2020-2021高考化学硅及其化合物推断题(大题培优 易错 难题)含答案解析

2020-2021高考化学硅及其化合物推断题(大题培优易错难题)含答案解析
一、硅及其化合物
1．A、B、C均为中学化学常见的纯净物，它们之间存在如下转化关系：
其中①②③均为有单质参与的反应。

（1）若A是常见的金属，①③中均有同一种黄绿色气体参与反应，B溶液遇KSCN显血红色，且②为化合反应，写出反应②的离子方程式_________________________。

（2）如何检验上述C溶液中的阳离子？______________________。

（3）若B是太阳能电池用的光伏材料，①②③为工业制备B的反应。

C的化学式是
____________，属于置换反应____________，（填序号）写出反应①的化学方程式
____________________。

【答案】Fe+2Fe3+＝3Fe2+取少量溶液于试管，加KSCN溶液，无明显现象，再加氯水，溶
液变成血红色，则证明含Fe2+ SiCl4①③ 2C+SiO2Si+2CO↑
【解析】
【分析】
(1)由转化关系可知A为变价金属，则A应为Fe，B为氯化铁，C为氯化亚铁，②为Fe与氯化铁的反应；
(3)B是太阳能电池用的光伏材料，可知B为Si，①为C与二氧化硅的反应，①②③为工业制备B的反应，则C为SiCl4，③中SiCl4与氢气反应，提纯Si，以此解答该题。

【详解】
(1)A是常见的金属，①③中均有同一种气态非金属单质参与反应，且②为化合反应，则该非金属气体为Cl2，B为氯化铁，则反应②的离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+；
(2)由分析知C为氯化亚铁，检验Fe2+的操作方法是取少量溶液于试管，加KSCN溶液，无明显现象，再加氯水，溶液变成血红色，则证明含Fe2+；
(3)B是太阳能电池用的光伏材料，可知B为Si，①为C与二氧化硅的反应，①②③为工业制备B的反应，则C为SiCl4，其中②为Si和Cl2化合生成SiCl4，③中SiCl4与氢气反应，提纯Si，则反应①的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑，其中属于置换反应的有①③。

2．探究无机盐X（仅含三种短周期元素）的组成和性质，设计并完成如下实验：
请回答：
（1）X的化学式是____。

（2）白色粉末溶于氢氧化钠溶液的离子方程式是____。

（3）高温条件下白色粉末与焦炭发生置换反应，写出该反应的化学方程式____。

【答案】Mg2SiO4或2MgO·SiO2 SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2O SiO2＋2C 高温
Si＋2CO↑
【解析】
【详解】
无机盐X（仅含三种短周期元素），加入过量盐酸溶解，离心分离得到白色胶状物沉淀和无色溶液，白色胶状沉淀为硅酸，白色沉淀充分灼烧得到白色粉末1.80g为SiO2，物质的量=1.8g÷60g/mol=0.03mol，溶于氢氧化钠溶液得到无色溶液为硅酸钠溶液，说明无机盐中含硅酸根离子或原硅酸根离子，物质的量为0.03mol，若为硅酸根离子其质量
=0.03mol×76g/mol=2.28g，金属质量=4.20g-2.28g=1.92g，无色溶液中加入过量氢氧化钠溶液生成白色沉淀则判断为Mg（OH）2，金属离子物质的量=3.48g÷58g/mol＝0.06mol，质量为0.06mol×24g/mol=1.44g，不符合，则应为原硅酸根，物质的量为0.03mol，质量=0.03mol×92g/mol=2.76g，金属质量4.20g-2.76g=1.44g，物质的量
=1.44g÷24g/mol=0.06mol，得到X为Mg2SiO4，则
（1）X的化学式是Mg2SiO4或2MgO·SiO2。

（2）白色粉末溶于氢氧化钠溶液的离子方程式是SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2O。

（3）高温条件下白色粉末与焦炭发生置换反应，该反应的化学方程式SiO2＋2C 高温
Si＋
2CO↑。

3．单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：
（1）能与X发生化学反应的酸是_________；由X制备Mg2Z的化学方程式为_________。

（2）由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为_________，Y分子的电子式为_________。

（3）Z、X中共价键的类型分别是_________。

【答案】氢氟酸 SiO2+Mg O2↑+Mg2Si Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4非极性
键、极性键
【解析】
【详解】
单质Z是一种常见的半导体材料，则Z为Si，X为Z的氧化物，则X为SiO2，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，则Y为SiH4，加热SiH4分解得到Si与氢气。

（1）能与SiO2发生化学反应的酸是氢氟酸；由SiO2制备Mg2Si的化学方程式为：
SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si。

（2）由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为：Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑，Y为SiH4，电子式为。

（3）Z为Si，周期表中位于第三周期IVA族，其单质属于原子晶体，化学键类型为非极性共价键；X为SiO2，属于原子晶体，含有的化学键属于极性共价键。

4．X、Y、Z、W四种物质有如下相互转化关系（其中X、W为单质，Y、Z为化合物，未列出反应条件）。

（1）若X的摩尔质量是W的2倍，工业上Z可作优质的耐高温材料。

W为黑色固体，则Y 的化学式________________。

（2）若固体W是紫红色，且向溶液Z中滴入氯水，再滴入2滴KSCN溶液，溶液呈血红色。

则写出X+Y=Z+W 的离子方程式__________________________。

（3）若晶体W是一种重要的半导体材料，实验室可用澄清石灰水来检验Z的燃烧产物。

写出Y与NaOH溶液反应的化学方程式________________________________________。

【答案】CO2 Fe+Cu2+=Fe2++Cu SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
【解析】
（1）X、W为单质，Y、Z为化合物，W为黑色固体，应为C单质，X的摩尔质量是W的2倍，Z可作优质的耐高温材料，X为Mg，Z为MgO，Y为CO2。

（2）向溶液Z中滴入氯水，再滴入2滴KSCN溶液，溶液呈血红色，则Z为Fe2+，W是紫红色固体，则W为Cu，X+Y=Z+W反应方程式为：Fe+Cu2+=Fe2++Cu。

（3）晶体W是一种重要的半导体材料，则W是Si；实验室可用澄清石灰水来检验Z的燃烧产物，则Z的燃烧产物为CO2，化合物Z为CO，则X为C单质，Y为SiO2，Y与NaOH 溶液反应的化学方程式为：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。

5．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。

请回答：
（1）形成单质A的原子的结构示意图为________。

（2）E的化学式为________。

（3）B与氢氧化钠反应生成D和H2O的化学方程式是________。

（4）在D的溶液中通入过量CO2气体的离子方程式________。

（5）下列说法正确的是______
A 水泥、玻璃、石英玻璃等都是传统硅酸盐材料。

B 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维。

C 化学分析中常用到的分子筛是硅酸盐材料。

D 熔融烧碱不能选用陶瓷坩埚。

【答案】 CaSiO3 SiO2+2NaOH=NaSiO3+H2O SiO32-
+2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2HCO3- C,D
【解析】
【分析】
“ A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”则A为Si；由“B+碳→A+E”可知B为
SiO2， E为CO；由“B+NaOH→D+H2O”可得D为Na2SiO3；由“B+CaO→C”可得C为CaSiO3；据此结合设问进行分析作答。

【详解】
（1）由分析可知，A为Si，其原子核内有14个质子，核外有三个电子层，共14个电子，其原子结构示意图为：；
（2）由分析可知，E的化学式为：CaSiO3；
（3）B为SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和水，该反应的化学方程式为：
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O；
（4）往D（Na2SiO3）溶液中通过过量CO2后，由于H2CO3的酸性比H2SiO3强，故反应生成H2SiO3；由于CO2过量，则反应生成HCO3-，故该反应的离子方程式为：SiO32-
+2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2HCO3-；
（5）A、石英玻璃的主要成分是SiO2，不是硅酸盐材料，A不符合题意；
B、光导纤维的主要成分是二氧化硅，不是硅单质，B不符合题意；
C、分子筛的主要成分是硅酸盐，C符合题意；
D、陶瓷可以被烧碱腐蚀，故熔融烧碱不能用陶瓷坩埚，D符合题意；
故答案为：CD。

6．现有如图所示的转化关系，水和部分产物已略去。

已知：①X和Z是两种透明、不溶于水的坚硬固体，其中Z无固定熔点，是现代建筑不可
缺少的装饰和采光材料；②无色气体A是引起温室效应的主要气体；
③B、D均为难溶于水的白色固体；④高纯度的F是使用最广泛的半导体材料。

据此回答下列问题：
（1）Z的名称是________，工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为________(填名称)。

（2）由X、Y制F的化学方程式为________________________，此反应中Y作________剂(填“氧化”或“还原”)。

（3）转化①的化学方程式为________________________；转化②(A少量)的离子方程式为______________________。

【答案】玻璃氢氟酸SiO2+2CO2CO2+Si还原SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
SiO＋CO 2＋H2O===H2SiO3↓＋CO
【解析】
【分析】
①X为不溶于水的坚硬固体，Z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料，判断为玻璃，说明X为SiO2；
②无色气体A是引起温室效应的主要气体为CO2；
③B、D均为难溶于水的白色固体，流程分析可知B为CaCO3，；
④高纯度的F是制造电脑芯片的一种非金属单质为Si；
结合流程分析判断可知X为SiO2，B为CaCO3，C为Na2SiO3，D为H2SiO3，E为Na2CO3，Z 为玻璃，Y为CO，F为Si．
【详解】
由以上分析：（1）Z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料，判断为玻璃；工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为氢氟酸。

（2）由X、Y制F的过程为SiO2+2CO2CO2+Si，CO做还原剂。

（3）转化①的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；无色气体A是引起温室效应的主要气体，则A为CO 2，转化②(A少量)的离子方程式为SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO。

7．图中X、Y、Z为单质，其他为化学物，它们之间存在如下转化关系(部分产物已略去)。

其中，A俗称磁性氧化铁；E是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。

回答下列问题：
(1)元素X在元素周期表中的位置为第________周期________族。

(2)一定条件下，Z能与H2反应生成ZH4，写出Z与NaOH反应的化学方程式____________
(3)写出由Y与NO、H2O生成D反应的化学方程式：_______________。

(4)X在高温下能与水蒸气反应，请写出该反应的化学方程式：_____________
(5)向含4mol D的稀溶液中，逐渐加入X粉末至过量。

假设生成的气体只有一种，请在坐标系中画出n(X2+)随n(X)变化的示意图，并标出n(X2+)的最大值。

________________
【答案】四Ⅷ Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 3Fe +
4H2O Fe3O4 + 4H2↑
【解析】
【分析】
A俗称磁性氧化铁，则A为Fe3O4；E是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应，则E是SiO2，根据转化关系，可知X为铁、Y为O2、Z为Si、D为HNO3、M为Na2SiO3、G为
Fe(NO3)3，R为H2SiO3 。

【详解】
A俗称磁性氧化铁，则A为Fe3O4；E是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应，则E是SiO2，根据转化关系，可知X为铁、Y为O2、Z为Si、D为HNO3、M为Na2SiO3、G为
Fe(NO3)3，R为H2SiO3；
(1)元素X为Fe，核电荷数为26，其在元素周期表中的位置为第四周期Ⅷ族；
(2)Z为Si，能溶于NaOH溶液生成硅酸钠、氢气和水，发生反应的化学方程式为
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑；
(3)Y为O2，NO与O2按一定比例通入水中生成HNO3，发生反应的化学方程式
4NO+3O2+2H2O=4HNO3；
(4)Fe在高温下能与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，发生反应的化学方程式为3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2↑；
(5)铁和稀硝酸反应，开始铁全部被硝酸氧化为硝酸铁，故开始阶段Fe2+的量为0，随着铁的加入，多余的铁又和Fe3+反应而生成Fe2+，故Fe2+的量逐渐会增大直至到最大值，以后不变，反应过程中生成的气体为NO，令Fe2+的最大物质的量为xmol，根据电子转移守恒
可知，NO的物质的量=xmol2
3
⨯
，根据N元素守恒可知：
xmol2
3
⨯
+2x mol=4 mol，解得
x=1.5，根据电子转移守恒可知，由Fe+2Fe3+=3Fe2+，可知开始产生NO时Fe的物质的量等
于Fe3+的物质的量，即为1.5mol×2
3
=1mol，故n(Fe2+)随n(Fe)变化的示意图为：。

8．X、Y、Z为三种常见的单质，Z为绿色植物光合作用后的产物之一，A、B为常见的化合物。

它们在一定条件下可以发生如图所示的转化关系（均不是在溶液中进行的反应）以下每空中填入一种即可）。

（1）当X、Y均为金属时，X的化学式为_____________，Z为____________（填名称）。

（2）当X为非金属且为气体，Y为金属且为紫红色时，X的化学式为___________，
A的化学式为___________。

（3）当X为金属、Y为非金属且为固体时，X与A反应的化学方程式为
__________________________________________。

（4）当X、Y均为非金属固体时，X与A反应的化学方程式为
___________________________________________。

【答案】Al 氧气 H2 CuO 2Mg+CO22MgO+C SiO2+2C Si+2CO
【解析】
【分析】
Z为绿色植物光合作用后的产物之一，应为O2，X+A→Y+B的反应为置换反应，X、Y为单质，A、B为氧化物，据此答题。

【详解】
（1）当X、Y均为金属时，此反应应为铝热反应，则X为Al，Z为氧气，答案应为：Al、氧气；
（2）当X为非金属且为气体，Y为金属且为紫红色时，Y为Cu，则X应为H2，答案应为：H2、CuO；
（3）当X为金属、Y为非金属且为固体时，X应为Mg，Y应为C，该反应应是Mg和CO2的反应，反应的方程式为2Mg+CO22MgO+C；
（4）当X、Y均为非金属固体时，X应为C，Y应为Si，该反应应是C和SiO2的反应，反应的方程式为SiO2+2C Si+2CO。

9．材料科学是近年来与化学有关的科学研究热点。

某新型无机非金属材料K由两种非金属元素组成。

它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特征。

它是以中学化学中常见物质为原料来生产的。

下图虚线框内的其它转化是为探究C的组成而设。

G、F、H均为难溶于水的白色固体；图中C、H、K均为含A元素。

其余物质均为中学化学中常见物质。

请回答下列问题：
（1）指出K可能所属的晶体类型__________，K中含有的化学键类型为___________。

（2）写出化学式：化合物C____________________；化合物F______________。

（3）写出反应③的化学方程式：_______________________________________。

（4）写出反应⑤的离子方程式：_______________________________________。

（5）化合物K与化合物C类似，也能在一定条件下与水反应生成两种化合物，请写出K
与水反应的化学方程式：_______________________________________。

【答案】原子晶体共价键 SiCl4 H2SiO3(或H4SiO4) 3Si（NH2）4=Si3N4+8NH3 SiO2+2OH-==SiO32-+H2O 或 SiO2+4OH-==SiO44-+2H2O Si3N4+9H2O=3H2SiO3+4NH3 或
Si3N4+12H2O=3H4SiO4+4NH3
【解析】
【分析】
根据图中各物质转化关系，F受热得H，H能与氢氧化钠反应生成I，I与过量的二氧化碳反
应生成F，说明F为弱酸且能受热分解，结合化合物D中A可形成四个价键知：A元素为四价元素，C、H、K均为含A元素，K由两种非金属元素组成，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特征，根据D的部分组成可知K应为Si3N4，可以确定A为Si，H为
SiO2，I为Na2SiO3，则F为H2SiO3，由虚线框中上一支推中可知，E与硝酸银反应生成不溶于稀硝酸的沉淀G，则可知E中有Cl－，G为AgCl，故C为SiCl4，B为Cl2；由
SiCl4+3H2═4HCl+H2SiO3，生成E：HCl，G、F、H均为难溶于水的白色固体。

【详解】
由分析可知：A为Si，B为Cl2，C为SiCl4，D为Si(NH2)4，E为HCl，F为H2SiO3，G为AgCl，H为SiO2，I为Na2SiO3，K为Si3N4。

（1）K为Si3N4，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特征，K 可能所属的晶体类型原子晶体，K中含有Si-N的化学键类型为共价键。

（2）化学式：化合物C为SiCl4；化合物F为H2SiO3 (或H4SiO4) 。

（3）Si（NH2）4在高温条件下分解生成Si3N4和NH3，反应③的化学方程式：3Si（NH2）4= Si3N4+8NH3。

（4）SiO2是酸性氧化物，与碱反应生成硅酸盐和水，反应⑤的离子方程式：SiO2+2OH-
=SiO32-+H2O 或 SiO2+4OH-=SiO44-+2H2O。

（5）化合物Si3N4与化合物SiCl4类似，也能在一定条件下与水反应生成两种化合物，则反应方程式为：Si3N4+9H2O=3H2SiO3↓+4NH3↑或 Si3N4+12H2O=3H4SiO4↓+4NH3↑。

10．某固体混合物X可能由Na2O2、Al2O3、Fe2O3、 Cu 、SiO2中的一种或几种物质组成。

为确定X的成分，进行了如下三个实验。

分析并回答下列问题：
（1）由实验①可得出的结论为：_______。

（2）步骤Ⅰ所发生反应的离子方程式为：__________，________。

反应Ⅱ涉及固体质量变化的化学方程式为：_________。

（3）由步骤Ⅲ可得出的结论为：______。

（4）步骤Ⅳ所得蓝色溶液中阳离子为____。

（5）原混合物中各成分的质量之比是____。

（不必简化）
【答案】混合物X中无Na2O2 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+ H2O 混合物X中无Al2O3 H+、Cu2+、Fe2+ m(Fe2O3) : m（Cu）：
m(SiO2)=3.2：3.2 ：3.0
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由于Na2O2能与水反应生成NaOH和O2，实验①取4.7gX投入水中，有不溶物出现，
过滤、洗涤、干燥、称量不溶物，其质量仍为4.7g，得出的结论是混合物X中无Na2O2。

（2）实验②向9.4gX中加入过量的盐酸得到蓝色溶液和4.92g固体，该蓝色溶液中含
Cu2+，但Cu与HCl不反应，所以X中必有Fe2O3和Cu，步骤I中所发生反应的离子方程式为Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+；向4.92g固体中加入过量NaOH，固体减少4.92g-1.92g=3.0g，减少的固体为SiO2，9.4gX中含3.0gSiO2，反应II涉及固体质量变化的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。

（3）实验③向9.4gX中加入过量NaOH，固体减少9.4g-6.4g=3.0g，减少的固体的质量与SiO2的质量相等，说明溶解的物质只有SiO2、没有Al2O3，步骤III可得出的结论是：混合物X中无Al2O3。

（4）由上面的分析，步骤III得到的6.4g固体是Cu和Fe2O3的混合物，实验③向6.4g固体中加入过量HCl得到蓝色溶液和1.92g固体，发生反应的离子方程式为
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，由于仍有固体未溶解说明Fe2O3与HCl反应生成的Fe3+不能将Cu完全溶解，1.92g固体为Cu，Fe3+完全被还原为Fe2+，步骤IV所得蓝色溶液中的阳离子为Cu2+、Fe2+和H+（H+来自过量HCl）。

（5）根据上述分析，设6.4g固体中Fe2O3物质的量为y，根据反应
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，溶解的Cu的物质的量为y，
160g/moly+64g/moly+1.92g=6.4g，解得y=0.02mol，则9.4gX中含Fe2O3的质量为
0.02mol×160g/mol=3.2g、含SiO23.0g、含Cu的质量为（9.4g-3.2g-3.0g）=3.2g，则原混合物中m(Fe2O3) : m（Cu）：m(SiO2)=3.2：3.2 ：3.0。