2020-2021高考化学培优 易错 难题(含解析)之硅及其化合物推断题及答案解析

2020-2021高考化学培优易错难题(含解析)之硅及其化合物推断题及答案解
析
一、硅及其化合物
1．某同学用某化合物X（两种短周期元素组成的纯净物）进行了如下实验：
实验步骤②中还观测到生成黑色固体和无色无味气体，生成的溶液可作为建筑行业的一种黏合剂。

请回答：
（1）X的化学式是____，步骤①的离子方程式是___。

（2）步骤②的化学方程式是_____。

【答案】Mg2Si Mg2Si +4H+=SiH4↑+2Mg2+ SiH4 +2KMnO4=2MnO2↓+Na2SiO3+H2↑+H2O 【解析】
【分析】
短周期元素形成的化合物中，与过量烧碱溶液生成白色沉淀，则灼烧后得到白色固体的为MgO，4.0g白色固体可得X中0.1molMg原子，无色气体A与高锰酸钾可生成黏合剂硅酸钾溶液，可知无色气体A具有还原性且含有Si元素，据此分析作答。

【详解】
（1）根据化合物X 7.20g计算得到Mg原子与Si原子个数之比为2:1，则X的化学式为
Mg2Si，在盐酸作用下会生成硅烷气体与氯化镁，故其离子方程式为：Mg2Si
+4H+=SiH4↑+2Mg2+，故答案为：Mg2Si；Mg2Si +4H+=SiH4↑+2Mg2+；
（2）在强氧化剂高锰酸钠的作用下，硅烷被氧化为硅酸钠与氢气，同时生成黑色固体二氧化锰，根据氧化还原反应得失电子守恒与元素守恒可得，其化学方程式为：SiH4
+2KMnO4=2MnO2↓+K2SiO3+H2↑+H2O。

2．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。

3．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。

4．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。

5．已知A、B、C、D、E是中学常见的五种化合物。

且A、B、C均含有同一种元素，A可用于呼吸面具中的氧气来源，B是制备普通玻璃的主要成分之一，D在常温下是一种常见液体，E是一种两性氢氧化物，F是一种非金属单质。

它们之间有如下关系：
A+D→C+F，C+E→盐+D。

（1）写出下列物质的化学式：A_____、B_____、D_____、F_______
（2）写出C+E→盐+D的离子方程式_____________________________；
（3）E中某元素的单质可与氧化铁发生铝热反应，写出其反应的化学方程式
__________________________________。

【答案】Na2O2 Na2CO3 H2O O2 Al(OH)3 + OH-= AlO2- +2H2O 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe 【解析】
【分析】
A、B、C、D、E是中学常见的五种化合物。

且A、B、C均含有同一种元素，A可用于呼吸面具中的氧气来源，A为过氧化钠；B是制备普通玻璃的主要成分之一，且含有钠元素，为碳酸钠；D在常温下是一种常见液体，D为水；E是一种两性氢氧化物，E为氢氧化铝；F是一种非金属单质，A+D→C+F，则C为氢氧化钠，F为氧气；氢氧化钠能够与氢氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，满足C+E→盐+D，据此分析解答。

【详解】
(1)根据上述分析，A为过氧化钠，B为碳酸钠，C为氢氧化钠，D为水；E为氢氧化铝；F 为氧气，故答案为Na2O2；Na2CO3；H2O；O2；
(2)C+E→盐+D为氢氧化钠与氢氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，氢氧化铝难溶于水，应该用化学式表示，反应的离子方程式为Al(OH)3 + OH-= AlO2- +2H2O，故答案为Al(OH)3 + OH-= AlO2- +2H2O；
(3)铝与氧化铁发生铝热反应，反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，故答案为
2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。

6．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含 A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

(1)A的原子结构示意图为________，A与碳在原子的电子层结构上的相同点是
________________________________________________________。

(2)易与C发生化学反应的酸是_________(写名称)，反应的化学方程式是
_______________________________。

(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D
①写出该反应的化学方程式：___________________________________________。

②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是________。

A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚 C．铁坩埚
(4)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】最外层均有4个电子，最内层均有2个电子氢氟酸SiO2＋
4HF===SiF4↑＋2H2O SiO2＋Na2CO 3 Na2SiO3＋CO2↑C50%
【解析】试题分析：本题考查无机推断、侧重硅元素的单质及其化合物性质的考查、化学计算。

含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造光导纤维，则A为硅元素，C为SiO2；C（SiO2）与烧碱反应生成Na2SiO3和H2O，含A
元素的化合物D为Na2SiO3。

（1）A为Si，Si原子的核电荷数为14，Si原子核外有14个电子，根据原子核外电子排布
规律，A 的原子结构示意图为。

碳的原子结构示意图为，硅原子与
碳原子的电子层结构上的相同点是：最外层均有4个电子，最内层均有2个电子。

（2）C为SiO2，易与SiO2发生化学反应的酸是氢氟酸，SiO2与HF反应生成SiF4和H2O，
反应的化学方程式为SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。

（3）①SiO2与纯碱高温熔融时反应生成Na2SiO3和CO2，反应的化学方程式为
SiO2+Na2CO 3Na2SiO3+CO2↑。

②A，普通玻璃的成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，SiO2与纯碱高温下反应生成Na2SiO3和CO2，不能选用普通玻璃坩埚熔化纯碱；B，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2与纯碱高温下反应生成Na2SiO3和CO2，不能选用石英玻璃坩埚熔化纯碱；C，铁与Na2CO3高温不反应，可选用铁坩埚熔化纯碱；答案选C。

（4）SiO2与石灰石的混合物充分反应，可能发生的反应有SiO2+CaCO 3CaSiO3+CO2↑、CaCO 3CaO+CO2↑，根据C守恒，n（CaCO3）=n（CO2）=11.2L
22.4L/mol
=0.5mol，m （CaCO3）=0.5mol⨯100g/mol=50g，100g混合物中石灰石的质量分数为
50g 100g ⨯
100%=50%。

7．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。

8．简要回答下列问题
（1）医疗上，常用胃舒平[主要成分Al(OH)3]来治疗胃酸（主要成分盐酸）过多，其理由是__________（用离子方程式表示）。

（2）生活中不能用铝制容器储存氢氧化钠溶液的原因是__________（用化学方程式表示）。

（3）工业制备漂白粉原理是__________（用化学方程式表示）。

（4）人们常用雕花玻璃装饰房间。

在玻璃上雕花时发生反应的化学方程式是__________。

（5）硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，向其中通入过量的CO2，会出现软而透明的凝胶胶体，其化学方程式是__________。

【答案】3H++Al(OH)3＝Al3++3H2O Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O；
2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3
【解析】
【分析】
玻璃的主要成分之一为二氧化硅，它是酸性氧化物，不能与硫酸、硝酸、盐酸等发生反应，但能与氢氟酸发生反应。

不过，二氧化硅与氢氟酸反应，表现的不是酸性氧化物的性质，是氢氟酸特有的性质。

【详解】
(1)胃舒平中的Al(OH)3与胃酸中的盐酸反应，生成氯化铝和水，其理由是3H++Al(OH)3＝
Al3++3H2O；
答案为：3H++Al(OH)3＝Al3++3H2O；
(2)生活中不能用铝制容器储存氢氧化钠溶液，因为铝表面的Al2O3与NaOH反应后，里面的Al与NaOH溶液继续反应，化学方程式为Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O；
2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑；
答案为：Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O；2Al+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2↑；
(3)工业上利用氯气与石灰乳反应生产漂白粉，反应的化学方程式为
2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O；
答案为：2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O；
(4)在玻璃上雕花是利用氢氟酸与玻璃中的SiO2发生复分解反应，反应的化学方程式为
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；
答案为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；
(5)向硅酸钠水溶液中通入过量的CO2，会出现软而透明的硅酸凝胶和NaHCO3，反应的化学方程式为Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3；
答案为：Na2SiO3+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2NaHCO3。

【点睛】
“向硅酸钠水溶液中通入过量的CO2”，若不注意审题，我们很容易写成
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3，解题时，对关键词“过量”一定要引起高度重视。

9．按要求回答下列问题：
（1）FeCl3溶液和 Fe(OH)3胶体的本质区别是：_____________。

（2）工业上制玻璃的原料有纯碱、石英和_____________（填名称）。

（3）工业上金属钠可用来制备钛等金属，利用了金属钠的____________性。

（4）盛放 NaOH 溶液的玻璃试剂瓶应选用____________ 塞（填“玻璃”或“橡胶”）。

（5）用四氯化碳萃取溴水后，分液时有机层从分液漏斗的_____________（填“下口放出”或“上口倒出”）。

（6）6.20 g Na2O 晶体中含离子数目是_____________（N A为阿伏加德罗常数的数值）。

（7）等质量的 NH3和 H2S 中，氢原子的个数比是_________。

（8）加热某碱式碳酸镁晶体[4MgCO3∙Mg(OH)2∙5H2O]至质量不再变化时，得到 10.0g 残留固
体和__________L CO 2（标准状况下）。

【答案】分散质粒子直径 石灰石 还原 橡胶 下口放出 0.3N A 3:1 4.48
【解析】
【分析】
（1）根据胶体与溶液的本质区别来解答；
（2）根据工业上制玻璃的原料分析解答；
（3）根据钠与四氯化钛表现的性质来分析解答；
（4）根据二氧化硅与NaOH 溶液溶液反应分析判断；
（5）根据四氯化碳密度大于水分析；
（6）Na 2O 晶体为离子晶体，1mol 晶体中含有2molNa +和1molCl -，以此分析；
（7）质量相等，计算NH 3和H 2S 气体物质的量之比结合二者分子构成解答；
（8）加热[4MgCO 3∙Mg(OH)2∙5H 2O]至质量不再变化时，得到的固体为MgO ，根据n=
m M
，V=nV m 及原子守恒进行计算。

【详解】 （1）Fe(OH)3胶体区别于FeCl 3溶液最本质的特征是Fe(OH)3胶体的分散质微粒直径大小在1～100nm 之间，即分散质粒子直径大小不同，
故答案为：分散质粒子直径；
（2）工业上以石灰石、纯碱、石英为原料制取玻璃，
故答案为：石灰石；
（3）钠是活泼金属，极易失去电子被氧化，工业上金属钠可用来制备钛等金属，利用了金属钠的还原性，
故答案为：还原；
（4）由于玻璃中的二氧化硅能与NaOH 溶液反应生成粘性的硅酸钠，而使玻璃塞和瓶口粘在一起不易打开，因此盛放NaOH 溶液的玻璃试剂瓶应选用橡胶塞，
故答案为：橡胶；
（5）四氯化碳的密度大于水的密度，用四氯化碳萃取溴水后，有机层在下层，分液时有机层从分液漏斗的下口放出，
故答案为：下口放出；
（6）6.20 g Na 2O 的物质的量为0.1mol ，Na 2O 晶体为离子晶体，1mol 晶体中含有2molNa +和1molCl -，所以晶体中含离子数目是0.3N A ，
故答案为：0.3N A ；
（7）设二者的质量为mg ，则同质量的NH 3和H 2S 气体的体积等于物质的量之比=1734
m
m =2：1，则所含氢原子的个数比是2312
⨯⨯=3:1， 故答案为：3:1；
（8）加热[4MgCO 3∙Mg(OH)2∙5H 2O]生成MgO 和二氧化碳、水，至质量不再变化时，得到的
固体为MgO，10gMgO的物质的量为
10
40/
g
g mol
=0.25mol，由镁元素和碳元素守恒关系可
知，n(MgCO3)=4
5
×n(Mg)=
4
5
×0.25mol=0.2mol，n(CO2)= n(MgCO3)=0.2mol，
V(CO2)=0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案为：4.48L。

10．铝硅合金材料性能优良。

铝土矿（含30% SiO2、40. 8% Al2O3和少量Fe2O3等）
干法制取该合金的工艺如下：
（1）焙烧除铁反应：4(NH4)2SO4+Fe2O32NH4Fe(SO4)2+3H2O+6NH3（少部分Al2 O3发生类似反应）。

氧化物转化为硫酸盐的百分率与温度的关系如下图，最适宜焙烧温度为
______________。

指出气体I的用途 ____________（任写一种）。

（2）操作①包括：加水溶解、过滤_______、_________。

若所得溶液中加入过量NaOH 溶液，含铝微粒发生反应的离子方程式为____________________
（3）用焦炭还原SiO2发生反应的化学方程式为_________________
【答案】300℃制氮肥或用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中洗涤干燥Al3++4OH-=AlO2-+2H2O2C+SiO22CO↑+Si
【解析】
【分析】
铝土矿（含30% SiO2、40. 8% Al2O3和少量Fe2O3等）加硫酸铵焙烧，Fe2O3转化为
NH4Fe(SO4)2同时生成氨气，加水溶解、过滤，滤渣为SiO2和Al2O3，用焦炭在高温条件下还原SiO2、Al2O3得到硅铝熔体，在加纯铝搅拌，得到硅铝合金，据此分析解答。

【详解】
（1）焙烧时尽可能是氧化铁反应，而氧化铝不反应，由图可知在300℃时，氧化铁转化为硫酸盐的百分率很高，而氧化铝转化为硫酸盐的百分率最低，所以最适宜焙烧温度为300℃；
气体Ⅰ为氨气，氨气可以用于制氮肥，也可以用硫酸吸收来备硫酸铵循环到焙烧过程中；故答案为：300℃；制氮肥或用硫酸吸收气体（氨气）循环到焙烧过程中；
（2）由流程分析可知，操作①应包括：加水溶解、过滤、洗涤、干燥；溶液中含有铝离子与氢氧根离子生成偏铝酸根离子，其反应的离子方程式为：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；
故答案为：洗涤；干燥；Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；
（3）在高温条件下，焦炭与SiO2反应生成Si和CO，其反应的方程式为：
2C+SiO22CO↑+Si，
故答案为：2C+SiO22CO↑+Si。

【点睛】
本题考查了物质分离和提纯基本操作，注重信息与所学知识的结合分析解决问题，侧重知识迁移应用能力的考查，注意把握流程中发生的化学反应为解答的关键。