課時跟蹤檢測(六)含硅礦物與信息材料1．下列有關(guān)物質(zhì)的用途(括號內(nèi)為用途)說法不正確的是()A．硅(半導(dǎo)體材料) B．二氧化硅(制光導(dǎo)纖維)C．水玻璃(黏合劑) D．硅酸(作耐火材料)2．在無機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是()3．下列變化中，不能一步實(shí)現(xiàn)的是()A．Na2SiO3→H2SiO3 B．H2SiO3→SiO2C．SiO2→H2SiO3 D．SiO2→Na2SiO34．在一定條件下，下列物質(zhì)不能和二氧化硅反應(yīng)的是()①焦炭②純堿③碳酸鈣④氫氟酸⑤硝酸⑥氫氧化鉀⑦氧化鈣⑧氮?dú)釧．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧C．⑤⑧ D．⑤5．硅作為一種新型能源被廣泛開發(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．硅燃燒產(chǎn)物對環(huán)境產(chǎn)生的污染，容易得到有效控制B．從Si(s)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())SiO2(s)ΔH＝－858.6kJ·mol－1可知，硅燃燒放出的熱量多C．自然界中硅的儲量豐富，可以從自然界直接獲得單質(zhì)硅D．硅便于運(yùn)輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料之一6．硅酸鹽與二氧化硅一樣，都是以硅氧四面體作為基本結(jié)構(gòu)單元。硅氧四面體可以用投影圖表示成(如下圖)；其中O表示氧原子，中心黑點(diǎn)硅原子。硅氧四面體通過不同方式的連接可以組成各種不同的硅酸根離子。試確定在無限長的單鏈陰離子中(見圖)，硅原子與氧原子的個數(shù)比為()A．1∶2 B．1∶3C．2∶5 D．2∶77．關(guān)于硅及其化合物的敘述中，正確的是()A．硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以與NaOH溶液和氫氟酸反應(yīng)B．二氧化硅與石灰石反應(yīng)：SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO↑C．用焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)硅：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO2↑D．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO28．如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是()A．SiO2屬于兩性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞C．硅膠吸水后可重復(fù)再生D．圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應(yīng)9．氮化硅(Si3N4)是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，屬于新型功能性硅酸鹽產(chǎn)品，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300℃(1)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)。試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式____________________________________________________。(2)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅及氯化氫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。(3)沸石是一種含結(jié)晶水的，具有多孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽，化學(xué)式為Na2[Al2Si3O10(H2O)2]，若以氧化物形式可表示為________________________。(4)盛裝氫氧化鈉溶液的試劑瓶不能用玻璃塞的原因是：________________________(用離子方程式表示)。10．(2014·成都調(diào)研)晶體硅是信息科學(xué)和能源科學(xué)中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽能電池等。以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法。請回答下列問題(各元素用相應(yīng)的元素符號表示)：(1)在上述生產(chǎn)過程中，屬于置換反應(yīng)的有________(填反應(yīng)代號)。(2)寫出反應(yīng)③的化學(xué)方程式________________________________________________。(3)化合物W的用途很廣，通常可用作建筑工業(yè)和造紙工業(yè)的黏合劑，可作肥皂的填充劑，是天然水的軟化劑。將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1373～1623K反應(yīng)，生成化合物W，其化學(xué)方程式為______________________________。(4)A、B、C三種氣體在“節(jié)能減排”中作為減排目標(biāo)的一種氣體是________________(填化學(xué)式)；分別通入W溶液中能得到白色沉淀的氣體是____________________(填化學(xué)式)。(5)工業(yè)上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣，再提純水煤氣得到純凈的H2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________________________________________________________________________________。11．清洗和制絨是硅晶片制作的重要步驟之一，硅片化學(xué)清洗的主要目的是除去硅片表面雜質(zhì)(如某些有機(jī)物，無機(jī)鹽，金屬、Si、SiO2粉塵等)。常用的化學(xué)清洗劑有高純水、有機(jī)溶劑、雙氧水、濃酸、強(qiáng)堿等。其中去除硅的氧化物，通常用一定濃度的HF溶液，室溫條件下將硅片浸泡1至數(shù)分鐘。制絨是在硅片表面形成金字塔形的絨面，增加硅對太陽光的吸收。單晶制絨通常用NaOH、Na2SiO3等混合溶液在75～90℃反應(yīng)25～35min，回答下列問題(1)能否用玻璃試劑瓶來盛HF溶液，為什么？用化學(xué)方程式加以解釋________________________________________________________________________；(2)寫出晶片制絨反應(yīng)的離子方程式________________________。對單晶制絨，1990年化學(xué)家Seidel提出了一種電化學(xué)模型，他指出Si與NaOH溶液的反應(yīng)，首先是Si與OH－反應(yīng)，生成SiOeq\o\al(4－,4)，然后SiOeq\o\al(4－,4)迅速水解生成H4SiO4。基于此原理分析反應(yīng)中氧化劑為________________。(3)某校化學(xué)興趣小組同學(xué)，為驗證Seidel的理論是否正確，完成以下實(shí)驗：實(shí)驗事實(shí)事實(shí)一水蒸氣在600事實(shí)二盛放于鉑或石英器皿中的純水長時間對粉末狀還原硅無腐蝕作用。事實(shí)三普通玻璃器皿中的水僅因含有從玻璃中溶出的微量的堿便可使粉末狀硅在其中緩慢溶解。事實(shí)四在野外環(huán)境里，用較高百分比的硅鐵粉與干燥的Ca(OH)2和NaOH，點(diǎn)著后燜燒，可劇烈放出H2。事實(shí)五1g(0.036mol)Si和20mL含有1gNaOH(0.025mol)的溶液，小心加熱(稍微預(yù)熱)，收集到約1700mLH2，很接近理論值(1600結(jié)論：從實(shí)驗上說明堿性水溶液條件下，H2O可作________劑；NaOH作________劑，降低反應(yīng)________。高溫?zé)o水環(huán)境下，NaOH作________劑。(4)在太陽能電池表面沉積深藍(lán)色減反膜——氮化硅晶膜。常用硅烷(SiH4)與氨氣(NH3)在等離子體中反應(yīng)。硅烷是一種無色、有毒氣體，常溫下與空氣和水劇烈反應(yīng)。下列關(guān)于硅烷、氮化硅的敘述不正確的是________。A．在使用硅烷時要注意隔離空氣和水，SiH4能與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成H2；B．硅烷與氨氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3SiH4＋4NH3=Si3N4＋12H2↑，反應(yīng)中NH3作氧化劑；C．它們具有卓越的抗氧化、絕緣性能和隔絕性能，化學(xué)穩(wěn)定性很好，不與任何酸、堿反應(yīng)；D．氮化硅晶體中只存在共價鍵，Si3N4是優(yōu)良的新型無機(jī)非金屬材料。12．青石棉(cricidolite)是世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，青石棉的化學(xué)式為：Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸溶液處理時，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法正確的是()A．青石棉是一種易燃品且易溶于水B．青石棉的化學(xué)組成用氧化物的形式可表示為：Na2O·FeO·2Fe2O3·8SiO2·H2OC．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量的硝酸作用，至少需消耗6L3mol/LHNOD．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量氫氟酸作用，至少需消耗5.5L2mol/L13．硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發(fā)由來已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。回答下列問題：(1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是________________。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有________________。(3)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：發(fā)生的主要反應(yīng)電弧爐SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1600～1800℃))Si＋2CO↑流化床反應(yīng)器Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(250～300℃))SiHCl3＋H2還原爐SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100～1200℃))Si＋3HCl①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________；碳化硅又稱________，其晶體結(jié)構(gòu)與________相似。②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和________。物質(zhì)SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點(diǎn)/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9③SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為________________。(4)氯堿工業(yè)可為上述工藝生產(chǎn)提供部分原料，這些原料是________。答案1．選D硅酸可用于制取干燥吸水等物品，并不做耐火材料。2．選C瑪瑙、水晶及光導(dǎo)纖維的主要成分均為二氧化硅；高純硅是太陽能電池板的主要原料，答案為C。3．選CNa2SiO3eq\o(→,\s\up7(鹽酸),\s\do5())H2SiO3；H2SiO3eq\o(→,\s\up7(△),\s\do5())SiO2，SiO2eq\o(→,\s\up7(NaOH),\s\do5())Na2SiO3，SiO2不能一步轉(zhuǎn)化為H2SiO3。4．選C⑤硝酸、⑧氮?dú)獠荒芎投趸璺磻?yīng)。5．選C硅在自然界中以化合態(tài)的形式存在，需通過化學(xué)反應(yīng)才能獲得單質(zhì)硅。6．選B硅酸鹽中均含有硅酸根離子(SiOeq\o\al(2－,3))，根據(jù)圖中結(jié)構(gòu)分析中可得硅原子與氧原子的個數(shù)比為1∶3。7．選AB項，生成的是CO2，故錯；C項，生成的是CO，故錯；D項，水泥的主要成分是硅酸鹽，故錯。故選A。8．選CSiO2是酸性氧化物；Na2CO3溶液呈堿性，試劑瓶不能用玻璃塞；題圖中有的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應(yīng)，例如SiO2與NaOH溶液的反應(yīng)。9．解析：(1)根據(jù)氮化硅的組成元素，并依據(jù)二氧化硅和氫氟酸的反應(yīng)可知，反應(yīng)后生成物應(yīng)該是SiF4和氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式是Si3N4＋12HF=3SiF4↑＋4NH3↑。(2)根據(jù)反應(yīng)物和生成物可知，反應(yīng)的化學(xué)方程式是3SiCl4＋2N2＋6H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N4＋12HCl。(3)鈉的金屬性最強(qiáng)排在前面，因此根據(jù)該硅酸鹽的化學(xué)式改寫成氧化物形成可表示為Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O。(4)由于氫氧化鈉溶液能和二氧化硅反應(yīng)生成粘性很強(qiáng)的硅酸鈉溶液，從而使玻璃塞和瓶口粘合在一起而不易打開，反應(yīng)的離子方程式是2OH－＋SiO2=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。答案：(1)Si3N4＋12HF=3SiF4↑＋4NH3↑(2)3SiCl4＋2N2＋6H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N4＋12HCl(3)Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O(4)2OH－＋SiO2=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O10．解析：反應(yīng)①為石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反應(yīng)：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(3273K),\s\do5())Si＋2CO↑，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)②是Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(523～527K),\s\do5())SiHCl3＋H2，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)③是SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1357K),\s\do5())Si＋3HCl，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)④為特定條件下的反應(yīng)：CO＋H2Oeq\o(=,\s\up7(1073K),\s\do5(催化劑))H2＋CO2，不屬于置換反應(yīng)。A、B、C分別為CO、CO2、HCl，其中CO2是溫室氣體，是節(jié)能減排的目標(biāo)氣體，CO2和HCl通入W(硅酸鈉)溶液中能夠生成白色沉淀(硅酸)。答案：(1)①②③(2)SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1357K),\s\do5())Si＋3HCl(3)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(1373～1623K),\s\do5())Na2SiO3＋CO2↑(4)CO2CO2和HCl(5)CO＋H2Oeq\o(=,\s\up7(1073K),\s\do5(催化劑))CO2＋H2、CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O11．解析：(1)因為氫氟酸能和二氧化硅反應(yīng)，從而腐蝕玻璃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，因此不能用玻璃試劑瓶來盛HF溶液。(2)硅單質(zhì)能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣，所以晶片制絨反應(yīng)的離子方程式為Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑；Si與OH－反應(yīng)，生成SiOeq\o\al(4－,4)，這說明在反應(yīng)中氧化劑應(yīng)該是氫氧化鈉。(3)水蒸氣在600℃時可使粉末狀硅緩慢氧化并放出氫氣，而普通玻璃器皿中的水僅因含有從玻璃中溶出的微量的堿便可使粉末狀硅溶在其中，這說明在堿性水溶液條件下，H2O可作氧化劑。少量的氫氧化鈉可以加快反應(yīng)速率，說明氫氧化鈉通過降低反應(yīng)的活化能，起催化劑的作用。在野外環(huán)境里，用較高百分比的硅鐵粉與干燥的Ca(OH)2和NaOH，點(diǎn)著后燜燒，可劇烈放出H(4)硅烷在常溫下與空氣和水劇烈反應(yīng)，因此在使用硅烷時要注意隔離空氣和水，這是由于SiH4能與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成H2，A正確；在反應(yīng)3SiH4＋4NH3=Si3N4＋12H2↑中，氨氣中氫元素的化合價從＋1價降低到0價得到電子，反應(yīng)中NH3作氧化劑，硅烷是還原劑，B正確；氮化硅的性質(zhì)穩(wěn)定，但硅烷的性質(zhì)活潑，常溫下與空氣和水劇烈反應(yīng)，選項C不正確；氮和硅都是非金屬，因此氮化硅晶體中只存在共價鍵，Si3N4是優(yōu)良的新型無機(jī)非金屬材料，D正確。答案：(1)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(2)Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－