2020届一轮复习人教全国版第14讲碳、硅及无机非金属材料学案

2020届一轮复习人教全国版第14讲碳、硅及无机非金属材料学案

第14讲　碳、硅及无机非金属材料 考纲要求　1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。‎ 考点一　碳及其重要化合物 ‎1.碳单质 存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。‎ ‎2.碳的氧化物(CO和CO2)‎ ‎(1)一氧化碳的性质及应用 ‎①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。‎ ‎②化学性质及应用(写出有关化学方程式)‎ a.可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。‎ b.还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。‎ ‎(2)CO2在自然界中的循环 ‎①CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。‎ ‎②自然界消耗CO2的主要反应：‎ a.溶于江水、海水中：CO2＋H2O??H2CO3；‎ b.光合作用将CO2转化为O2；‎ c.岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。‎ ‎3.碳酸(H2CO3)‎ 弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。‎ ‎4.碳酸的酸式盐和正盐的比较 ‎(1)在水中的溶解性 ‎①含K＋、Na＋、NH的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。‎ ‎②一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度：Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度：Na2CO3>NaHCO3。‎ ‎(2)热稳定性 一般来说，热稳定性顺序为正盐>酸式盐>碳酸，如稳定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3。可溶性正盐>难溶性正盐，如CaCO3高温分解，而K2CO3不易分解。‎ ‎(3)水溶液酸碱性 物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH大于其酸式盐溶液，如pH：Na2CO3溶液>NaHCO3溶液。‎ ‎(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体(　　)‎ ‎(2)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质(　　)‎ ‎(3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应(　　)‎ ‎(4)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨(　　)‎ ‎(5)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失(　　)‎ ‎(6)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体(　　)‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√‎ 解析　(1)12C、13C、14C互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和C60。(5)由于盐酸的酸性比碳酸的强，CO2与CaCl2溶液不反应。‎ 确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法。‎ 按要求回答下列问题：‎ ‎(1)写出下列装置的作用：‎ A：除去混合气体中的CO2气体。‎ B：检验混合气体中的CO2是否除尽。‎ E：除去尾气中的CO2气体。‎ F：除去尾气中的CO气体、防止污染环境。‎ ‎(2)写出C中的化学方程式：CO＋CuOCu＋CO2。‎ ‎(3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：‎ B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊。‎ 题组一　碳及其化合物对环境的影响 ‎1.(2018·武汉模拟)碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是(　　)‎ A.碳是构成有机物的主要元素 B.光合作用是将太阳能转化为化学能的过程 C.化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一 D.石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志 答案　D ‎2.(2018·莆田模拟)化学与社会、科学、技术、环境密切相关。下列说法不正确的是(　　)‎ A.T-碳是一种新型三维碳结构晶体，与C60互为同素异形体 B.推广利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳经济理念 C.将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛铝合金材料 D.为汽车安装尾气催化转化装置，可将尾气中的部分CO和NO转化为无毒气体 答案　C 解析　B项，利用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，实现“碳”的循环利用，减少二氧化碳的排放，故B正确；C项，在空气中加热熔化，金属易与氧气发生反应，所以不能直接在空气中制备钛铝合金，故C错误。‎ ‎3.碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题：‎ ‎(1)下列有关说法正确的是________(填字母)。‎ a.利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响 b.金刚石、石墨、C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异 c.木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜 d.大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用 ‎(2)吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体，它是________(填化学式)。‎ ‎(3)影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是________(填物质名称)。‎ ‎(4)为减少二氧化碳对环境影响，可将二氧化碳与氢气在300 ℃、200 kPa和催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇(CH3OH)和水，其反应的化学方程式为___________________‎ ‎_____________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)abcd　(2)CO　(3)干冰　(4)CO2＋3H2CH3OH＋H2O 题组二　CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析 ‎4.(2018·吉林模拟)将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(　　)‎ 答案　D 解析　CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。‎ ‎5.标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为( 不考虑CO、HCO的水解)(　　)‎ A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶3‎ 答案　B 解析　n(CO2)＝＝0.150 mol，n(NaOH)＝0.200 L×1.00 mol·L－1＝0.200 mol ＝＝，即1＜＜2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则，解得，所以＝。‎ 考点二　硅及其重要化合物、无机非金属材料 一、硅单质 ‎1.存在 硅单质主要有晶体和无定形两大类。‎ ‎2.物理性质 带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。‎ ‎3.化学性质 ‎(1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟、氢氟酸、碱反应。反应的化学方程式分别为：‎ 与氟：Si＋2F2===SiF4；‎ 与氢氟酸：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；‎ 与碱：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。‎ ‎(2)在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应，与氧气反应的化学方程式为Si＋O2SiO2。‎ 二、二氧化硅 ‎1.存在 自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有晶体和无定形两种，统称硅石。‎ ‎2.物理性质 熔点高，硬度大，难溶于水。‎ ‎3.结构 SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。‎ ‎4.化学性质 SiO2为酸性氧化物，是硅酸的酸酐。‎ ‎(1)SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。‎ ‎(2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钙反应的化学方程式为SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。‎ ‎(3)在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，如与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaOCaSiO3。‎ ‎(4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。‎ 三、硅酸、硅酸盐 ‎1.硅酸 ‎(1)物理性质 硅酸的溶解度小，新制备的硅酸为透明、胶冻状，干燥硅胶多孔，吸水性和吸附性强。‎ ‎(2)化学性质 ‎①弱酸性：酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。‎ ‎②不稳定性：受热易分解，反应的化学方程式为 H2SiO3SiO2＋H2O。‎ ‎(3)制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)。‎ ‎(4)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。‎ ‎2.硅酸盐 ‎(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。‎ ‎(2)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。‎ 四、无机非金属材料 ‎1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。‎ ‎(1)常见硅酸盐材料比较 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 ‎(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。‎ ‎2.新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。‎ ‎(1)硅在自然界中只以化合态的形式存在(　　)‎ ‎(2)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料(　　)‎ ‎(3)Si和SiO2都可用于制造光导纤维(　　)‎ ‎(4)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4(　　)‎ ‎(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应(　　)‎ ‎(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸(　　)‎ ‎(7)玻璃是一种晶体，有较高的熔点(　　)‎ ‎(8)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱(　　)‎ 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×‎ 解析　(3)Si可用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维。‎ ‎(6)SiO2可溶于氢氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。‎ ‎(7)玻璃是非晶体，没有固定的熔点。‎ ‎(8)水玻璃是Na2SiO3的水溶液。‎ ‎1.硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。‎ ‎(1)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。‎ A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚 C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚 ‎(2)工业上常利用反应2C＋SiO2Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________。‎ 答案　(1)防火剂　D　(2)C　SiO2‎ ‎2.能否依据反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？‎ 答案　不能。强酸＋弱酸盐===强酸盐＋弱酸，该规律仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且熔融态下进行的，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因——CO2为气体，能及时分离出反应体系，使化学反应向右进行。‎ ‎3.歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷所用颜料的成分一直是个谜。近年来科学家才得知古瓷中所用的颜料大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜的化合价为＋2)，其中x等于________，硅酸铜钡可用氧化物的形式表示为________________。‎ 答案　6　BaO·CuO·2SiO2‎ 硅酸盐写成氧化物形式的方法 ‎(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。‎ ‎(2)各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。‎ ‎(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。‎ 题组一　硅和二氧化硅的性质 ‎1.(2018·河南一模)下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　)‎ A.二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸 B.二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 C.二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应 D.用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅 答案　C 解析　A项，二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，故A错误；B项，二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，故B错误；C项，碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，高温时，能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；D项，由方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 mol气体时，得到0.05 mol 即1.4 g硅，故D错误。‎ ‎2.(2018·哈师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学一模)下列说法不正确的是(　　)‎ A.SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃 B.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶 C.氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4‎ D.石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能 答案　D 解析　A项，氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，能腐蚀玻璃，可用于刻蚀玻璃，故A正确；B项，盐酸的酸性强于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶，故B正确；C项，根据化合物中正负化合价的代数和为0的原则，得氮化硅的化学式为Si3N4，故C正确；D项，晶体硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，而不是二氧化硅，故D错误。‎ ‎3.(2018·宜昌期末)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.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C.用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化 D.加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属发生反应 答案　C 解析　A项，晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色有金属光泽的非金属固体，正确；B项，硅在元素周期表中处于金属和非金属的过渡位置，所以晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，正确；C项，硅元素由＋4价变为0价，被还原，错误；D项，加热条件下，硅能与一些非金属、氧化物等反应，如硅能与氢气、氧气等非金属发生反应，正确。‎ 题组二　无机非金属材料的性能及应用 ‎4.(2019·康定教学质量检查)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　)‎ A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 答案　C 解析　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。‎ ‎5.(2018·晋豫省际大联考)下列关于某博物院使用材料相关说法正确的是(　　)‎ A.展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2‎ B.墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品 C.陈列的元青花瓷的原料有高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示为Al2O3·SiO2·H2O D.展示的青铜器上有一层绿色物质可能是碱式碳酸铜，此绿色物质不溶于盐酸 答案　B 解析　钢化玻璃与普通玻璃的主要成分相同(只是制造的工艺不同)，主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；高岭土[Al2Si2O5(OH)4]应该表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜而溶解，D项错误。‎ ‎6.宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(　　)‎ A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化 B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料 C.高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物 D.陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸 答案　C 解析　不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，故A正确；新型无机非金属材料主要有先进陶瓷、非晶体材料、人工晶体、无机涂层，无机纤维等，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，故B正确；瓷器的原料主要是黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，故C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，故D正确。‎ 题组三　高纯硅的提取 ‎7.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料。它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。可以按下列方法制备：‎ SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A.步骤①的化学方程式为：SiO2＋CSi＋CO2↑‎ B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子 C.高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料 D.SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3‎ 答案　A 解析　A项，二氧化硅高温下与C反应生成CO气体，即步骤①的化学方程式为：SiO2＋2CSi＋2CO↑，故A错误；B项，步骤①中Si的化合价降低4，转移电子数为4 mol，故 B正确；C项，高纯硅是半导体，是制造集成电路、太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料，故C正确；D项，沸点相差30 ℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离，故D正确。‎ ‎8.硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：‎ ‎(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：‎ ‎①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：_______________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎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，写出并配平该反应化学方程式：_______________________________________；‎ H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_______________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料中查阅到下列信息：‎ Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；‎ Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；‎ Ⅲ.SiH4在空气中自燃。‎ 他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。‎ ‎①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是__________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________________。‎ ‎②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl　高温条件下，H2遇O2发生爆炸 ‎(2)①2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si ‎②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 解析　(2)类似于镁和二氧化碳的反应，可生成单质硅和氧化镁；在高温条件下，硅还能继续与活泼金属镁化合，发现有爆鸣声和火花，说明生成气体，应为SiH4。‎ 在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点 ‎(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：‎ SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑‎ ‎(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：‎ Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2‎ ‎(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：‎ Si(粗)＋2Cl2SiCl4‎ ‎(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：‎ SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl ‎(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：‎ SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl ‎(6)SiO2＋2Mg2MgO＋Si ‎(7)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：‎ SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑‎ SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl ‎(8)SiH4在空气中易自燃：‎ SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O ‎1.(2018·江苏，1)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是(　　)‎ A.光合作用 B.自然降雨 C.化石燃料的燃烧 D.碳酸盐的沉积 答案　C 解析　化石燃料燃烧产生大量CO2，会引起大气中CO2含量上升。‎ ‎2.(高考选项组合)下列有关硅及其化合物的叙述错误的是(　　)‎ A.SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性H2SO3>H2SiO3(2017·北京，10D)‎ B.SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维(2017·江苏，3C)‎ C.HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(2016·全国卷Ⅲ，7D)‎ D.石英砂可用于生产单晶硅(2016·海南，4C)‎ 答案　B 解析　A项，依据强酸制弱酸原理判断；B项，前后无因果关系。‎ ‎3.(高考选项组合)下列说法正确的是(　　)‎ A.硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化(2016·四川理综，1B)‎ B.pH＝2的溶液中可能大量存在Na＋、NH、SiO(2016·四川理综，3B)‎ C.向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋‎ ‎(2016·江苏，5D)‎ D.向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiO＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SO ‎(2015·山东理综，12B)‎ 答案　A 解析　B项，酸性条件下，SiO不能大量存在；C项，Na2SiO3是可溶于水的强电解质；D项，应生成HSO。‎ ‎4.(2017·全国卷Ⅱ，26改编)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。在水泥样品中加入盐酸、氯化铵、硝酸使其溶解，其中不溶解的是________，该物质不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为________________________________。‎ 答案　SiO2　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 解析　二氧化硅不溶于一般酸性溶液，所以沉淀A是二氧化硅。SiO2与HF反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。‎ ‎5.(2015·海南，14)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　(1)氢氟酸(HF)　SiO2＋4Mg2MgO＋Mg2Si ‎(2)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑　‎ ‎(3)非极性键　极性键 解析　根据题意，单质Z为半导体，则Z是Si元素；其氧化物为二氧化硅，SiO2可与氢氟酸反应；根据流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。‎ ‎1.化学与社会、生活、科技有着密切的联系，下列说法正确的是(　　)‎ A.烧制陶瓷和石油的分馏均不涉及化学变化 B.明矾常用于水的净化和消毒杀菌 C.利用高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能 D.航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆，属于新型无机非金属材料 答案　C 解析　A项，烧制陶瓷时黏土中的成分在高温下发生复杂的物理化学变化，而石油的分馏是利用物质的沸点高低进行分离的一种实验操作，不涉及化学变化，故A错误；B项，明矾中的Al3＋发生水解生成Al(OH)3胶体，能够吸附水中的颗粒状杂质，达到净化水的目的，但没有消毒杀菌作用，故B错误；C项，利用高纯硅制造的太阳能电池可将太阳的光能转化为电能，故C正确；D项，航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆需要有特别强的韧性和强度，耐高温、抗腐蚀，是一种新型金属材料，故D错误。‎ ‎2.(2018·湖北百所重点学校联考)近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是(　　)‎ A.Si24是一种新型化合物 B.Si24是硅的一种同素异形体 C.Si24易与稀硫酸反应生成氢气 D.硅太阳能电池供电原理与原电池相同 答案　B 解析　该物质是一种单质而不是化合物，故A错误；Si24是单质，与硅单质属于同素异形体，故B正确；硅的性质稳定，不与稀硫酸反应，故C错误；硅太阳能电池供电原理是将太阳能转化为电能，而原电池供电原理是将化学能转化为电能，因此两者原理不同，故D错误。‎ ‎3.(2018·山西45校第一次联考)碳是构成地球生命的一种重要非金属元素，碳单质很早就被人类认识和利用，碳的一系列化合物——有机物，更是生命的根本。下列有关说法中正确的是(　　)‎ A.含碳的化合物数量众多、分布极广 B.向空气中大量排放二氧化碳气体会形成酸雨，破坏建筑物 C.碳单质有多种不同的存在形式，如金刚石、12C、14C、C60等 D.煤、石油属于不可再生资源，天然气、乙醇属于可再生资源 答案　A 解析　碳是构成有机物的基础元素，有机物的种类繁多，即含碳的化合物数量众多，分布极广，A项正确；酸雨是SO2、NO、NO2等大量排放形成的，B项错误；12C、14C是碳的两种核素，不是单质，C项错误；煤、石油、天然气属于不可再生资源，D项错误。‎ ‎4.(2019·深圳模拟)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是(　　)‎ A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B.粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C.反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为氧化剂 D.硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应 答案　A 解析　由粗硅制备单晶硅的过程一般为SiSiCl4Si＋HCl，都是氧化还原反应，B项错误；硅不能与盐酸反应，D项错误。‎ ‎5.(2018·瑶海区一模)碳和碳的化合物间的部分转化关系如图所示，则下列说法正确的是(　　)‎ A.由碳酸转化成X一定要在加热条件下进行 B.由碳转化为X一定发生的是化合反应 C.物质X一定是二氧化碳 D.若使一氧化碳转化成X，只能通过一氧化碳在空气(或氧气)中燃烧获得 答案　C 解析　由转化关系图可知，碳酸分解生成二氧化碳，二氧化碳与水反应生成碳酸，故X是二氧化碳，碳能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，C与少量氧气反应生成CO，CO与氧气反应生成二氧化碳，碳酸钙分解生成二氧化碳和CaO，CaO与二氧化碳反应生成碳酸钙。‎ ‎6.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)‎ A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4‎ B.碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 C.光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2‎ D.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2‎ 答案　D 解析　A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。‎ ‎7.下列说法正确的是(　　)‎ A.水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品 B.二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸 C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强 D.2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiO 答案　B 解析　硅酸盐工业产品是用含硅物质为原料，经高温加热制成的产品。A项，水晶、玛瑙不是硅酸盐工业产品；C项，只能得出高温下硅酸钠比碳酸钠稳定的结论；D项，酸根阴离子应为SiO。‎ ‎8.硅作为一种新型能源被广泛开发利用，下列关于其有利因素的说法中，不正确的是(　　)‎ A.硅燃烧的产物对环境产生的污染，容易得到有效控制 B.由Si(s)＋O2(g)===SiO2(s)　ΔH＝－858.6 kJ·mol－1可知，硅燃烧放出的热量多 C.自然界中硅的储量丰富，可以从自然界直接获得单质硅 D.硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一 答案　C 解析　自然界中的硅均以化合态存在，故不能从自然界中直接获得单质硅。‎ ‎9.下列有关硅及其化合物的说法中正确的是(　　)‎ A.硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B.反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生 C.普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料 D.祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2‎ 答案　D 解析　硅酸钠溶液呈碱性，故不能保存在磨口玻璃塞试剂瓶中，A项错误；反应②是在高温下进行的，CO2为气体，逸出可使平衡正向移动，促使反应继续进行，B项错误；石英玻璃不属于硅酸盐材料，C项错误。‎ ‎10.科学家最近用金属钠还原CCl4和SiCl4制得一种一维SiC纳米棒，相关反应的化学方程式为8Na＋CCl4＋SiCl4===SiC＋8NaCl。下列说法不正确的是(　　)‎ A.SiC和SiO2中Si元素的化合价相同 B.上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物 C.SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应 D.一维SiC纳米棒比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力 答案　B 解析　SiC和SiO2中Si元素的化合价均为＋4，A项正确；SiC是还原产物，NaCl是氧化产物，B项错误；SiO2制备单质Si需加入还原剂，单质Si制备SiCl4需加入氧化剂，C项正确；一维粒子上下表面均能与其他物质接触，比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力，D项正确。‎ ‎11.(2018·聊城三模)灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2，为了检验产物中的H2和CO(设气体均被充分吸收)，设计如下实验装置，下列有关说法错误的是(　　)‎ A.为了实验安全，应先点燃①处酒精灯，后点燃④处酒精灯 B.②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水 C.④中黑色固体变红色，即可证明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种 D.若用碱石灰替换无水硫酸铜，也可以达到检验H2和CO的目的 答案　D 解析　由图可知，①中C与水蒸气反应生成H2、CO和少量CO2，实验目的为检验产物中的H2和CO，则②中NaOH溶液可除去CO2，③中浓硫酸干燥气体，④中H2和CO均还原CuO，若无水硫酸铜变蓝，则检验出含有氢气，⑤中澄清石灰水变浑浊可检验出含有CO，最后处理尾气。‎ ‎12.如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是(　　)‎ A.SiO2属于两性氧化物 B.盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞 C.硅胶吸水后可重复再生 D.图中所示的转化都是氧化还原反应 答案　C 解析　SiO2是酸性氧化物，A错误；Na2CO3溶液呈碱性，试剂瓶不能用玻璃塞，B错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，例如SiO2与NaOH溶液的反应，D错误。‎ ‎13.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)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1 420 ℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：‎ ‎①净化N2和H2时，铜屑的作用是______________，硅胶的作用是_______________。‎ ‎②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)＋3O2(g)　ΔH＝－727.5 kJ·mol－1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是__________________；体系中要通入适量的氢气是为了________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③X可能是__________________(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。‎ ‎(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：‎ ‎①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________________。‎ ‎②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______________。‎ 答案　(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl ‎(2)①除去原料气中的氧气　除去生成的水蒸气 ‎②该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触　将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽)‎ ‎③硝酸 ‎(3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑‎ ‎②5∶1‎ 解析　(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧气和水蒸气都能腐蚀氮化硅，而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气，所以铜屑的作用是除去氧气，硅胶的作用是除去水蒸气。②因为该反应是放热反应，如果温度过高，局部过热，会导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；通入氢气能将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化铜能被还原生成铜，因此要除去铜应该选择硝酸，盐酸和硫酸不能溶解铜，氢氟酸能腐蚀氮化硅。(3)①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和氢气：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。②反应生成1 mol 纯硅需补充HCl(－3) mol，需补充H2(－1) mol，补充HCl与H2的物质的量之比为5∶1。‎ ‎14.(2018·南昌一模)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。‎ ‎(1)以浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的________性。‎ ‎(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为__________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)按照气体从左到右的方向制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。‎ ‎(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为________，后面装置C的作用为________________________________________________________________________。‎ ‎(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和________、________等。‎ ‎(6)制取SiH2Cl2的新方案是：往硅粉中先通入Cl2，在300～350 ℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会__________‎ ‎_____________________________________________(用化学方程式表示)。‎ 答案　(1)吸水　(2)Si＋2HClSiH2Cl2　(3)d　e　f　g　b　c　d　(4)P2O5或CaCl2　SiH2Cl2尾气处理和防止空气中的水进入B中　(5)SiCl4　SiHCl3　(6)SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl)‎ 解析　(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HCl。(3)A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发出来，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入B中，则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或CaCl2，后面的装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反，SiH2Cl2会与Cl2‎ 继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。‎