(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.下列有关硅的化合物的叙述错误的是( ) A.氮化硅陶瓷的化学式为Si3N4
B.碳化硅(SiC)的硬度大,熔点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承 C.光导纤维是光缆通讯的重要材料,其主要成分为SiO2 D.2MgO·SiO2中的酸根阴离子为Si
2.下列五个转化,其中不可能通过一步反应实现的是( ) ①SiO2→Na2SiO3 ②CuSO4→CuCl2 ③SiO2→H2SiO3 ④CuO→Cu(OH)2 ⑤Na2O2→NaOH A.①② C.②③④
B.③④ D.②③④⑤
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3.下列有关玻璃的说法不正确的是( ) A.玻璃在加热时能够熔化,说明玻璃有固定的熔点 B.普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅 C.生产钾玻璃的主要原料是碳酸钾、石灰石和石英砂
D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞,是为了防止黏性物质硅酸钠的生成
4.青石棉是一种致癌物质,其化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O。青石棉用稀硝酸处理时,还原产物只有NO,下列说法正确的是( ) A.青石棉不属于硅酸盐原料 B.青石棉中含有一定量的石英晶体 C.青石棉属于新型无机非金属材料
D.1 mol青石棉与稀硝酸反应,能使1 mol HNO3被还原
5.工业生产的生石灰中常混有二氧化硅和石灰石。现将该生石灰样品溶于过量的盐酸中。然后在不断搅拌的情况下,向反应混合液中逐滴加入氢氧化钠溶液至过量,如果纵坐标表示固体难溶物的质量(m),横坐标表示所加入氢氧化钠溶液的体积(V),则下列图示正确的是( )
6.硅及其化合物应用广泛。下列叙述错误的是( )
A.硅单质可用来制造太阳能电池 B.氮化硅陶瓷属于新型的无机非金属材料 C.SiO2导电能力强,因此可用于制造通信光缆
D.高温下,二氧化硅能与C、CaCO3、Na2CO3发生反应
7.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,最后所得固体物质是( ) A.Na2SiO3 C.Na2CO3、SiO2
B.Na2CO3、Na2SiO3 D.SiO2
8.下列各物质的主要成分含硅酸盐的是( )
①石英玻璃 ②水玻璃 ③钢化玻璃 ④有机玻璃 ⑤硅芯片 A.②④⑤ B.②④ C.②③
D.①②③
9.下列关于碳和硅的叙述中,正确的是( ) A.其氧化物都能与NaOH溶液反应 B.其单质在加热时都能跟O2反应 C.其氧化物都能溶于水生成相应的酸 D.碳和硅两种元素共有两种单质
10.SiO2是一种重要的化工原料。下列说法错误的是
( )
A.图中所含反应都不属于氧化还原反应
B.纯净二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要材料 C.用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中的碳酸钙 D.炼铁时用石灰石将矿石中的脉石转化为易熔的炉渣
二、非选择题(本题包括4小题,共50分)
11.(12分)硅藻土主要成分是SiO2和有机质,并含有少量的Al2O3、Fe2O3、MgO等杂质。精制硅藻土因为吸附性强、化学性质稳定等特点被广泛应用。下图是生产精制硅藻土并获得Al(OH)3的工艺流程。
(1)粗硅藻土高温煅烧的目的是 。
(2)反应Ⅲ中生成Al(OH)3沉淀的化学方程式是 ;氢氧化铝常用作阻燃剂,其原因是 。 (3)实验室用酸碱滴定法测定硅藻土中硅含量的步骤如下:
步骤1:准确称取样品a g,加入适量KOH固体,在高温下充分灼烧,冷却,加水溶解。 步骤2:将所得溶液完全转移至塑料烧杯中,加入硝酸至强酸性,得硅酸浊液。
步骤3:向硅酸浊液中加入NH4F溶液、饱和KCl溶液,得K2SiF6沉淀,用塑料漏斗过滤并洗涤。 步骤4:将K2SiF6转移至另一烧杯中,加入一定量蒸馏水,采用70 ℃水浴加热使其充分水解(K2SiF6+3H2O
H2SiO3+4HF+2KF)。
步骤5:向上述水解液中加入数滴酚酞,趁热用浓度为c mol·L-1NaOH的标准溶液滴定至终点,消耗NaOH标准溶液V mL。
①步骤1中高温灼烧实验所需的仪器除三脚架、泥三角、酒精喷灯外还有 。 A.蒸发皿 C.瓷坩埚
B.表面皿 D.铁坩埚
②实验中使用塑料烧杯和塑料漏斗的原因是 。 ③步骤3中采用饱和KCl溶液洗涤沉淀,其目的是 。 ④步骤5中滴定终点的现象为 。 ⑤样品中
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SiO2的质量分数可用公式“w(SiO2)=100%”进行计算。由此分析步骤5中滴定反应
的离子方程式为 。
12.(14分)氮化硅硬度大、熔点高、不溶于一般的酸,是一种重要的结构陶瓷材料。一种用工业硅〔含少量钾、钠、铁、铜的氧化物。已知硅的熔点是1 420 ℃,高温下O2及H2O(g)能腐蚀氮化硅〕合成氮化硅的工艺流程如下:
(1)净化N2和H2时,铜屑的作用是 ;硅胶的作用是 。 (2)在氮化炉中3Si(s)+2N2(g)
Si3N4(s) ΔH=-727.5 kJ·mol-1,开始时为什么要严格控制氮气的流速
以控制温度: ;体系中要通入适量的氢气是为了 。 (3)X可能是 (选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。 (4)如何说明氮化硅产品已用水洗干净? 。
(5)用硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN3)作氮源,直接燃烧生成氮化硅(发生置换反应),该反应的化学方程式为 。
13.(12分)硅基太阳能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 (填“>”“<”或“=”)NH3。
(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 (填字母编号)。 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:
。
14.(12分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图:
相关信息如下:
a.四氯化硅遇水极易水解;
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物; c.有关物质的物理常数见下表:
BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5 物质 SiCl4 沸点/℃ 57.7 12.8 — 315 — -— — — 熔点/℃ -70.0 107.2 升华温— — 180 300 162 度/℃
请回答下列问题:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式 。
(2)装置A中g管的作用是 ;装置C中的试剂是 ;装置E中的h瓶需要冷却的理由是
。
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是 (填写元素符号)。
(4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式是5Fe2++Mn +8H+①滴定前是否要滴加指示剂? (填“是”或“否”),请说明理由 。
②某同学称取5.000 g残留物,经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液,移取25.00 mL试样溶液,用1.00010-2 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准溶液20.00 mL,则残留物中铁元素的质量分数是 。
参考答案
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5Fe3++Mn2++4H2O。
1.D 解析:D中酸根阴离子应为Si ,故D错误。 2.B 解析:①SiO2+2NaOHH2SiO3、Cu(OH)2。
3.A 解析:玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅,属于玻璃态物质,是混合物,没有固定的熔点,A不正确,B正确。生产钠玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂,生产钾玻璃的主要原料则是碳酸钾、石灰石和石英砂,C正确。玻璃中的SiO2与烧碱反应生成易溶于水的硅酸钠,硅酸钠是无机黏合剂,能将玻璃塞与瓶口黏合,故D正确。
4.D 解析:由青石棉的化学式可知,1 mol青石棉中含有3 mol二价Fe,被硝酸氧化成Fe3+,失去3 mol e-;硝酸被还原后,N元素由+5价降低为+2价,化合价降低3价,所以只有1 mol HNO3被还原。 5.B 解析:生石灰、二氧化硅和石灰石的混合物中加入过量盐酸,生石灰和石灰石溶解,二氧化硅不溶解。向反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液,NaOH首先与过量的盐酸发生反应,所以开始时固体难溶物的质量无变化,C、D两项错误;当酸耗完后,SiO2开始溶解,发生反应的离子方程式为SiO2+2OH-Si +H2O,Si +Ca2+
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Na2SiO3+H2O;②CuSO4+BaCl2BaSO4↓+CuCl2;⑤2Na2O2+2H2O
4NaOH+O2↑,SiO2和CuO均不溶于水,因此SiO2、CuO不可能通过一步反应分别生成
CaSiO3↓,依据两个方程式的系数关系可知1 mol
SiO2(60 g)溶解,同时生成1 mol难溶物CaSiO3(116 g),难溶物的质量增加,待SiO2完全反应后,氯化钙与NaOH反应,生成氢氧化钙沉淀,所以沉淀质量不断增加,当钙离子全部生成沉淀后,再加入氢氧化钠,沉淀质量不变。
6.C 解析:单质硅能够使太阳能直接转化为电能,故用来制作太阳能电池板,A项正确;玻璃、水泥和陶瓷属于传统的硅酸盐材料,而氮化硅、碳化硅等被称之为新型的无机非金属材料,B项正确;SiO2不导电,C项错误;高温下,利用碳制取粗硅:2C+SiO2
Si+2CO↑,水泥的制取中有SiO2与
CaCO3的反应:SiO2+CaCO3应:SiO2+Na2CO3
CaSiO3+CO2↑,玻璃的制取中有SiO2与Na2CO3的反
Na2SiO3+CO2↑,D项正确。
7.A 解析:将足量CO2气体通入水玻璃中,发生反应:2CO2+Na2SiO3+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3;加热蒸干、高温灼烧时发生反应:H2SiO3Na2CO3+CO2↑+H2O;Na2CO3+SiO2项。
8.C 解析:石英玻璃的成分为二氧化硅,有机玻璃的成分为聚酯类物质,硅芯片的成分为高纯硅。 9.B 解析:CO不能与NaOH溶液反应;SiO2不能溶于水生成相应的酸;碳有金刚石、石墨、C60等多种单质,硅有晶体硅和无定形硅,所以两种元素有多种单质。
10.A 解析:C与SiO2反应、Si与Cl2反应、SiCl4与H2反应,都属于氧化还原反应。 11.答案:(1)除去有机质
(2)NaAlO2+CO2+2H2O(3)①D
②实验中产生的HF能与玻璃仪器中的SiO2等物质反应 ③洗去沉淀表面的HF等杂质;增大K+浓度,减少K2SiF6的损失 ④最后一滴滴入后溶液由无色变为粉红色,且30秒不褪色 ⑤HF+OH-F-+H2O
解析:(1)结合信息硅藻土中含有有机质,其他物质煅烧时均不反应;(3)①KOH与二氧化硅在高温下能发生反应,所以不能用瓷坩埚;③从洗涤沉淀目的(洗去可溶性杂质,防止滤渣溶于洗涤液)回答;⑤NaOH既能与H2SiO3又能与HF反应,由化学方程式可得关系式SiO2~H2SiO3+4HF,如果先发生2NaOH+H2SiO3
Na2SiO3+2H2O,n(SiO2)=n(H2SiO3)= n(NaOH)=
NaOH+HF
5中滴定反
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H2O+SiO2;2NaHCO3
Na2SiO3+CO2↑,所以最后所得固体物质是Na2SiO3,故选A
Al(OH)3↓+NaHCO3
氢氧化铝分解吸收热量,且生成高熔点的氧化铝覆盖在可燃物表面
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mol,w(SiO2)= ,不符合公式;如果先发生
NaF+H2O,n(SiO2)=n(HF)=n(NaOH)=应是NaOH与HF的反应。
- -
mol,w(SiO2)=,符合公式,所以步骤
12.答案:(1)除去原料气中的氧气 除去生成的水蒸气
(2)这是放热反应,防止局部过热,导致硅熔化熔合成团,阻碍与N2的接触 将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去(若答将整个体系中空气排尽也可得分)
(3)硝酸
(4)洗涤后的滤出液呈中性 (5)9Si+4NaN3
3Si3N4 +4Na↑
解析:分析流程图时,我们需依据工业生产的目的,明确各步操作的原理。工业生产的主要反应:3Si+2N2
Si3N4,在此之前,需制备纯净的N2,所以前面三步是除去氮气中的杂质(O2及H2O),
加酸洗涤的目的是除去氮化硅中混有的金属氧化物及铜屑,因此加入的酸必为稀硝酸。
13.答案:(1)H∶∶H < (2)3SiH4+4NH3Si3N4+12H2 (3)BE (4)制冷或降温
(5)Si3N4+4H++9H2O
3H2SiO3↓+4N 取少量滤液于试管中,先加稀盐酸无明显现象,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
解析:(1)由流程图中乙的获得需要在液氨的冷却下由冷凝器得到,再结合元素守恒,可知乙为沸点较低的SiH4。硅的非金属性比氮的非金属性弱,故SiH4的稳定性弱于NH3的稳定性。(2)1 mol甲中含有Si的物质的量为:
- -
=3 mol;由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,根据H原子守恒可知参加反应的SiH4为 mol,再根据原子守恒可知甲的化学式为Si3N4。(3)在高温下金属镁能与O2、N2、CO2反应,故需要用具有还原性的H2或极稳定
的稀有气体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N 的存在,
也需要验证S 的存在。 14.答案:(1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
-
(2)平衡压强 浓硫酸 使SiCl4冷凝 (3)Al、P、Cl
(4)①否 最后一滴KMnO4溶液在半分钟内不再褪去可视为滴定终点 ②4.480%
解析:制备四氯化硅的原料为Cl2和Si。A为Cl2的制备装置,B、C为除杂装置。先用B除去HCl,再用C(浓硫酸)除去水蒸气。Cl2通入粗硅中反应,用冷水将产物SiCl4冷凝即可。
(1)制取氯气用浓盐酸和MnO2在加热条件下反应。
(2)g管是将分液漏斗与圆底烧瓶相连,则它们中的压强是相等的,这样便于盐酸能顺利滴下。SiCl4的沸点很低,只有57.7 ℃,而反应的温度达几百度,故需要冷凝收集。
(3)从物质的物理性质表可发现,AlCl3、PCl5升华温度比SiCl4的沸点高,故残留物中还应有Al、P、Cl元素。
(4)①由于高锰酸钾溶液本身是紫红色的,与Fe2+反应时,可以褪色,故可以兼作指示剂。②根据方程式可以找出关系,
5Fe2+ ~ Mn ,n(Fe)=110-2 mol·L-10.020 L5 =410-3 mol。
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w(Fe)=100%=4.480%。
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