- 硅酸盐的化学性质
- 共939题
硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题：
（1）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号 ，该能层具有的原子轨道数为 、电子数为 。
（2）硅主要以硅酸盐、 等化合物的形式存在于地壳中。
（3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以 相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献 个原子。
（4）单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4CI在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为 。
（5）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 。
②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是 。
（6）在硅酸盐中，SiO44－四面体（如下图a）通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根；其中Si原子的杂化形式为 。Si与O的原子数之比为 化学式为 。
正确答案
（1）M；9；4 （2）二氧化硅； （3）共价键；3
（4）Mg2Si＋4NH4Cl=SiH4＋4NH3＋2MgCl2
（5）①硅烷中的Si－Si键和Si－H键的键能小于烷烃分子中C－C键和C－H键的键能，稳定性差，易断裂，导致长链硅烷难以形成，所以硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多。
②由于键能越大，物质越稳定，C－H键的键能大于C－O键的键能，故C－H键比C－O键稳定；而Si－H键的键能却远小于Si－O键的键能，所以Si－H键不稳定，而倾向于形成稳定性更强的Si－O键，即更易生成氧化物。
（6）sp3；1:3；[SiO3]n2n－(或SiO32－)
（1）基态Si原子中，有14个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，电子占据的最高能层符号为M。该能层具有的原子轨道数为1个s轨道，3个p轨道，5个d轨道。
（2）硅主要以硅酸盐、二氧化硅等化合物的形式存在于地壳中。
（3）单质硅存在与金刚石都属于原子晶体，其中原子与原子之间以共价键相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献为6×1/2＝3个原子。
（4）Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为Mg2Si + 4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2。
（5）①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是①C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
（6）中心原子Si原子的杂化形式为sp3，Si与O的原子数之比为1∶3，化学式为[SiO3]n2n-(或SiO32-)。
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）硅在元素周期表中的位置是_______。
（2）工业生产粗硅的反应有：SiO2+2C
（3）工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：
①若反应I为 Si（粗）+3HCl
则反应II的化学方程式为 。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另 一种物质，写出该反应的化学方程式： 。
③假设每一轮次制备1mol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H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl 和H2的物质的量之比是 。
正确答案
（1）第三周期IVA族 （2）1:2
（3）①SiHCl3+H2
②SiHCl3+3H2O = H2SiO3+3HCl+H2↑
③5:1
试题分析：（1）硅在周期表中位于第三周期第IVA族。
（2）将两方程式叠加，可知C和SiO2的物质的量之比为5:2，因此质量比为：（5×12）：（2×60）=1:2。
（3）①由流程图可知反应II是SiHCl3和H2反应生成纯硅和HCl，因此方程式为：SiHCl3+H2
②写出方程式中已知物质：SiHCl3+3H2O — H2SiO3+3HCl，由原子守恒可知另一种物质为H2，故方程式为SiHCl3+3H2O = H2SiO3+3HCl+H2↑。
③由题中条件可知：
Si（粗）+ 3HCl
1mol 3mol 1mol
SiHCl3+H2
1mol 1mol 3mol
由以上数据，循环生产中只能产生3molHCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加（
（2014届四川省眉山市高三第一次诊断性考试化学试卷）
根据Mg能在CO2中燃烧，某兴趣小组推测Na应该也能在CO2中燃烧，且固体产物可能为C、Na2O和Na2CO3中的两种或三种。该小组用如下图装置进行了实验探究。已知PdCl2能被CO还原得到黑色的Pd。
回答下列问题：
（1）为了使反应随开随用，随关随停，上图虚线方框内应选用 装置(填下图字母代号)，如何检验所选装置的气密性 。
（2）装置2中所盛试剂为 。
A．NaOH溶液 B．饱和NaHCO3溶液
C．饱和Na2CO3溶液 D．饱和NaCl溶液
（3）检测装置的气密性完好并装好药品后，在点燃酒精灯前应先进行装置1中的反应操作，待观察到 现象时，再点燃酒精灯，这步操作的目的是 。
（4）由实验现象和进一步的探究得出反应机理。
A．装置6中有黑色沉淀生成；
B．取反应后直玻管中的固体物质23.0g溶于足量的水中，无气泡产生且得到澄清的溶液；将溶液加水稀释配成250 mL的溶液；
C．取25.00ml步骤B的溶液，滴加足量BaCl2溶液，将生成的白色沉淀过滤、洗涤、干燥，称量得固体质量为1.97g。
①步骤C中不溶物干燥前必须经过洗涤，如何检验该沉淀是否洗涤干净 。
②该探究得出钠与二氧化碳反应的化学方程式为 。
正确答案
（1）C（2分），关闭弹簧夹，向长颈漏斗中加水，一定时间后静置液面保持不动，说明气密性良好（2分）
（2）B（2分）
（3）装置5中出现大量混浊（2分）；排尽装置中的空气（2分）
（4）①取最后一次洗涤液加入稀H2SO4，不出现浑浊说明沉淀洗涤干净（2分）
②6Na+4CO2
C装置是采用固液分开的设计，打开弹簧夹液体加入反应开始，关闭弹簧夹反应产生气体的压强使固液分开反应停止；检验有多个出口的实验装置的气密性，一般只保留一个封住其它出口进行实验，关闭弹簧夹，向长颈漏斗中加水，一定时间后静置液面保持不动，说明气密性良好；（2）装置C是用石灰石或大理石与盐酸反应产生二氧化碳，会混有HCl杂质，故2用饱和NaHCO3溶液来除去HCl同时转化为二氧化碳；（3）CO易燃，混有空气可能会发生爆炸，反应前需先同二氧化碳除去装置中的空气，当观察到5中石灰水变浑浊时认为装置中充满二氧化碳，空气排尽；（4）检验洗涤是否干净，一般是要取最后次的洗涤液，进行检验可能存在的杂质离子，鉴于洗涤液中离子浓度较低，一般检验比较容易出现现象的离子如硫酸根离子、氯离子等；
根据实验现象知产物物碳单质，无钠剩余，根据碳酸钡的质量计算出
n(Na2CO3)= n(BaCO3)=1.97÷197×10=0.1mol
m(Na2CO3)= 0.1×106=10.6g
所以固体中含有氧化钠n(Na2O)=（23.0－10.6）÷62=0.2mol
根据氧化还原反应原理，反应中碳元素化合价下降为+2价CO，方程式为
6Na+4CO2
(共18分) W、X、Y、Z是四种常见的短周期元素，其原子半径随原子序数变化如下图所示。
已知W的一种核素的质量数为18，中子数为10；X和Ne原子的核外电子数相差1；Y的单质是一种常见的半导体材料；Z是是同周期中非金属性最强的元素。
（1）X位于元素周期表的位置 ，X与硫元素形成的化合物的电子式为
（2） Z的气态氢化物和溴化氢相比，较稳定的是 （写化学式）。理由为 。
（3）Y与Z形成的化合物硬度小、熔点低、沸点低，其晶体中有存在的作用力有
其分子属于 （填极性分子、非极性分子），它和足量水反应，有白色胶状沉淀产生，该反应的化学方程式是 。
（4）在25ºC、101 kPa下，已知Y的气态氢化物在氧气中完全燃烧后恢复至原状态，平均每转移1mol 电子放热190.0kJ，该反应的热化学方程是 。
正确答案
（共18分，除注明3分的外其余每空2分）
（1）第三周期、IA族 Na+[eq \o(\s\up 7(‥eq \o(\s\up 3(.]2-Na+
（2） HCl ， 氯元素的非金属性强于溴元素，所以HCl比HBr稳定；
（3）范德华力、（或分子间作用力）极性共价键（或共价键）; 非极性分子
SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl 或 SiCl4＋4H2O=H4SiO4↓＋4HCl （3分）
（4） SiH4(g)＋2O2(g)＝SiO2(s)＋2H2O(l) △H=－1520.0kJ/mol （3分）
略
（16分）请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
（1）我国储氢纳米碳管研究已取得重大进展。用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳
纳米颗粒（杂质），这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应的化学方程式为：
___C + ___K2Cr2O7 + _______=" ___" CO2↑ + ___K2SO4 + ___Cr2(SO4)3 +___H2O
请完成并配平上述化学方程式。
（2）工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：
CO(g)+ 2H2(g) 
①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是____________。
②在恒容容器中合成甲醇，当温度分别为230℃、250℃和270℃时，CO的转化率与n(H2)/n(CO)的起始组成比的关系如右图所示。已知容器体积1L，起始时CO的物质的量均为1mol。据此判断在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是__________；利用图中a点对应的数据，计算该反应在对应温度下的平衡常数K =_______________________。
③已知：
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO 2和水蒸气的热化学方程式为_________。
（3）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其溶度积常数Ksp=
c(Ca2+)·c(CO32—)=2.8×10−9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为5.6×10 -5 mol/L ，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为________________________。
正确答案
（1）3C + 2K2Cr2O7 +8H2SO4 = 3CO2↑ + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 +8H2O（3分，填上H2SO4给1分）
（2）①AC（2分，各1分，多选或错选1个倒扣1分，扣完为止，不出出负分）
②270℃（2分，无单位扣1分） 4L2/mol2（3分，不写单位也给分）
③CH3OH(g)+3/2O2(g)
（3）2×10-4mol/L（3分，不写单位扣1分）
（1）考查氧化还原反应方程式的配平，配平的依据是电子的得失守恒。碳是还原剂，化合价升高4个单位。K2Cr2O7是氧化剂，铬元素的化合价降低3铬单位，所以1mol氧化剂得到6mol电子，即氧化剂和还原剂的物质的量之比是2︰3，所以方程式为3C + 2K2Cr2O7 +8H2SO4 = 3CO2↑ + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 +8H2O。
（2）①考查外界条件对反应速率的影响。增大压强或使用催化剂都能增大反应速率，AC正确，BD是降低反应速率。
②由于是放热反应，所以温度越高，CO的转化率越低。因此Z表示的是270℃。a点的转化率是50％，CO的起始浓度是1，则氢气的是1.5，消耗的CO浓度是0.5，氢气是1，生成甲醇是0.5，所以平衡常数＝
③考查盖斯定律的应用。根据反应①CO(g)+ 2H2(g) 
③
（3）根据Ksp= c(Ca2+)·c(CO32—)=2.8×10−9可知c(Ca2+)＝Ksp/c(CO32—)＝2.8×10−9/2.8×10 -5＝1×10-4mol/L，所以所需CaCl2溶液的最小浓度为1×10-4mol/L×2＝2×10-4mol/L
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