文档内容
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第 3 节 无机非金属材料
1．华裔科学家高锟因“在光学通信领域中光在光导纤维中传输”的研究方面所取得的开创性成就
获得了诺贝尔物理学奖。光导纤维的主要成分是( )
A.Si B.SiO C.Na SiO D.SiCl
2 2 3 4
【答案】B
【解析】光导纤维的主要成分为SiO。
2
2．我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空
白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )
A.晶体硅和金刚石的物理性质相似
B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
【答案】A
【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金
刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与 F 、HF和强碱反应；晶体
2
硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。
3．下列关于碳和硅的比较，正确的是( )
A.它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸
B.碳和硅的最高正价都是＋4价
C.硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位
D.碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态
【答案】B
【解析】SiO 不溶于水，也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离
2
态的碳(金刚石)，没有游离态的硅。故正确答案为B。
4．下列说法正确的是( )
A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
B.二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成
C.硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水
D.CO 与SiO 均具有氧化性，可作氧化剂
2 2
【答案】D
【解析】SiO 可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为SiO ＋4HF===SiF ↑＋2HO，A项不正确；
2 2 4 2
二氧化硅中不存在SiO 分子，B项不正确；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C项不正确。
2
5．下列有关硅及其化合物的说法不正确的是( )
A.晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料
B.常温下，硅的化学性质稳定，自然界中的硅主要以氧化物及硅酸盐的形式存在C.SiO 是一种酸性氧化物，能够与强碱反应生成相应的盐
2
D.除去SiO 中混有的CaCO 可加入适量的稀盐酸，然后再过滤
2 3
【答案】A
【解析】A项，晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质，其导电性介于导体和绝缘体之间，
是良好的半导体材料；B项，虽然常温下硅的化学性质稳定，但自然界中没有游离态的硅，它主要
以二氧化硅和硅酸盐的形式存在；D项，SiO 不溶于稀盐酸，可使用稀盐酸除去其中混有的
2
CaCO ，化学方程式为CaCO ＋2HCl===CaCl ＋CO↑＋HO，然后再过滤。
3 3 2 2 2
6．制备硅单质时，主要化学反应如下：
①SiO(石英砂)＋2C(焦炭)=====Si(粗硅)＋2CO↑，
2
②Si(粗硅)＋2Cl=====SiCl ，
2 4
③SiCl ＋2H=====Si(纯硅)＋4HCl，下列对上述三个反应的叙述中不正确的是( )
4 2
A.①③为置换反应
B.①②③均为氧化还原反应
C.②为化合反应
D.三个反应的反应物中硅元素均被还原
【答案】D
【解析】在反应②中Si元素化合价升高，被氧化。
7．下列关于硅的说法不正确的是( )
A.硅是非金属元素，它的单质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，是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
D.加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
【答案】C
【解析】硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质稳定、常温下可
与F、HF、强碱溶液反应，加热或高温下可与O、Cl 等一些非金属发生反应。
2 2 2
8．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )
A.陶瓷餐具 B.石英钟表
C.计算机芯片 D.光导纤维
【答案】C
9．关于地壳中含量占第一位和第二位的元素之间形成的化合物，有关其说法正确的是( )
A.化学性质不活泼
B.可溶于水且显酸性
C.熔沸点较低，物理性质与CO 相似
2
D.是酸性氧化物，不溶于任何酸
【答案】A
【解析】该化合物为SiO，SiO 不溶于水、熔沸点很高，与氢氟酸反应。
2 2
10．除去SiO 中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：①加水溶解 ②加水煮沸 ③过滤 ④
2
加稀盐酸 ⑤加稀HSO ，正确的操作顺序是( )
2 4A.①③ B.④③ C.⑤③ D.②③
【答案】B
【解析】加稀盐酸与CaO、CaCO 反应生成CaCl 溶液，然后过滤得到SiO 固体。注意不能选用稀
3 2 2
HSO ，因CaSO 微溶，不易分离出SiO。
2 4 4 2
11．二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是( )
A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
【答案】B
【解析】二氧化硅是硅原子和氧原子按 1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、
硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能
与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻
璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。
12．指出下列反应中SiO 所表现的化学性质或作用，在A～E 选项中选择正确【答案】填入括号内。
2
(1)SiO＋2NaOH===Na SiO＋HO( )
2 2 3 2
(2)SiO＋NaCO=====NaSiO＋CO↑( )
2 2 3 2 3 2
(3)SiO＋2C=====Si＋2CO↑( )
2
(4)SiO＋3C=====SiC＋2CO↑( )
2
(5)SiO＋4HF===SiF ↑＋2HO( )
2 4 2
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B.氧化性
C.酸性氧化物的通性
D.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E.未参与氧化还原反应
【答案】(1)C (2)D (3)B (4)E (5)A
【解析】(1)中SiO 表现的是酸性氧化物的性质。(3)中是SiO 得电子，显氧化性。(4)中得失电子的
2 2
是C，SiO 未参与得失电子。(5)是雕刻玻璃的反应。
2
13．高纯二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的成分为
组分 SiO C NaO KO Al O Fe O
2 2 2 2 3 2 3
质量分数 59.20 38.80 0.25 0.50 0.64 0.61
通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。
请回答下列问题：
(1)步骤①中涉及SiO 的离子方程式为________________________________。
2
(2)滤渣A的成分有________________(填化学式)。(3)步骤③反应的化学方程式为______________________________________________。
(4)实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚钳、酒精灯、三脚架、__________和__________。
【答案】(1)SiO＋2OH－===SiO＋HO
2 2
(2)C、Fe O (3)H SiO=====SiO＋HO (4)坩埚 泥三角
2 3 2 3 2 2
【解析】(1)步骤①中涉及SiO 与氢氧根离子反应生成硅酸根离子和水，离子方程式是 SiO ＋2OH－
2 2
===SiO＋HO。(2)稻壳灰的成分中只有二氧化硅、氧化铝与氢氧化钠溶液反应，氧化钠、氧化钾与
2
水反应，而C与氧化铁均不反应，所以滤渣A的成分是C、Fe O 。(3)滤液A中含有硅酸根离子、
2 3
偏铝酸根离子，加入过量稀盐酸，则偏铝酸根离子与过量的稀盐酸反应生成铝离子，而硅酸根离子
与过量的稀盐酸反应生成硅酸沉淀，过滤得到硅酸，煅烧生成二氧化硅和水，化学方程式是
HSiO=====SiO ＋HO。(4)煅烧固体时，需要将固体放在坩埚中，坩埚放在泥三角上，泥三角放
2 3 2 2
在三脚架上，用酒精灯加热，用坩埚钳取下坩埚，所以还需要坩埚和泥三角。
14．化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成化合物D。
(1)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是__________________。
(2)将C与纯碱混合高温熔融时发生化学反应生成D，同时还生成能使澄清石灰水变浑浊的氧化物
E；将少量的E 通入D的水溶液中，生成化合物F。
①分别写出生成D和F的化学方程式：___________________________________，
________________________________________________________________________。
②要将纯碱高温熔化，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.铁坩埚
(3)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中
石灰石的质量分数是________。
【答案】(1)氢氟酸(或HF) SiO ＋4HF===SiF ↑＋2HO (2)①SiO ＋NaCO=====NaSiO ＋CO↑
2 4 2 2 2 3 2 3 2
NaSiO＋CO＋HO===Na CO＋HSiO↓ ②AB
2 3 2 2 2 3 2 3
(3)50%
【解析】二氧化硅用作光导纤维，则C是SiO；二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，故
2
D是硅酸钠。(1)二氧化硅与HF反应，与一般的酸不反应，化学方程式是 SiO ＋4HF===SiF ↑＋
2 4
2HO。(2)①二氧化硅与碳酸钠高温反应生成硅酸钠和二氧化碳气体，E是二氧化碳，少量的二氧
2
化碳通入硅酸钠溶液中，生成硅酸沉淀和碳酸钠，化学方程式分别是SiO ＋NaCO=====NaSiO
2 2 3 2 3
＋CO↑，NaSiO ＋CO ＋HO===Na CO ＋HSiO↓。②纯碱为碳酸钠，高温下碳酸钠与二氧化硅发
2 2 3 2 2 2 3 2 3
生反应，所以不能使用含有二氧化硅的坩埚，如石英坩埚、普通玻璃坩埚，应选择铁坩埚，选
AB。(3)二氧化硅和碳酸钙高温反应生成硅酸钙和二氧化碳，化学方程式是 SiO ＋
2
CaCO =====CaSiO ＋CO↑，生成二氧化碳的物质的量是＝0.5 mol，所以碳酸钙的质量是 0.5
3 3 2
mol×100 g·mol－1＝50 g，所以混合物中碳酸钙的质量分数是×100%＝50%。
15．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇
迹。
(1)工业上生产粗硅的反应：SiO ＋2C=====Si(粗)＋2CO↑；SiO ＋3C=====SiC＋2CO↑。若产品中
2 2单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO 的物质的量之比为________。
2
(2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
①若反应Ⅰ为Si(粗)＋3HCl=====SiHCl ＋H，则反应Ⅱ的化学方程式为__________。
3 2
②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl 遇水剧烈反应生成HSiO 、HCl和另一种物质，
3 2 3
写出该反应的化学方程式：________________________________。
③假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失。反应Ⅰ中HCl的利用率为90%。
反应Ⅱ中H 的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入 HCl和H 的物质的量之比是
2 2
________。
【答案】(1)5∶2 (2)①SiHCl ＋H=========Si(纯)＋3HCl ②SiHCl ＋3HO===H SiO↓＋3HCl
3 2 3 2 2 3
＋H↑ ③5∶1
2
【解析】(1)根据反应SiO ＋2C=====Si(粗)＋2CO↑，SiO ＋3C=====SiC＋2CO↑，生成1 mol Si需
2 2
消耗2 mol C和1 mol SiO ，生成1 mol SiC需消耗3 mol C和1 mol SiO ，产品中Si与SiC的物质的
2 2
量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO 的物质的量之比为5∶2。
2
(2)①反应Ⅱ的化学方程式为 SiHCl ＋H=========Si(纯)＋3HCl。②化学方程式为 SiHCl ＋
3 2 3
3HO===H SiO↓＋3HCl＋H↑。
2 2 3 2
