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第4章 4.1 三
1．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。以下关于硅的说法中正确的选项是
( )
A．地壳中硅的含量稀少
B．自然界中存在大量单质硅
C．高纯度的硅被用于制作计算机芯片
D．光导纤维的主要成分是Si
【答案】C
【解析】地壳中硅的含量很高，仅次于氧，但由于硅是亲氧元素，故硅在自然界中均以化合态存在；高纯度的单质硅常被用作计算机芯片；光导纤维的主要成分是SiO2。
2．常温下不与硅反响的物质是
( )
A．氢氟酸 B．NaOH溶液
C．浓H2SO4D．氟气
【答案】C
【解析】硅单质的性质。
3．目前，科学界拟合成一种“二重结构〞的球形分子，即把足球型C60分子容纳在足球型Si60分子中，外面的Si原子与里面的C原子一一相互结合，以下关于这种分子的表达不正确的选项是
( )
A．是两种单质组成的混合物B．相对分子质量为2400
C．是一种化合物D．该物质不能导电
【答案】A
【解析】该化合物的化学式为Si60C60相对分子质量为2 400。
4．以下有关物质的用途(括号内为用途)，错误的选项是
( )
A．硅(半导体材料) B．二氧化硅(制光导纤维)
C．水玻璃(用作黏合剂) D．单质硅(作耐火材料)
【答案】D
【解析】Si的熔点比SiO2的熔点低。
5．硅元素在自然界的主要存在形式是
( )
A．晶体硅 B．二氧化硅
C．硅酸 D．硅酸盐
【答案】D
【解析】主要存在为硅酸盐。
6．Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
有一根粗铝含铁和硅两种杂质，取两份等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和稀NaOH溶液中，放出等质量的H2，那么该粗铝中铁和硅的关系是
( )
①物质的量之比为1∶2 ②物质的量之比是3∶1
③质量之比是2∶1 ④质量之比是4∶1
A．②④B．②③
C．①④D．只有④
【答案】D
7．硅被誉为无机非金属材料的主角。以下物品用到硅单质的
( )
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片 D．光导纤维
【答案】C
8．以下物品或设备：①水泥路桥，②门窗玻璃，③水晶镜片，④石英钟表，⑤玛瑙手镯，⑥硅太阳能电池，⑦光导纤维，⑧计算机芯片。所用材料为SiO2或要用到SiO2的是
( )
A．①②③④⑤⑦B．全部
C．⑥⑧D．①②⑦⑧
【答案】A
【解析】⑥、⑧用到的材料是Si而不是SiO2，其余都用到SiO2。
9．根据以下列图中所表示的变化关系
(1)写出各物质的化学式。
A是__________，B是__________，C是__________，D是__________，E是__________。
(2)写出以下反响的化学方程式：
A→B__________________________；
B→C__________________________；
D→E__________________________；
E→A__________________________。
【答案】(1)A：Si B：Na2SiO3 C：H4SiO4 D：H2SiO3 E：SiO2
(2)A→B
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
B→C
Na2SiO3＋CO2＋2H2O===Na2CO3＋H4SiO4↓
D→E H2SiO3H2O↑＋SiO2
E→A SiO2＋2CSi＋2CO↑
【解析】从A为硅突破。
10．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如以下列图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。
请填空：
(1)形成单质A的原子的结构示意图为__________，它是最高化合价为__________。
(2)B的化学式(分子式)为__________，B和碳反响生成A和E的化学方程式是____________________________________________________________________。
(3)C的化学式(分子式)为__________，D的化学式(分子式)为______________。
【答案】(1) ＋4
(2)SiO2 SiO2＋2CSi＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na2SiO3
【解析】A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，可知A为Si。B＋碳硅＋E，B又能与CaO、NaOH分别反响，可推出B为SiO2，E为CO，C为CaSiO3，D为Na2SiO3。
11．用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：
(1)计算机芯片的主要成分是______________________。
(2)光导纤维的主要成分是__________。
(3)目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是__________。
【答案】(1)硅 (2)二氧化硅 (3)硅
12．有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下反响：
(1)C与烧碱反响生成A和水；
(2)A溶液与钙盐溶液反响生成白色沉淀D；
(3)B在空气中燃烧生成C；
(4)C在高温下与碳反响生成单质B。
根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：
A__________，B__________，C__________，D__________。
【答案】Na2SiO3 Si SiO2 CaSiO3
【解析】单质B应为硅，在空气中燃烧产物C为SiO2，SiO2与烧碱反响生成Na2SiO3和水，Na2SiO3和钙盐生成的沉淀D为CaSiO3。
13．硅可与碱溶液发生以下反响：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。现将6.9 g钠和4.2 g硅同时投入足量水中充分反响后，测得溶液体积为500 mL，求产生的氢气在标准状况下的体积为多少升所得溶液的物质的量浓度为多少
【答案】10.08 L,0.3 mol·L－1
【解析】设6.9 g金属钠与水反响放出的氢气体积为V1，生成的NaOH的物质的量为n1,4.2 g硅与氢氧化钠反响生成的氢气体积为V2，生成的Na2SiO3的物质的量为n2。
2Na ＋ 2H2O===2NaOH ＋ H2↑
2×23 g2 mol 22.4 L
6.9 gn1V1
＝＝
n1＝0.3 mol V1＝3.36 L
Si ＋ 2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
28 g2 mol 1 mol 2×22.4 L
4.2 g0.3 mol n2V2
经分析可知，4.2 g硅与0.3 mol NaOH恰好完全反响，那么：
＝＝
n2＝0.15 mol V2＝6.72 L
所以，产生的氢气在标准状况下的体积为
3．36 L＋6.72 L＝10.08 L，
所得溶液的物质的量浓度为＝0.3 mol·L－1。
14．有一种矿石，经测定镁、硅、氧元素的质量比为12∶7∶16。
(1)用盐的组成表示其化学式__________________________________。
(2)用氧化物的组成表示其化学式__________________________。
(3)该矿石的成分属于______________________________(填物质的分类)。
【答案】(1)Mg2SiO4 (2)2MgO·SiO2 (3)硅酸盐
【解析】该矿石中镁、硅、氧三种元素的物质的量比为：n(Mg)∶n(Si)∶n(O)＝∶∶＝2∶1∶4
所以其化学式为Mg2SiO4。
15．A是一种常见单质，A、B、C、D之间的转化关系如图，C是一种难溶性物质。
(1)假设A是一种金属，那么A是__________，试写出由AB的离子方程式_____________。
(2)假设A是一种非金属，那么A__________，试写出由AB的离子方程式____________。
(3)现将一定量的A溶解于NaOH溶液中，但通入CO2时却没有立即产生沉淀，你认为最可能的原因是________________________________(用离子方程式表示)。
(4)以下是判断A是金属还是非金属的实验方案，你认为合理的是__________，最简便的是__________。
A．将A参加到盐酸中，观察是否有气泡产生
B．一定量的A在空气中充分加热，称量加热前后的质量变化
C．将一定量的A溶解于足量的NaOH溶液中，测定生成气体的体积
D．常温下将一定量的A参加到浓硝酸中，测定剩余固体的质量
【答案】(1)Al 2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO＋3H2
(2)Si Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2
(3)CO2＋2OH－===CO＋H2O
(4)A、B、C A
【解析】从框图可以看出，D是一种氧化物，B是一种钠盐，通入CO2能产生沉淀的钠盐主要有偏铝酸盐和硅酸盐，这样可初步推断A可能是Si或Al；(3)通入CO2未产生沉淀，最可能的原因就是NaOH是过量的，通入的CO2与NaOH发生了反响；(4)A、B、C项均可区别Si和Al，但D项中Al与浓硝酸混合，常温下钝化。从操作上来说A项最简便。
16．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高温下用碳复原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与枯燥HCl气体反响制得SiHCl3：
Si＋3HClSiHCl3＋H2
③SiHCl3与过量H2在1 000 ℃～1 100 ℃反响制得纯硅
SiHCl3能与H2O强烈反响，在空气中易自燃。
请答复以下问题：
(1)第①步制备粗硅的化学反响方程式为__________________。
(2)粗硅与HCl反响完全后，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反响制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是__________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是：____________。
②反响一段时间后，装置D中观察到的现象是__________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是__________________，装置D中发生反响的化学方程式为___________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检验实验装置的气密性，控制好反响温度以及__________________。
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，取上层清液后需再参加的试剂(填写字母代号)是__________。
a．碘水 b．氯水 c．Na2SO3溶液 d．KSCN溶液
【答案】(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体物质生成 在反响温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3＋H2Si＋3HCl ③排尽装置中的空气 ④b、d
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