第9讲:碳族元素 无机非金属材料 下载本文

Si+3HCl.

【分析】用碳在高温下还原二氧化硅可制得含少量杂质的粗硅,信息产业的核心材料是高纯度单晶硅,将粗硅用HCl、Cl2处理转化为沸点低的SiHCl3 , 通过蒸馏极易分离提纯,然后将纯的SiHCl3在高温下用H2还原即可得到纯度高的Si,据此解答. 13.【答案】 Na2CO3+SiO2

;CaCO3+SiO2

2﹣﹣

;2OH+SiO2=SiO3+H2O

Na2SiO3+CO2↑

CaSiO3+CO2↑

;SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

;K2O?2CaO?5SiO2

【解析】【解答】(1)工业制玻璃主要原料有石英、纯碱和石灰石.碳酸钠与二氧化硅在高温条件下反应生成硅酸钠和二氧化碳.该反应的化学方程式为:Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑,碳酸钙与二氧化

CaSiO3+CO2↑,

硅在高温条件下反应生成硅酸钙和二氧化碳,该反应的化学方程式为:CaCO3+SiO2

故答案为:Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑、CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑;

(2)玻璃中含有二氧化硅,二氧化硅能和强碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,离子反应为:2OH﹣

+SiO2=SiO32﹣+H2O,硅酸钠是一种具有粘性的物质,导致瓶塞与瓶口粘在一起.所以盛放碱液的试剂瓶不能用磨口玻璃塞,;二氧化硅能与氢氟酸反应:SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O,氢氟酸应保存在塑料瓶中,

2﹣﹣

故答案为:2OH+SiO2=SiO3+H2O、SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

(3)由石英砂、苛性钾、熟石灰质量比为75:28:37,根据元素原子守恒,

2]:n(SiO2)=n(K2O):n(CaO):n(SiO2)=

n(KOH):n[Ca(OH)

: : =1:2:5,氧化物表示玻璃的

组成为活泼金属氧化物?较活泼金属氧化物?二氧化硅?水的顺序,则玻璃为K2O?2CaO?5SiO2 , 故答案为:K2O?2CaO?5SiO2;

【分析】(1)工业制玻璃主要原料有石英、纯碱和石灰石,碳酸钠与二氧化硅在高温条件下反应生成硅酸钠和二氧化碳,碳酸钙与二氧化硅在高温条件下反应生成硅酸钙和二氧化碳;

(2)玻璃中含有二氧化硅,二氧化硅能和强碱反应生成硅酸盐和水,硅酸钠是一种具有粘性的物质,导致瓶塞与瓶口粘在一起;

(3)利用质量分数确定个数比,氧化物表示玻璃的组成为活泼金属氧化物.较活泼金属氧化物.二氧化硅.水的顺序书写;

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14.【答案】第二周期,第IVA族;2;abc;水(或乙醇);③④

【解析】【解答】(1)碳元素的电子层数为2,最外层电子数为4,所以在周期表中的位置是第二周期,第IVA族,碳元素的2p能级上有2个未成对电子,故答案为:第二周期,第IVA族;2;

(2)由2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)→P4(g)+6CaO(s)+10CO,可知:钙离子和磷酸根离子之间的离子键被破坏,磷原子和氧原子间的极性共价键被破坏,另外C中非极性共价键 也被破坏,故答案为:abc;

(3)由于Na可以与水(或乙醇)发生反应,而金刚石不与水(或乙醇)反应,所以除去粗产品中少量的钠可用水(或乙醇),故答案为:水(或乙醇);

①Na还原CCl4的到NaCl和C,属于置换反应,但Cl2与H2O反应生成HCl和HClO,不是置换反应,(4)故①错误;

②水晶属于原子晶体,而干冰属于分子晶体,熔化时克服粒子间作用力的类型不相同,故②错误; ③Na2SiO3溶液与SO3的反应,说明酸性H2SiO3比H2SO4弱,可用于推断Si与S的非金属性强弱,故③正确;

④C和Si同主族性质相似,Si在一定条件下可与FeO发生置换反应,故④正确. 故选:③④.

【分析】(1)根据周期序数=电子层数,主族序数=最外层电子数可以确定碳在周期表中的位置;根据轨道表示式来分析;

(2)根据反应物的变化以及物质内的化学键来分析; (3)根据Na可以与水(或乙醇)发生反应;

(4)①Na还原CCl4的到NaCl和C,Cl2与H2O反应生成HCl和HClO; ②水晶属于原子晶体,而干冰属于分子晶体;

③元素的非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强以及强酸制弱酸; ④C在一定条件下可与FeO发生置换反应,而C和Si同主族性质相似 15.【答案】 还原 ;氧化

;PbO2+4HCl ;Pb3O4 ;+2,+4 ;碱

3+3

;AsO4﹣+2I﹣+2H═AsO3﹣+I2↓+H2O

PbCl2+Cl2↑+2H2O

;2

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【解析】【解答】(1)锡的+4价化合物是稳定的,因此锡的+2价化合物(如SnCl2)应具有较强的还原性;铅的+2价化合物是稳定的,所以铅的+4价化合物应具有较强的氧化性;PbO2与浓盐酸可发生氧化还原反应生成Cl2 , 则还原产物是PbCl2 , 所以方程式为PbO2+4HCl还原;氧化;PbO2+4HCl

(2)由X+4HNO3═PbO2+2Pb(NO3)2+2H2O可知, 反应后铅原子是3个,反应前应该是3个,包含在X中;

反应后氧原子是16个,反应前应该是16个,其中4个包含在X中; 反应后氮原子是4个,反应前是4个; 反应后氢原子是4个,反应前是4个;

由分析可知,每个X中含有3个铅原子和4个氧原子,是四氧化三铅,化学式是Pb3O4;

由反应后生成的PbO2和Pb(NO3)(NO3)2可知,铅元素的化合价是+4和+2.生成物有Pb2 , 所以PbO是碱性氧化物,故答案为:Pb3O4;+2,+4;碱;

(3)根据题意As的化合价从+5价降低到+3价,得到2个电子;碘的化合价从﹣1价升高到0价,失去1

3﹣+3﹣﹣

个电子,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比是1:2,则方程式为AsO4+2I+2H═AsO3+I2↓+H2O,根3+3

据方程式可知,转移2个电子,故答案为:AsO4﹣+2I﹣+2H═AsO3﹣+I2↓+H2O;2.

PbCl2+Cl2↑+2H2O,故答案为:

PbCl2+Cl2↑+2H2O;

【分析】(1)低价态的金属具有氧化性,高价态的金属具有氧化性,PbO2与浓盐酸可发生氧化还原反应生成Cl2 , 则还原产物是PbCl2;

(2)化学反应前后,元素的种类不变,原子的种类、总个数不变;化合物中,元素的化合价代数和为零;碱性氧化物:能跟酸起反应,生成一种盐和水的氧化物叫碱性氧化物(且生成物只能有盐和水,不可以有任何其它物质生成);

(3)As的化合价从+5价降低到+3价,得到2个电子;碘的化合价从﹣1价升高到0价,失去1个电子,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比是1:2. 三、实验探究题 16.【答案】(1)SiO2+2C (2)分馏(或蒸馏)

(3)浓硫酸;使滴人烧瓶中的 SiHCl3 气化;有固体物质生成;在反应温度下,普通玻璃会软化;SiHCl3+H2 = Si+3HCl;排尽装置中的空气;BD 【解析】【解答】

(1)高温下,碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳,反应方程式为SiO2+2C 可以通过分馏除去杂质。

(3)①锌和稀硫酸的反应是放热反应,所以生成的氢气含有水蒸气,为干燥氢气,一般选用浓H2SO4 干燥;气体的反应速率较大,所以加热的目的是使滴人烧瓶中的 SiHCl3 气化②高温下,SiHCl3和氢气反应生成硅单质,硅单质是灰黑色固体,所以D装置中的现象是有固体物质生成;由于高温下,普通玻璃会软化,所以使用石英玻璃;反应方程式为SiHCl3+H2 = Si+3HCl;③氢气是可燃性气体,当氢气的量达到一定

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Si+2CO↑

Si+2CO↑;

(2)SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点-84.7℃),由于沸点差别较大,

时易产生爆炸,为防止安全事故的发生,所以先通一段时间H2 , 排尽装置中的空气;④铁能和酸反应生成亚铁离子,亚铁离子有还原性,亚铁离子能被氯水氧化生成铁离子,铁离子遇硫氰化钾溶液变红色,所以可以用氯水和硫氰化钾溶液检验铁的存在,答案选BD。 【分析】本题的解题关键在于题目信息的利用

(1)高温下,碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳(需了解硅的制备和提纯反应) (2)由题目信息知物质的沸点相差比较大,用蒸馏

(3)由题目信息知①SiHCl3能与 H2O强烈反应,所以氢气需除杂(浓H2SO4 干燥)

0

②SiHCl3与过量H2在 1000 ~1100℃反应制得纯硅(反应方程式为SiHCl3+H2 = Si+3HCl),普通玻璃在600C

左右融化。所以C装置是加热( 1000 ~1100℃),反应物转化为气体;且普通玻璃不满足要求,换成熔点更高的石英玻璃(SiO2);

③主反应是SiHCl3+H2 = Si+3HCl,所以需排除副反应的发生,所以需先排尽装置内空气,防止氢气与氧气生成水,影响实验(SiHCl3能与 H2O强烈反应)

④亚铁离子的检验:先加硫氰化钾溶液无现象,再加氯水变红 17.【答案】(1)导管

(2)CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑ (3)过滤 (4)NaCl (5)CD

【解析】【解答】解:(1)由图中仪器的形状可知①为锥形瓶;②为导管;

故答案为:导管;(2)装置A中稀盐酸与大理石反应生成氯化钙、二氧化碳和水,其反应的方程式为:CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑;

故答案为:CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑;(3)分离固液混合物的方法是过滤,所以通过过滤操作能把NaHCO3晶体从溶液中分离出来;

故答案为:过滤;(4)如果缺少装置B,稀盐酸挥发出HCl气体与NaOH反应生成NaCl,因而C装置中会增加一种物质就是氯化钠;

故答案为:NaCl;(5)通入二氧化碳时气体熄灭,说明二氧化碳不燃烧也不支持燃烧,所以观察到下层蜡烛比上层蜡烛先熄灭,由此不能得出的实验结论是CD; 故答案为:CD.

【分析】(1)根据图中仪器的形状分析;(2)装置A中稀盐酸与大理石反应生成氯化钙、二氧化碳和水;(3)分离固体和液体的混合物用分液;(4)HCl易挥发进入B中与氢氧化钠反应;(5)通入二氧化碳时气体熄灭,说明二氧化碳不燃烧也不支持燃烧. 四、综合题

18.【答案】(1)b;a;c

【解析】【解答】解:①生产硅酸盐水泥用到黏土和石灰石,高炉炼铁用到焦炭、石灰石等,都用到石灰石,故答案为:b;

②铝合金具有耐腐蚀、强度大、密度小的特点,故答案为:a;

③玻璃钢是将玻璃纤维和高分子材料复合而成的复合材料,故答案为:c. 【分析】①生产硅酸盐水泥用到黏土和石灰石,高炉炼铁用不到黏土;

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