2022-2023学年高一化学人教版2019必修第二册第五章第三节第2课时硅、二氧化硅和新型无机非金属材料练习题（含解析）

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2022-2023学年高一化学人教版2019必修第二册第五章第三节
第2课时硅、二氧化硅和新型无机非金属材料练习题
一、单选题
1．关于硅的叙述不正确的是 （ ）
A．高纯硅是良好的半导体
B．硅是制造太阳能电池的常用材料
C．单质硅既不能与酸反应又不能与碱反应
D．硅在地壳中含量居第二位，但在自然界中没有游离态的硅存在
2．下列物品或设备主要成分中含有单质硅的是（ ）
A．光导纤维 B．水晶项链 C．门窗玻璃 D．太阳能电池
3．据《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列说法你认为不妥的是（ ）
A．硅便于运输、贮存，从安全的角度考虑，硅是较安全的燃料
B．自然界中存在大量的单质硅
C．硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．自然界中Si易开采
4．下列物质中不能与硅发生化学反应的是（ ）
A．溶液 B． C． D．浓硝酸
5．据报道，我国华为公司的技术标准成为世界“5G”通讯标准的重要组成部分。随着“5G”时代的逐渐到来，以光导纤维为基础的信息高速通道更显重要。制造光导纤维的材料是（ ）
A．晶体硅 B．二氧化硅 C．铜合金 D．不锈钢
6．关于二氧化硅下列说法中正确的是（ ）
A．二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸
C．由CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸强
D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
7．在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（ ）
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤高氯酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氧化钙⑧ 氮气
A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧ C．⑤⑧ D．⑤⑦
8．许多事故警示我们，化学药品的安全存放是非常重要的。下列有关化学药品的存放说法错误的是（ ）
A．金属钠存放在煤油中
B．氢氟酸保存在玻璃试剂瓶中
C．液溴应用少量的水液封并放在冷暗处保存
D．溶液存放在加有少量铁粉的试剂瓶中
9．石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它是一种透明、良好的导体；石墨烯是由碳原子构成的单层二维蜂窝状晶格结构（如图所示）的一种碳单质新材料，它是构建富勒烯、碳纳米管的基本单元。利用石墨烯可制造晶体管、太阳能电池板等。下列有关石墨烯的说法不正确的是（ ）
A．石墨烯具有优良的导电、导热性能
B．石墨烯是一种新型的无机非金属材料
C．石墨烯与富勒烯的结构相同
D．石墨烯、富勒烯、碳纳米管都是由碳元素组成的
10．我国科学家成功研制了超分子纳米管，下列叙述不正确的是（ ）
A．该超分子性质稳定，不与任何酸发生反应
B．是酸性氧化物
C．在工业上可用于制造光导纤维
D．与碱的反应是非氧化还原反应
11．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为：
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+3HClSiHCl3+H2
③SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl
下列对上述三个反应的叙述中，正确的是（ ）
A．仅①③为置换反应
B．②为化合反应
C．①②③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
12．在给定条件下，下列选项所示的物质的转化过程均能一步实现的是（ ）
A．
B．
C．
D．
二、填空题
13．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称半导体材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命"。这种材料可以按所给路线制备：
SiO2粗硅SiHCl3Si(纯)
(1)写出步骤①的化学方程式：_______。
(2)步骤②经过冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为℃)，提纯SiHCl3的主要化学操作的名称是_______；SiHCl3和SiCl4一样遇水可发生剧烈水解，已知SiHCl3水解会生成两种气态产物，请写出其水解的化学方程式：_______。
(3)请写出二氧化硅与氢氟酸反应的化学方程式：_______。
14．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3:6:2反应生成两种化合物。
①该反应的化学方程式为___________________________。
②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。
三、实验题
15．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HClSiHCl3＋H2；
③SiHCl3与过量H2在1 000 ℃～1 100 ℃反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为_______________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为_______________________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是浓硫酸。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_______________________________________；
装置D中发生反应的化学方程式为____________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及排尽装置中的空气。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需要加入的试剂是______(填字母)。
a．碘水 b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液　e．Na2SO3溶液
参考答案
1．C
【详解】A．硅在元素周期表中位于金属元素和非金属元素的分界线处，是良好的半导体，A项正确；
B．硅是制造太阳能电池的常用材料，B项正确；
C．虽然硅的化学性质不活泼，但是也能和氢氧化钠溶液、氢氟酸反应，C项错误；
D．地壳中元素含量由多到少的顺序为：氧、硅、铝、铁等，硅处于第二位，且自然界中没有游离态的硅存在，D项正确；
答案选C。
2．D
【详解】A．光导纤维的主要成分为二氧化硅，故A错误；
B．水晶项链的主要成分为二氧化硅，故B错误；
C．玻璃的主要成分为硅酸钠、硅酸钙以及二氧化硅，含有二氧化硅，故C错误；
D．硅为良好的半导体材料，可用于制太阳能，太阳能电池含有单质硅，故D正确；
故选：D。
3．B
【详解】A．常温下硅为固体，性质较稳定，便于运输、贮存，较为安全，故A正确；
B．自然界中硅是亲氧元素，以化合态的形式存在，故B错误；
C．硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用说明硅燃烧放出的热量多，硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅是固体，容易有效控制，故C正确；
D．Si在自然界中含量丰富，且易开采，故D正确；
故答案选B。
4．D
【详解】A．硅能与NaOH溶液发生反应生成硅酸钠和氢气，故A不符合题意；
B．硅能与F2发生反应生成四氟化硅，故B不符合题意；
C．硅与氧气在加热条件下反应生成二氧化硅，故C不符合题意；
D．硅不与浓硝酸发生反应，故D符合题意；
故答案为：D。
5．B
【详解】二氧化硅具有良好的光学特性，其导光性非常好，制造光导纤维的主要原料为二氧化硅，用其制造的光导纤维传输信息，传输量大、快且信号损失率非常低，故选B。
6．B
【详解】A．二氧化硅是酸性氧化物，但不溶于水，故A错误；
B．碳酸的酸性强于硅酸，二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸沉淀，故B正确；
C．反应只有在高温条件下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但并不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强，故C错误；
D．二氧化硅能够溶于氢氟酸，而不是不溶于任何酸，故D错误；
故选B。
7．C
【详解】①SiO2+2CSi+2CO↑，制备粗硅的反应，所以能反应，故不选；
②SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑，制备玻璃的两个反应之一，故不选；
③SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑，制备玻璃的两个反应之一，故不选；
④SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，氢氟酸是唯一能腐蚀玻璃的酸，故不选；
⑤不反应，氢氟酸是唯一能腐蚀玻璃的酸，故选；
⑥SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O，强碱能腐蚀玻璃，故不选；
⑦SiO2+CaOCaSiO 3，故不选；
⑧不反应，有碳的时候反应3 SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO，故选；
故答案为：C。
【点睛】SiO2在高温下与碳单质反应生成硅单质和一氧化碳，而非二氧化碳，二氧化硅中硅元素是+4价，变成了后来的0价，而碳从0价就先被氧化成+2价的，也就是说二氧化硅的氧化能力比较小，只能把碳氧化成一氧化碳！
8．B
【详解】A．因金属钠能与空气中的氧气和水反应，须贮存在煤油中隔离空气，故A正确；
B．HF能和玻璃的主要成分之一的二氧化硅反应，生成SiF4气体和水，对玻璃造成腐蚀，故不能保存在玻璃瓶中，故B错误；
C．溴单质易挥发，应在盛溴的试剂瓶里加一些水来防止溴挥发，水封法保存，故C正确；
D．亚铁离子易被空气氧化，Fe能和铁离子反应生成亚铁离子，所以FeSO4溶液存放在加有少量铁粉的试剂瓶中，能防止硫酸亚铁被氧化，故D正确；
故选：B。
9．C
【详解】A．石墨烯具有良好的导热、导电性能，故A不符合题意；
B．石墨烯是新型的无机非金属材料，故B不符合题意；
C．石墨烯为单层结构，而富勒烯为球环状结构，故C符合题意；
D．石墨烯、富勒烯、碳纳米管都是碳元素的单质，互为同素异形体，故D不符合题意；
故选C。
10．A
【详解】A．二氧化硅能与氢氟酸发生反应，A错误；
B．能与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，B正确；
C．制成的纤维能够传导光波和各种光信号，在工业上可用于制造光导纤维，C正确；
D．与碱反应生成盐和水，是非氧化还原反应，D正确；
故选A。
11．C
【详解】A．置换反应是一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的化学反应，反应①②③均为置换反应，A错误；
B．化合反应是多种物质反应生成一种物质，反应②不是化合反应，为置换反应，B错误；
C．反应①②③均有元素发生了化合价的改变，均为氧化还原反应，C正确；
D．反应①③中硅元素化合价降低，被还原，反应②中硅元素化合价升高，被氧化，D错误；
故选C。
12．A
【详解】A．在高温煅烧时产生，被双氧水氧化生成硫酸，故A正确；
B．钠在氧气中燃烧生成过氧化钠，钠在常温下与氧气反应得到氧化钠，故B错误；
C．二氧化硅与盐酸不反应，故C错误；
D．氨气催化氧化生成，不是二氧化氮，故D错误；
答案选A。
13． 蒸馏或分馏
【详解】(1)工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅，反应的化学方程式为；
(2)由题意可知，SiHCl3(沸点33.0℃)、SiCl4(沸点57.6℃)、HCl(沸点℃)的沸点不同，根据沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏；SiHCl3水解生成硅酸、氢气和氯化氢，反应的化学方程式为；
(3)二氧化硅能和氢氟酸反应生成四氟化硅和水，反应的化学方程式为。
14． AC 3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO 7:9
【详解】(1)Si与N2反应前后，N、Si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)①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3SiO2＋2N2＋6C―→Si3N4＋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3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。②根据反应：3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO，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 mol×28 g/mol:(6 mol×12 g/mol)＝7:9。
15． SiO2＋2CSi＋2CO↑ 分馏(或蒸馏) 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 有固体物质生成 SiHCl3＋H2Si＋3HCl b、d
【详解】(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑；
(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行；
(3)①C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快与H2的反应；
②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象为有固体产生；SiHCl3和H2反应生成Si和HCl，Si元素化合价由+2价下降到0价，H元素由0价上升到+1价，根据得失电子守恒和原子守恒配平方程式为：SiHCl3＋H2Si＋3HCl；
④铁与盐酸反应产生Fe2＋，常常采用先将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后再加入KSCN溶液看是否变红来检验，故答案为：b、d。
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