的體積/mL 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 充分

7、反應(yīng)后生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積/mL 44.8 89.6 134.4 179.2 179.2 則樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為() A. 20% B. 40% C. 60% D. 80% 12. [2012-杭州質(zhì)檢]二氧化硅(SiO2)又稱硅石,是制備硅及其化合物的重要原料。下 列說法正確的是() A. SiO2既能與HF反應(yīng),又能與NaOH反應(yīng),屬于兩性氧化物 圖 K10-1 B. SiO2和Si都是光導(dǎo)纖維材料 C. 利用SiO2與NaOH溶液反應(yīng)可制取“水玻璃” D. 圖K10-1中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng) 13. 已知物質(zhì)M由同一短周期的X、Y兩種元素

8、組成,X原子的最外層電子數(shù)是最內(nèi) 層電子數(shù)的一半,Y元素的最高正價(jià)和其負(fù)價(jià)的代數(shù)和為6。M與其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下 (部分產(chǎn)物已略去): 圖 K10-2 (1) 若A是某元素的一種常見酸性氧化物,可用于制造光導(dǎo)纖維,則該元素的原子結(jié)構(gòu) 示意圖為, 寫出 A 與 B 反應(yīng)的離子方程式 E 與 F 反 應(yīng) 的 離 子 方程式 (2) 工業(yè)上用電解M的產(chǎn)物之一氧化有毒含氰(CN-堿性廢水,得到無毒的N2、CO2等。 寫出此反應(yīng)的離子方程式 。 甲0 A乙丁 A丙 圖 K10-3 14. [2012-泉州四校聯(lián)考]甲、乙、丙三種物質(zhì)都含有A元素,只有甲是單質(zhì),其轉(zhuǎn)化 關(guān)系如圖K1

9、0-3所示: (1) 若乙是目前世界倡導(dǎo)需減少排放的溫室氣體,丁也含有A元素。則含有7個(gè)中子的 核素A可用符號(hào)表示為,丁溶液呈堿性的原因用離子方程式表示為 ;已知:在常溫常壓下,1 mol甲和一氧化碳分別與充 足的氧氣反應(yīng)放出的熱量分別是393.5 kJ、283.0 kJ。試寫出甲與乙相互反應(yīng)的熱化學(xué)方程 式 (2) 若A是非金屬元素,其次外層電子是最外層電子數(shù)的2倍,則乙在現(xiàn)代通訊中可用 于制造,寫出一個(gè)有丙參加的、能證明碳的非金屬性強(qiáng)于A的化學(xué)方程式 ; (3) 若甲是生活中最常用的過渡金屬單質(zhì),其在點(diǎn)燃條件與氧氣反應(yīng)生成乙。若丁是稀 鹽 酸, 則 乙一丙 的 化 學(xué) 方 程 式

10、 為 挑戰(zhàn)自我 15. [2013?上高模擬]X是一種新型無機(jī)非金屬材料,具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊 性。有關(guān)生產(chǎn)過程如下: ① 加熱 化合物D |化合物C|②過量分子式:③隔磐氣區(qū)] NH3 A (NH )高溫 為了確定C的組成,某同學(xué)進(jìn)行了以下的探究過程。已知F、G都是難溶于水和稀硝 酸的白色沉淀,I可做光導(dǎo)纖維。 ④卜舊⑤硝硝臂回 化合物c|^水-1 攵 水| 一回⑥^強(qiáng)向 WK舊-加蚯□ 溶液 過量co2 按要求回答下列問題: (1)C 的 化學(xué)式為 __ ___ ; X 的 化 學(xué) 式 為 。 (2) 反 應(yīng)②的 化學(xué)方程式為 。 (

11、3) 反 應(yīng) ⑦ 的 離 子 方 程 式 16.已知SiO2、SO2和CO2都是酸性氧化物,化學(xué)性質(zhì)具有一定的相似性;Mg和Na 的化學(xué)性質(zhì)也具有一定的相似性。 I .用如圖K10-4所示裝置進(jìn)行Mg和SO2的實(shí)驗(yàn),其中A是制備SO2的發(fā)生裝置。 圖 K10-4 (1) 選擇制取SO2的合適試劑(填序號(hào))。 ①10%的H2SO4溶液 ②80%的H2SO4溶液 ③Na2SO3固體 ④CaSO3固體 (2) 寫出裝置B中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式: 裝 置 C 中 NaOH 溶 液 的 作 用 是 (3) 請(qǐng)?jiān)趫D中畫出制備SO2的發(fā)生裝置并注明主要儀器的名稱,固定儀

12、器省略不畫。 (4) 你 認(rèn) 為 該 裝 置 的 不 足 之 處 是 II .某研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了 “實(shí)驗(yàn)室制Si”的研究,他們以課本為基礎(chǔ),查閱資料得 到以下可供參考的信息: ① 工業(yè)上在高溫時(shí)用C還原SiO2可制得Si ② Mg在點(diǎn)燃的條件下即可與SiO2反應(yīng) ③ 金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽與SiH4 ④ Si和SiO2均不與稀H2SO4反應(yīng) ⑤ SiH4在空氣中自燃 他們?cè)谘芯繄?bào)告中記載著:“……選用合適的物質(zhì)在適宜的條件下充分反應(yīng),再用足量 稀硫酸溶解固體產(chǎn)物;然后過濾、洗滌、干燥,最后稱量……在用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時(shí), 發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花,其產(chǎn)率也只有預(yù)

13、期值的63%左右?!? (5) 該小組“實(shí)驗(yàn)室制 Si” 的化學(xué)方程式是 (6) 你估計(jì)“用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時(shí),發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花”的原因是 課時(shí)作業(yè)(十) 1. A [解析]拉動(dòng)內(nèi)需,刺激消費(fèi),導(dǎo)致物品損耗大,不符合“低碳減排”目的。 2. A [解析]C項(xiàng)MgO不能溶于燒堿,不正確;少量Y滴入鹽酸能夠形成沉淀,SiO2 符合題意,A項(xiàng)正確;因Al(OH)3是兩性氫氧化物,故NaAlO2在過量鹽酸中不能生成沉淀, B項(xiàng)不正確;D項(xiàng)生成的磷酸鈉與鹽酸不能發(fā)生產(chǎn)生白色沉淀的反應(yīng)。 3. B [解析]生產(chǎn)普通水泥的原料是石灰石和黏土,B項(xiàng)不正確。 4. B [解析]由于Si的親氧性

14、,自然界的硅大都以SiO2或硅酸鹽的形式存在,無單質(zhì) 硅存在。 5. D [解析]①只能生成NaHCO3沉淀;②先發(fā)生凝聚,后沉淀溶解;③只能生成BaSO4 沉淀;④先生成CaCO3沉淀,后生成易溶的Ca(HCO3)2而溶解;⑤Al(OH)3為兩性氫氧化物, 故先生成沉淀,后溶解。 6. A [解析]石英砂的主要成分是SiO2; "水玻璃”是Na2SiO3水溶液的俗稱;納米 是長度單位,1 nm=10T m;煤氣(CO)不溶于水。 7. B [解析]①SiO +2NaOH===NaSiO +H O;②CuSO +BaCl ===BaSO ;+CuCl ; leui」j^2 32 4

15、 2 4 2 ⑤2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2 f,SiO2和CuO均不溶于水,因此SiO2、CuO不可能通過 一步反應(yīng)分別生成H2SiO3、Cu(OH)2。 8. B [解析]A 項(xiàng),CO.+C H ONa+HO -^ CHOH+NaHCO,升溫至 65 °C以上, L J 2 6 5 2 6 5 3 CH OH 完全溶解,溶液變澄清;B 項(xiàng),CO.+Na SiO +2H O===NaCO +H SiO I,H SiO, 65 2 2 3 2 2 3 4 4 4 4 與CO2不反應(yīng),渾濁不會(huì)消失;C項(xiàng),CO2+Ca(ClO)2+H2O==CaCO3 I+2HClO

16、,所以溶 液變渾濁。加入品紅,被HClO氧化褪色;D項(xiàng),首先,CO2+Ca(OH)2==CaCO3 I+H2O, 繼續(xù)通CO2,產(chǎn)生可溶于水得 Ca(HCO3)2,再加入足量的 NaOH,則發(fā)生2NaOH + Ca(HCO \===CaCO I+Na CO +2H O,溶液又變渾濁。 9. C [解析]NaOH溶液、Na2SiO3溶液不能用玻璃塞,氫氟酸不能用玻璃瓶盛放。 10. A [解析]通入少量CO2氣體時(shí),發(fā)生的反應(yīng)為Na2SiO3+CO2+H2O==的CO3 +H2SiO」,加熱后H2SiO分解為SiO2和H2O,再高溫灼燒,SiO2與Na2CO反應(yīng)生成Na2SiO^ 和 CO

17、2。 11. D [解析]前4組實(shí)驗(yàn)中加入的鹽酸體積成倍增加,生成的二氧化碳體積也是成倍 增加,但實(shí)驗(yàn)④與實(shí)驗(yàn)⑤氣體體積不再有差別,故實(shí)驗(yàn)④中碳酸鈣完全反應(yīng),生成的二氧化 碳的物質(zhì)的量為0.008 mol,即反應(yīng)的碳酸鈣為0.008 mol,所以樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 X100% = 80%。 0.008 molX 100 g/mol 1.0 g 12. C [解析]兩性氧化物的定義為與酸和堿反應(yīng)均生成鹽和水的氧化物,SiO2與HF 反應(yīng)得到的SiF4不屬于鹽類,A項(xiàng)錯(cuò)誤;SiO2是光導(dǎo)纖維材料,Si為半導(dǎo)體材料,B項(xiàng)錯(cuò) 誤;“水玻璃”是NaSiO3的水溶液,C項(xiàng)正確;制取Si的過程

18、中涉及了氧化還原反應(yīng),D 項(xiàng)錯(cuò)誤。 13. (1) SiO2+2OH-===SiO|-+H2O 2H+ + SiO2-===H2SiO3 I (2)5Cl2+2CN- + 8OH-===10Cl-+N2+2CO2+4H2O 14. (1)13C CO2-+H2O HCO-+OH- C(s)+CO2(g)===2CO(g) AH= +172.5 kJ/mol (2) 光導(dǎo)纖維 Na2SiO3+H2O+CO2===H2SiO3 I+Na2CO3 (3) FeO + 8HCl===2FeCl +FeCl +4H O 34 3 2 2 [解析](1)目前減少排放的溫室氣體為CO2

19、,故A元素為碳、乙是CO2。 C(s)+O2(g)===CO2(g) AH=-393.5 kJ/mol ① 2CO(g)+O2(g)===2CC2(g) AH=-566.0 kJ/mol ② 根據(jù)蓋斯定律①一②得:C(s)+CO2(g)===2CO(g) AH= +172.5 kJ/mol。 (2) 符合該結(jié)構(gòu)的是硅,乙是SiO2,依據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系及題意丁、丙分別為NaOH、Na2SiO3, 根據(jù)“強(qiáng)酸制弱酸”原理,可以向硅酸鈉溶液中通入CO2制取硅酸進(jìn)行證明。 (3) 該金屬是鐵,乙是Fe3O4,則Fe3O4與鹽酸反應(yīng)生成FeCl3和FeCl2。 15. (1)SiCl4 Si3N4

20、 (2) SiCl4+4NH3===Si(NH2)4+4HCl (3) SiO2-+2H2O+2CO2===H)SiO3 I+2HCO- [解析](1)I可做光導(dǎo)纖維,所以I是二氧化硅,則F是硅酸,H是硅酸鈉。又因?yàn)镕、 G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀,所以G是氯化銀,因此C是SiCl4,則A是硅,B是 氯氣。根據(jù)X的性質(zhì)可知,X是原子晶體,所以X是Si3N4。 (2) 根據(jù)反應(yīng)物和生成物可知,該反應(yīng)的方程式是SiCl4+4NH3==Si(NH2)4+4HCl。 (3) CO2是過量的,因此生成物是碳酸氫鈉,方程式是SiO2-+2H2O+2CO2===H)SiO3 I +2HCO3

21、-。 16. (1)②③ (2)3Ms+SO =====2MsO+MsS(或 2Ms+SO ==4==2MsO+S Ms+S=====MsS) 吸 Xg Xg Xg Xg Xg ,— Xg 收多余的SO2,防止污染環(huán)境 (3)如圖 分液漏斗 A^80%l-JH?SO4 溶液 \ /錐形瓶 / 固體 (4) 在A和B之間沒有連接一個(gè)干燥裝置;C裝置未與大氣相通;在鎂下方未墊一個(gè)不 銹鋼片,鎂與玻璃管反應(yīng);未設(shè)計(jì)一個(gè)防倒吸裝置 (5) 2Mg+SiO2====z2MgO+Si (6) 金屬鎂與生成的硅繼續(xù)反應(yīng)生成硅化鎂,硅化鎂與稀硫酸反應(yīng)生成的SiH4可自燃 (或用化學(xué)方程

22、式表示:2Mg+Si=====Mg2Si, Mg2Si+2H2SO4==2MgSq+SiH4 f, SiH4 +2O2===SiC2+2H2O) [解析](1)制取SO2應(yīng)用濃H2SO4和亞硫酸鹽。選項(xiàng)中不可選用CaSO3,因?yàn)镃aSO3微 溶于水,會(huì)附在固體表面,阻礙反應(yīng)進(jìn)行。 (2) Mg具有還原性,SO2具有氧化性,兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 (3) 本反應(yīng)為固液不加熱制取氣體的反應(yīng),故可用分液漏斗盛80%的H2SO4,用錐形瓶 裝固體Na2SO3。 (4) 該裝置中:①A中的水蒸氣會(huì)進(jìn)入B與Mg反應(yīng),在A、B中間應(yīng)加干燥裝置;②Mg 能與SiO2反應(yīng),在Mg下方墊一不銹鋼片,隔離Mg和SiO2;③尾氣處理裝置C試管用膠 塞封閉,且無防倒吸裝置。

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