第四章 非金属及其化合物
第一讲 无机非金属材料的主角——硅
(计时：45分钟 满分：100分)
一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分)
1．下列说法中，不正确的是( )
A．SiO2是酸性氧化物，但不与水反应
B．泡花碱属于盐类
C．明矾和漂白粉均可用于自来水的杀菌、消毒
D．玻璃和陶瓷都属于传统硅酸盐材料
解析 明矾中的铝离子水解得到氢氧化铝胶体，其具有吸附作用，可以净水但不能杀菌、消毒；漂白粉具有强氧化性，具有杀菌、消毒作用。
答案 C
2．下列关于硅的说法中，不正确的是( )
A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
解析 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应。
答案 C
3．下列离子方程式不正确的是( )
A．向烧碱溶液中通入过量的二氧化碳：2OH－＋CO2===CO＋H2O
B．向纯碱溶液中通入足量的二氧化碳：CO＋CO2＋
H2O===2HCO
C．向水玻璃中通入少量二氧化碳：SiO＋CO2＋
2H2O===H4SiO4↓＋CO
D．向氢氧化钠溶液中加入硅：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑解析 向烧碱溶液中通入过量的CO2的离子方程式为OH－＋
CO2===HCO，A项错误。
答案 A
4．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法不正确的是( )
A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片
B．硅可由二氧化硅还原制得
C．低温时硅与水、空气、盐酸、硝酸、硫酸不反应，但能与氢氟酸反应
D．自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅
解析 自然界中无单质硅存在。
答案 D
5．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，最后得到的固体物质是( )
A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2
解析 没有意识到高温下充分灼烧时，Na2CO3和SiO2还能够继续反应生成Na2SiO3，从而造成错选C。
将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋
2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：
H2SiO3H2O＋SiO2,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋
Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，各反应物存在如下关系，H2SiO3～
2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。
答案 A
6．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是( )
A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为C
B．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为12
C．该反应中转移的电子数为12e－
D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为12
解析 反应产物SiC中Si、C的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成－4价(SiC)和＋2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，两者的物质的量之比为21；根据化学方程式，电子转移数目为4e－。
答案 D
7．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2CSi＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde
C．cde D．ab
解析 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a判断错误，c判断也错；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确；所以选项B正确。
答案 B
8．现有物质：①氢氟酸 ②浓H2SO4 ③烧碱溶液 ④Na2CO3固体 ⑤氧化钙 ⑥浓HNO3其中在一定条件下能与SiO2反应的有( )
A．①②⑥ B．全部
C．①③④⑤ D．②③⑥
解析 SiO2与除氢氟酸以外的酸都不反应，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，则①可以，②和⑥不可以；SiO2是酸性氧化物，能够与碱和碱性氧化物反应，③和⑤可以；高温下SiO2和Na2CO3能够反应，④可以。
答案 C
9．已知A是一种单质，在一定条件下可发生如图所示的转化关系，则下列叙述正确的是( )
①A可能是铝或硅 ②A只可能是金属单质 ③D是一种两性物
质 ④D晶体熔点极高
A．①②③ B．①②④
C．②③ D．①④
解析 在中学阶段，与强碱溶液反应有H2产生的常见单质只有Si 与Al，对应Na2SiO3和NaAlO2转化成的H4SiO4(或H2SiO3)和Al(OH)3均为白色胶状沉淀，它们煅烧后生成的SiO2和Al2O3也均为白色固体，故D项正确。
答案 D
10．化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiO，然后SiO迅速水解生成H4SiO4，下列有关说法正确的是( )
A．原硅酸钠( Na4SiO4)能迅速水解，溶液呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质
B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品
C．2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，说明Cl的非金属性大于Si
D．半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指：将二氧化硅制成晶体硅
解析 原硅酸钠是强电解质，A项错误；石英玻璃的主要成分是
SiO2，不属于硅酸盐产品，B项错误；盐酸不是Cl的最高价氧化物对应的水化物，无法通过盐酸与硅酸钠的反应说明Cl的非金属性较强，C项错误。
答案 D
二、非选择题(本大题共4小题，共50分)
11．(12分)A元素的一种单质是重要的半导体材料，含A元素的一种化合物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)在元素周期表中，A位于________族，与A同主族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为______，A与B的原子在电子层结构上的相同点是________________________________。
(2)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是
________________________________。
(3)将C与纯碱混合，在高温熔融时发生化学反应也可生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将E与D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。
①写出生成D和F的化学反应方程式：____________________、
____________________________________。
②要将纯碱在高温下熔化，下列坩埚中不可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．瓷坩埚 D．铁坩埚
解析 (1)A元素的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为硅元素，比硅相对原子质量小的同主族元素为碳。(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，含SiO2的材料如普通玻璃、石英玻璃、陶瓷等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。
答案 (1)ⅣA
最外层均有4个电子，最内层均有2个电子
(2)氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ Na2SiO3＋CO2＋
H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ ②ABC
12．(12分)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下：
为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可做光导纤维。
s
按要求回答下列问题：
(1)C的化学式为________；X的化学式为________。
(2)写出下列方程式：
反应①的化学方程式__________________________________；
反应⑦的离子方程式__________________________________。
解析 本题可从I入手推断，I可用于制造光导纤维，故其为二氧化硅，F为硅酸，H为硅酸钠。E为HCl，C为四氯化硅，X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4、反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。
答案 (1)SiCl4 Si3N4
(2)Si＋2Cl2SiCl4 SiO＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO
13．(13分)硅基太阳电池需用化合物甲作钝化材料，甲的摩尔质量为140 g·mol－1，其中硅元素的质量分数为60%。已知1 mol NH3与足量的化合物乙充分反应后可得到35 g甲与6 g H2。工业上制乙的流程如下：
请回答下列问题：
(1)乙的电子式是________；比较热稳定性：乙
________NH3(填“>”、“<”或“＝”)。
(2)NH3与足量的化合物乙反应制甲的化学方程式是__________
_________________________________________________________。
(3)合成炉内物质需在保护气氛下高温合成，下列气体可作保护气的有________(填选项字母)。
A．O2 B．H2 C．N2 D．CO2 E．Ar
(4)上述生产乙的过程中液氨的作用是____________________。
(5)甲与少量H2SO4溶液反应只得到H2SiO3和盐M两种产物，写出
该反应的离子方程式____________________________________
__________。请设计验证产物盐M的实验方案
_________________________________________________________________________解析 (1)由流程图中乙的获得需要在液氨冷却下得到，再结合元
素守恒，可知乙为沸点较低的SiH4。硅的非金属性比氮弱，故SiH4的
热稳定性弱于NH3。
(2)由甲的摩尔质量为140 g·mol－1，其中硅元素的质量分数为
60%，可知每摩尔甲中含有3 mol Si；由1 mol NH3与足量的化合物乙
充分反应后可得到35 g(0.25 mol)甲与6 g(3 mol)H2，再结合元素守恒可
知每摩尔甲中含有4 mol N，则甲的化学式为Si3N4。
(3)在高温下金属镁能与O2、N2、CO2反应，故可用H2或Ar作保
护气。
(5)由元素守恒可知M为(NH4)2SO4。验证M既需要验证NH的存
在，也需要验证SO的存在。
答案 (1)
<
(2)3SiH4＋4NH3===Si3N4＋12H2
(3)BE
(4)制冷或降温
(5)Si3N4＋4H＋＋9H2O===3H2SiO3↓＋4NH
取少量滤液于试管中，先加稀盐酸无现象，再加氯化钡溶液，有
白色沉淀生成；另取少量滤液于试管中，加入氢氧化钠固体(或浓溶
液)并加热，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸(或pH试纸)变蓝色，则说明盐M是(NH4)2SO4
14．(13分)硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：
(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是________________。
(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有____________________。
(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基本材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
发生的主要反应
电弧炉SiO2＋2CSi＋2CO↑
流化床反
Si＋3HClSiHCl3＋H2
应器
还原炉SiHCl3＋H2Si＋3HCl
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为__________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、
SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
物质Si SiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3Cl HCl SiH4
沸点/℃
2
355
57.631.88.2－30.4
－
84.9
－
111.9
③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为______________。
(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是____。
解析 (1)反应物是二氧化硅、木炭和铁，所得“金属”应是铁的合金。
(2)生产普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英。
(3)①SiC又名金刚砂，与金刚石或晶体硅具有相似的结构。②在SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl中，SiCl4在常温下呈液态，会成为杂质。由于SiCl4与SiHCl3沸点相差较大，因此可用蒸馏的方法进行分离。
③SiHCl3完全水解的化学方程式为SiHCl3＋4H2O===H4SiO4↓＋
H2↑＋3HCl↑。
(4)氯碱工业的产品是NaOH、H2、Cl2，其中H2、Cl2反应可制备HCl。H2、HCl都是制备硅工艺中的原料。
答案 (1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)
(2)石英、纯碱和石灰石
(3)①SiO2＋3CSiC＋2CO↑ 金刚砂 金刚石(或单晶硅) ②精馏(或蒸馏) ③H4SiO4、H2、HCl
(4)H2、HCl