《江蘇省2020版高考化學(xué)新增分大一輪復(fù)習(xí) 專題4 常見的非金屬及其化合物 第12講 含硅物質(zhì)及信息材料講義（含解析）蘇教版.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《江蘇省2020版高考化學(xué)新增分大一輪復(fù)習(xí) 專題4 常見的非金屬及其化合物 第12講 含硅物質(zhì)及信息材料講義（含解析）蘇教版.docx（19頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第12講　含硅物質(zhì)及信息材料 考綱要求　1.了解碳、硅及其重要化合物的主要性質(zhì)和重要應(yīng)用。2.了解碳、硅及其重要化合物對生態(tài)環(huán)境的影響。 考點一　碳及其重要化合物 1.碳單質(zhì) 存在形式有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為同素異形體。 2.碳的氧化物(CO和CO2) (1)一氧化碳的性質(zhì)及應(yīng)用 ①物理性質(zhì)：無色無味的氣體，難溶于水，能使人中毒的原因是與人體內(nèi)血紅蛋白相結(jié)合，因缺氧而中毒。 ②化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用(寫出有關(guān)化學(xué)方程式) a.可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。 b.還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶煉金屬。 (2)CO2在自然界中的循環(huán) ①CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。 ②自然界消耗CO2的主要反應(yīng)： a.溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3； b.光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為O2； c.巖石的風(fēng)化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。 3.碳酸(H2CO3) 弱酸、不穩(wěn)定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中與CO2共存，因此常把CO2＋H2O當(dāng)碳酸用。 4.碳酸的酸式鹽和正鹽的比較 (1)在水中的溶解性 ①含K＋、Na＋、NH的正鹽易溶于水，其余一般不溶于水；酸式鹽均能溶于水。 ②一般來說，在相同溫度下，難溶性正鹽溶解度小于其酸式鹽溶解度，如溶解度：Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正鹽溶解度大于其酸式鹽溶解度，如溶解度：Na2CO3>NaHCO3。 (2)熱穩(wěn)定性 一般來說，熱穩(wěn)定性順序為正鹽>酸式鹽>碳酸，如穩(wěn)定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3?？扇苄哉}>難溶性正鹽，如CaCO3高溫分解，而K2CO3不易分解。 (3)水溶液酸堿性 物質(zhì)的量濃度相同時，正鹽溶液的pH大于其酸式鹽溶液，如pH：Na2CO3溶液>NaHCO3溶液。 (1)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體(　　) (2)金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質(zhì)(　　) (3)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)屬于氧化還原反應(yīng)(　　) (4)向空氣中排放二氧化碳會形成酸雨(　　) (5)向CaCl2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過量，渾濁消失(　　) (6)氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會析出晶體(　　) 答案　(1)　(2)　(3)　(4)　(5)　(6)√ 解析　(1)12C、13C、14C互稱同位素，碳元素的三種常見的同素異形體為金剛石、石墨和C60。 (5)由于鹽酸的酸性比碳酸的強(qiáng)，CO2與CaCl2溶液不反應(yīng)。 確定混合氣體(CO、CO2)中含有CO氣體的實驗設(shè)計方法。 按要求回答下列問題： (1)寫出下列裝置的作用： A：除去混合氣體中的CO2氣體。 B：檢驗混合氣體中的CO2是否除盡。 E：除去尾氣中的CO2氣體。 F：除去尾氣中的CO氣體、防止污染環(huán)境。 (2)寫出C中的化學(xué)方程式：CO＋CuOCu＋CO2。 (3)確定混合氣體中含有CO氣體的實驗現(xiàn)象： B中無明顯現(xiàn)象，C中的物質(zhì)由黑色變成紅色，D中的澄清石灰水變渾濁。 題組一　碳及其化合物對環(huán)境的影響 1.(2018鎮(zhèn)江模擬)碳循環(huán)(如圖)對人類生存、發(fā)展有著重要的意義。下列說法錯誤的是(　　) A.碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素 B.光合作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程 C.化石燃料的大量燃燒是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的原因之一 D.石油的年產(chǎn)量是一個國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志 答案　D 2.化學(xué)與社會、科學(xué)、技術(shù)、環(huán)境密切相關(guān)。下列說法不正確的是(　　) A.T碳是一種新型三維碳結(jié)構(gòu)晶體，與C60互為同素異形體 B.推廣利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳經(jīng)濟(jì)理念 C.將金屬鈦、鋁混合后在空氣中熔化可制得強(qiáng)度較大的鈦鋁合金材料 D.為汽車安裝尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置，可將尾氣中的部分CO和NO轉(zhuǎn)化為無毒氣體 答案　C 解析　B項，利用CO2合成聚碳酸酯類可降解塑料，實現(xiàn)“碳”的循環(huán)利用，減少二氧化碳的排放，故B正確；C項，在空氣中加熱熔化，金屬易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以不能直接在空氣中制備鈦鋁合金，故C錯誤。 3.碳和碳的氧化物是生活中的常見物質(zhì)，回答下列問題： (1)下列有關(guān)說法正確的是________(填字母)。 a.利用二氧化碳制造全降解塑料，可以減緩二氧化碳對環(huán)境的影響 b.金剛石、石墨、C60的化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)卻有很大差異 c.木炭、一氧化碳在一定條件下都能還原氧化銅 d.大氣中二氧化碳的消耗途徑主要是綠色植物的光合作用 (2)吸煙對人體有害，燃著的香煙產(chǎn)生的煙氣含有一種能與血液中的血紅蛋白結(jié)合的有毒氣體，它是________(填化學(xué)式)。 (3)影視舞臺上經(jīng)?？吹皆旗F繚繞，使人如入仙境的景象，產(chǎn)生這一景象可用的物質(zhì)是________(填物質(zhì)名稱)。 (4)為減少二氧化碳對環(huán)境影響，可將二氧化碳與氫氣在300℃、200kPa和催化劑的條件下，反應(yīng)生成一種清潔燃料甲醇(CH3OH)和水，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)abcd　(2)CO　(3)干冰　(4)CO2＋3H2CH3OH＋H2O 題組二　CO2通入堿溶液中反應(yīng)產(chǎn)物的定量分析 4.將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是(　　) 答案　D 解析　CO2與KOH和Ca(OH)2都會反應(yīng)，但存在著競爭，如果先與KOH反應(yīng)，則反應(yīng)后生成的K2CO3立即會與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3，因此，可以看成CO2先與Ca(OH)2反應(yīng)，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步還要判斷CO2是先跟KOH反應(yīng)還是先與生成的CaCO3反應(yīng)，同樣可以采用假設(shè)法判斷，即如果先與CaCO3反應(yīng)，則生成的Ca(HCO3)2又會與KOH反應(yīng)，因此是先與KOH反應(yīng)，此過程生成沉淀的物質(zhì)的量不變，當(dāng)KOH反應(yīng)完全，再與CaCO3反應(yīng)，直至沉淀完全溶解，故選D。 5.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3.36LCO2氣體通入200mL1.00molL－1NaOH溶液中，充分反應(yīng)后溶液中c(CO)與c(HCO)的比值為( 不考慮CO、HCO的水解)(　　) A.1∶1B.1∶2C.2∶1D.1∶3 答案　B 解析　n(CO2)＝＝0.150mol，n(NaOH)＝0.200L1.00molL－1＝0.200mol ＝＝，即1＜＜2，反應(yīng)產(chǎn)物為Na2CO3、NaHCO3，設(shè)其物質(zhì)的量分別為x、y， 則，解得， 所以＝。 考點二　硅及其重要化合物、無機(jī)非金屬材料 一、硅單質(zhì) 1.存在 硅單質(zhì)主要有晶體和無定形兩大類。 2.物理性質(zhì) 帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高，硬度大，有脆性。 3.化學(xué)性質(zhì) (1)常溫下不活潑，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)，但可以與氟、氫氟酸、堿反應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為： 與氟：Si＋2F2===SiF4； 與氫氟酸：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； 與堿：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)在加熱或者點燃的條件下可以與氫氣、氧氣、氯氣等反應(yīng)，與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為Si＋O2SiO2。 二、二氧化硅 1.存在 自然界中，碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有化合態(tài)，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。天然SiO2有晶體和無定形兩種，統(tǒng)稱硅石。 2.物理性質(zhì) 熔點高，硬度大，難溶于水。 3.結(jié)構(gòu) SiO2晶體有多種晶型，其基本結(jié)構(gòu)單元為硅氧四面體(如下圖甲所示)，硅氧四面體通過氧原子相互連接為空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(如下圖乙所示)。每個硅原子與4個氧原子相連，而每個氧原子與2個硅原子相連，故SiO2晶體中Si和O的比例為1∶2。 4.化學(xué)性質(zhì) SiO2為酸性氧化物，是硅酸的酸酐。 (1)SiO2可以與堿反應(yīng)，生成硅酸鹽，如與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 (2)在高溫條件下可以與碳酸鹽反應(yīng)，如與碳酸鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。 (3)在高溫條件下，能夠與堿性氧化物反應(yīng)，如與氧化鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋CaOCaSiO3。 (4)常溫下與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 三、硅酸、硅酸鹽 1.硅酸 (1)物理性質(zhì) 硅酸的溶解度小，新制備的硅酸為透明、膠凍狀，干燥硅膠多孔，吸水性和吸附性強(qiáng)。 (2)化學(xué)性質(zhì) ①弱酸性：酸性比碳酸弱，與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。 ②不穩(wěn)定性：受熱易分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3SiO2＋H2O。 (3)制備：通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，如Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(膠體)。 (4)用途：硅膠可用作干燥劑、催化劑的載體等。 2.硅酸鹽 (1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。 (2)硅酸鈉：硅酸鈉溶液俗稱水玻璃，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。 四、無機(jī)非金屬材料 1.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。 (1)常見硅酸鹽材料比較 水泥 玻璃 陶瓷 生產(chǎn)原料 石灰石、黏土 純堿、石灰石、石英 黏土 主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯 陶瓷窯 (2)玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 2.新型無機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。 (1)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在(　　) (2)晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料(　　) (3)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維(　　) (4)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4(　　) (5)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)(　　) (6)SiO2是酸性氧化物，可溶于強(qiáng)堿(NaOH)，不溶于任何酸(　　) (7)玻璃是一種晶體，有較高的熔點(　　) (8)水玻璃是一種特殊的玻璃，泡花堿屬于堿(　　) 答案　(1)√　(2)　(3)　(4)√　(5)　(6)　(7)　(8) 解析　(3)Si可用于制造半導(dǎo)體，SiO2用于制造光導(dǎo)纖維。 (6)SiO2可溶于氫氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (7)玻璃是非晶體，沒有固定的熔點。 (8)水玻璃是Na2SiO3的水溶液。 1.硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。 (1)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應(yīng)制得，高溫熔融純堿時下列坩堝可選用的是________。 A.普通玻璃坩堝 B.石英玻璃坩堝 C.氧化鋁坩堝 D.鐵坩堝 (2)工業(yè)上常利用反應(yīng)2C＋SiO2Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價升高的物質(zhì)是________(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是________。 答案　(1)防火劑　D　(2)C　SiO2 2.能否依據(jù)反應(yīng)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)？ 答案　不能。強(qiáng)酸＋弱酸鹽===強(qiáng)酸鹽＋弱酸，該規(guī)律僅適用于常溫下水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，而該反應(yīng)是在高溫且熔融態(tài)下進(jìn)行的，只能從化學(xué)平衡移動角度去解釋反應(yīng)發(fā)生的原因——CO2為氣體，能及時分離出反應(yīng)體系，使化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行。 3.歌曲《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷所用顏料的成分一直是個謎。近年來科學(xué)家才得知古瓷中所用的顏料大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅的化合價為＋2)，其中x等于________，硅酸銅鋇可用氧化物的形式表示為________________。 答案　6　BaOCuO2SiO2 硅酸鹽寫成氧化物形式的方法 (1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“”隔開。 (2)各元素的化合價保持不變，且滿足化合價代數(shù)和為零，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。 (3)當(dāng)計量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時應(yīng)化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8不能寫成K2OAl2O33SiO2，應(yīng)寫成K2OAl2O36SiO2。 題組一　硅和二氧化硅的性質(zhì) 1.下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是(　　) A.二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應(yīng)生成硅酸 B.二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電能力強(qiáng)而被用于制造光纜 C.二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應(yīng) D.用二氧化硅制取單質(zhì)硅時，當(dāng)生成2.24L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，得到1.4g硅 答案　CD 解析　A項，二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，與水不反應(yīng)，故A錯誤；B項，二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于其良好的光學(xué)特性而被用于制造光纜，故B錯誤；C項，碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，高溫時，能夠與碳酸鈉固體反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，故C正確；D項，由方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知當(dāng)生成2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)即0.1 mol氣體時，得到0.05 mol 即1.4 g硅，故D正確。 2.下列說法不正確的是(　　) A.SiO2能與HF反應(yīng)，因此可用HF刻蝕玻璃 B.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠 C.氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，化學(xué)式為Si3N4 D.石英是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能 答案　D 解析　A項，氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅和水，能腐蝕玻璃，可用于刻蝕玻璃，故A正確；B項，鹽酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠，故B正確；C項，根據(jù)化合物中正負(fù)化合價的代數(shù)和為0的原則，得氮化硅的化學(xué)式為Si3N4，故C正確；D項，晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能，而不是二氧化硅，故D錯誤。 3.下列關(guān)于硅的說法不正確的是(　　) A.硅是非金屬元素，它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體 B.硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料 C.用二氧化硅制取單質(zhì)硅的反應(yīng)中硅元素被氧化 D.加熱到一定溫度時，硅能與氫氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng) 答案　C 解析　A項，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，它是灰黑色有金屬光澤的非金屬固體，正確；B項，硅在元素周期表中處于金屬和非金屬的過渡位置，所以晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，正確；C項，硅元素由＋4價變?yōu)?價，被還原，錯誤；D項，加熱條件下，硅能與一些非金屬、氧化物等反應(yīng)，如硅能與氫氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)，正確。 題組二　無機(jī)非金屬材料的性能及應(yīng)用 4.(2019蘇州教學(xué)質(zhì)量檢查)“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是(　　) A.陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品 B.制水泥的原料為純堿、石灰石和石英 C.硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高 D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽 答案　AC 解析　純堿、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項錯誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高，C項正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項錯誤。 5.下列關(guān)于某博物院使用材料相關(guān)說法正確的是(　　) A.展柜使用的鋼化玻璃，其主要成分只有SiO2 B.墻體使用的磚瓦、水泥是硅酸鹽制品 C.陳列的元青花瓷的原料有高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示為Al2O3SiO2H2O D.展示的青銅器上有一層綠色物質(zhì)可能是堿式碳酸銅，此綠色物質(zhì)不溶于鹽酸 答案　B 解析　鋼化玻璃與普通玻璃的主要成分相同(只是制造的工藝不同)，主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅，A項錯誤；磚瓦和水泥都是硅酸鹽制品，B項正確；高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]應(yīng)該表示為Al2O32SiO22H2O，C項錯誤；銅綠是堿式碳酸銅，該物質(zhì)可以與鹽酸反應(yīng)生成氯化銅而溶解，D項錯誤。 6.宋代五大名窯分別為：鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“入窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關(guān)于陶瓷的說法不正確的是(　　) A.窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化 B.氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料 C.高品質(zhì)的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物 D.陶瓷屬于硅酸鹽材料，耐酸堿腐蝕，但是不能用來盛裝氫氟酸 答案　C 解析　不同的金屬氧化物顏色可能不同，在高溫下，釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化稱為窯變，故A正確；新型無機(jī)非金屬材料主要有先進(jìn)陶瓷、非晶體材料、人工晶體、無機(jī)涂層，無機(jī)纖維等，氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料，故B正確；瓷器的原料主要是黏土燒結(jié)而成，瓷器中含有多種硅酸鹽和二氧化硅，是混合物，故C錯誤；HF能與二氧化硅反應(yīng)，陶瓷的成分是硅酸鹽和二氧化硅，所以陶瓷不能用來盛裝氫氟酸，故D正確。 題組三　高純硅的提取 7.高純度晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料。它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機(jī)的一場“革命”?？梢园聪铝蟹椒ㄖ苽洌? SiO2Si(粗)SiHCl3Si(純) 下列說法不正確的是(　　) A.步驟①的化學(xué)方程式為：SiO2＋CSi＋CO2↑ B.步驟①中每生成1molSi，轉(zhuǎn)移4mol電子 C.高純硅是制造太陽能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的基本原料 D.SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點67.6℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3 答案　A 解析　A項，二氧化硅高溫下與C反應(yīng)生成CO氣體，即步驟①的化學(xué)方程式為：SiO2＋2CSi＋2CO↑，故A錯誤；B項，步驟①中Si的化合價降低4，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4 mol，故B正確；C項，高純硅是半導(dǎo)體，是制造集成電路、太陽能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的基本原料，故C正確；D項，沸點相差30 ℃以上的兩種液體可以采用蒸餾的方法分離，故D正確。 8.硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答下列問題： (1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下： ①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式：_______________________________ ________________________________________________________________________。 ②整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出并配平該反應(yīng)化學(xué)方程式：_________________________________________________； H2還原SiHCl3過程中若混有O2，可能引起的后果是 ________________________________________________________________________。 (2)化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在探究硅的制取方法時，從資料中查閱到下列信息： Ⅰ.Mg在高溫條件下可與SiO2反應(yīng)； Ⅱ.金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽和SiH4； Ⅲ.SiH4在空氣中自燃。 他們根據(jù)信息進(jìn)行實驗，當(dāng)用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步實驗獲得的固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花；然后過濾、洗滌、干燥；最后稱量、計算，測得其產(chǎn)率只有預(yù)期值的63%左右。 ①第Ⅰ步實驗發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步實驗獲得固體產(chǎn)物時，產(chǎn)生爆鳴聲和火花的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl　高溫條件下，H2遇O2發(fā)生爆炸 (2)①2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si ②硅化鎂與稀硫酸反應(yīng)生成的SiH4可自燃，即發(fā)生反應(yīng)Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 解析　(2)類似于鎂和二氧化碳的反應(yīng)，可生成單質(zhì)硅和氧化鎂；在高溫條件下，硅還能繼續(xù)與活潑金屬鎂化合，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花，說明生成氣體，應(yīng)為SiH4。 在設(shè)計制備純硅的實驗題中，常遇到的知識點 (1)高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅： SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ (2)粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3： Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 (3)粗硅與干燥Cl2反應(yīng)制得SiCl4： Si(粗)＋2Cl2SiCl4 (4)SiHCl3與過量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅： SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl (5)SiCl4與過量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅： SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl (6)SiO2＋2Mg2MgO＋Si (7)SiHCl3、SiCl4能與水發(fā)生反應(yīng)： SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl (8)SiH4在空氣中易自燃： SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 1.正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“” (1)SiO2熔點高硬度大，所以可用于制光導(dǎo)纖維() (2018江蘇，3B) (2)在給定條件下，能實現(xiàn)CaCO3CaOCaSiO3(√) (2017江蘇，7C) (3)在給定條件下，能實現(xiàn)SiO2SiCl4Si() (2016江蘇，9A) (4)在給定條件下，能實現(xiàn)粗硅SiCl4Si(√) (2015江蘇，8A) (5)晶體硅熔點高硬度大，所以可用于制作半導(dǎo)體材料() (2014江蘇，4A) (6)甲(SiO2)、乙(NaOH)、丙(HF)不滿足任意兩種物質(zhì)在一定條件下均能發(fā)生反應(yīng)() (2014江蘇，8C) (7)二氧化硅不與強(qiáng)酸反應(yīng)，所以可用石英器皿盛放氫氟酸() (2013江蘇，4B) (8)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2氣體，出現(xiàn)白色沉淀，則H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性強(qiáng)() (2012江蘇，13C) 2.(2016江蘇，1)大氣中CO2含量的增加會加劇“溫室效應(yīng)”。下列活動會導(dǎo)致大氣中CO2含量增加的是(　　) A.燃燒煤炭供熱 B.利用風(fēng)力發(fā)電 C.增加植被面積 D.節(jié)約用水用電 答案　A 解析　煤炭燃燒會生成大量CO2，加劇“溫室效應(yīng)”，A正確；風(fēng)力發(fā)電不會產(chǎn)生CO2，B錯誤；增加植被面積，植物會將CO2轉(zhuǎn)化為O2，C錯誤；節(jié)約用水用電，不會增加CO2的排放，D錯誤。 一、單項選擇題 1.化學(xué)與社會、生活、科技有著密切的聯(lián)系，下列說法正確的是(　　) A.燒制陶瓷和石油的分餾均不涉及化學(xué)變化 B.明礬常用于水的凈化和消毒殺菌 C.利用高純硅制造的太陽能電池板可將光能直接轉(zhuǎn)化為電能 D.航空母艦上用于艦載機(jī)降落攔阻索的特種鋼纜，屬于新型無機(jī)非金屬材料 答案　C 解析　A項，燒制陶瓷時黏土中的成分在高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，而石油的分餾是利用物質(zhì)的沸點高低進(jìn)行分離的一種實驗操作，不涉及化學(xué)變化，故A錯誤；B項，明礬中的Al3＋發(fā)生水解生成Al(OH)3膠體，能夠吸附水中的顆粒狀雜質(zhì)，達(dá)到凈化水的目的，但沒有消毒殺菌作用，故B錯誤；C項，利用高純硅制造的太陽能電池可將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能，故C正確；D項，航空母艦上用于艦載機(jī)降落攔阻索的特種鋼纜需要有特別強(qiáng)的韌性和強(qiáng)度，耐高溫、抗腐蝕，是一種新型金屬材料，故D錯誤。 2.近年來美國研究人員合成了光伏電池新型硅材料——Si24。下列相關(guān)說法正確的是(　　) A.Si24是一種新型化合物 B.Si24是硅的一種同素異形體 C.Si24易與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣 D.硅太陽能電池供電原理與原電池相同 答案　B 解析　該物質(zhì)是一種單質(zhì)而不是化合物，故A錯誤；Si24是單質(zhì)，與硅單質(zhì)屬于同素異形體，故B正確；硅的性質(zhì)穩(wěn)定，不與稀硫酸反應(yīng)，故C錯誤；硅太陽能電池供電原理是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，而原電池供電原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因此兩者原理不同，故D錯誤。 3.碳是構(gòu)成地球生命的一種重要非金屬元素，碳單質(zhì)很早就被人類認(rèn)識和利用，碳的一系列化合物——有機(jī)物，更是生命的根本。下列有關(guān)說法中正確的是(　　) A.含碳的化合物數(shù)量眾多、分布極廣 B.向空氣中大量排放二氧化碳?xì)怏w會形成酸雨，破壞建筑物 C.碳單質(zhì)有多種不同的存在形式，如金剛石、12C、14C、C60等 D.煤、石油屬于不可再生資源，天然氣、乙醇屬于可再生資源 答案　A 解析　碳是構(gòu)成有機(jī)物的基礎(chǔ)元素，有機(jī)物的種類繁多，即含碳的化合物數(shù)量眾多，分布極廣，A項正確；酸雨是SO2、NO、NO2等大量排放形成的，B項錯誤；12C、14C是碳的兩種核素，不是單質(zhì)，C項錯誤；煤、石油、天然氣屬于不可再生資源，D項錯誤。 4.硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法正確的是(　　) A.硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料 B.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng) C.反應(yīng)Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si為氧化劑 D.硅能與氫氟酸反應(yīng)，則硅可以與鹽酸反應(yīng) 答案　A 解析　由粗硅制備單晶硅的過程一般為SiSiCl4Si＋HCl，都是氧化還原反應(yīng)，B項錯誤；硅不能與鹽酸反應(yīng)，D項錯誤。 5.(2018瑤海區(qū)一模)碳和碳的化合物間的部分轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是(　　) A.由碳酸轉(zhuǎn)化成X一定要在加熱條件下進(jìn)行 B.由碳轉(zhuǎn)化為X一定發(fā)生的是化合反應(yīng) C.物質(zhì)X一定是二氧化碳 D.若使一氧化碳轉(zhuǎn)化成X，只能通過一氧化碳在空氣(或氧氣)中燃燒獲得 答案　C 解析　由轉(zhuǎn)化關(guān)系圖可知，碳酸分解生成二氧化碳，二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，故X是二氧化碳，碳能與氧化銅反應(yīng)生成銅和二氧化碳，C與少量氧氣反應(yīng)生成CO，CO與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，碳酸鈣分解生成二氧化碳和CaO，CaO與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣。 6.硅是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯誤的是(　　) A.氮化硅陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料，其化學(xué)式為Si3N4 B.碳化硅(SiC)的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承 C.光導(dǎo)纖維是一種新型無機(jī)非金屬材料，其主要成分為SiO2 D.二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數(shù)之比為1∶2 答案　D 解析　A項，在氮化硅中N元素為－3價，Si元素為＋4價，則化學(xué)式為Si3N4，正確；D項，在SiO2晶體中，一個硅原子與周圍4個氧原子形成4個硅氧單鍵，錯誤。 7.下列說法正確的是(　　) A.水泥、玻璃、青花瓷、水晶、瑪瑙都屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品 B.二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸 C.因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸強(qiáng) D.2MgOSiO2中的酸根陰離子為SiO 答案　B 解析　硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品是用含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)高溫加熱制成的產(chǎn)品。A項，水晶、瑪瑙不是硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品；C項，只能得出高溫下硅酸鈉比碳酸鈉穩(wěn)定的結(jié)論；D項，酸根陰離子應(yīng)為SiO。 8.硅作為一種新型能源被廣泛開發(fā)利用，下列關(guān)于其有利因素的說法中，不正確的是(　　) A.硅燃燒的產(chǎn)物對環(huán)境產(chǎn)生的污染，容易得到有效控制 B.由Si(s)＋O2(g)===SiO2(s)　ΔH＝－858.6kJmol－1可知，硅燃燒放出的熱量多 C.自然界中硅的儲量豐富，可以從自然界直接獲得單質(zhì)硅 D.硅便于運(yùn)輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料之一 答案　C 解析　自然界中的硅均以化合態(tài)存在，故不能從自然界中直接獲得單質(zhì)硅。 二、不定項選擇題 9.下列有關(guān)硅及其化合物的說法中正確的是(　　) A.硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中 B.反應(yīng)①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反應(yīng)②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，兩反應(yīng)是相互矛盾的，不可能都發(fā)生 C.普通玻璃、陶瓷、水泥等均屬于硅酸鹽材料 D.祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeOAl2O36SiO2 答案　CD 解析　硅酸鈉溶液呈堿性，故不能保存在磨口玻璃塞試劑瓶中，A項錯誤；反應(yīng)②是在高溫下進(jìn)行的，CO2為氣體，逸出可使平衡正向移動，促使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，B項錯誤。 10.科學(xué)家最近用金屬鈉還原CCl4和SiCl4制得一種一維SiC納米棒，相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Na＋CCl4＋SiCl4===SiC＋8NaCl。下列說法不正確的是(　　) A.SiC和SiO2中Si元素的化合價相同 B.上述反應(yīng)中SiC既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物 C.SiO2制備單質(zhì)Si、單質(zhì)Si制備SiCl4均涉及氧化還原反應(yīng) D.一維SiC納米棒比表面積大，對微小粒子有較強(qiáng)的吸附能力 答案　B 解析　SiC和SiO2中Si元素的化合價均為＋4，A項正確；SiC是還原產(chǎn)物，NaCl是氧化產(chǎn)物，B項錯誤；SiO2制備單質(zhì)Si需加入還原劑，單質(zhì)Si制備SiCl4需加入氧化劑，C項正確；一維粒子上下表面均能與其他物質(zhì)接觸，比表面積大，對微小粒子有較強(qiáng)的吸附能力，D項正確。 11.灼熱的焦炭與水蒸氣反應(yīng)所得產(chǎn)物為H2、CO和少量CO2，為了檢驗產(chǎn)物中的H2和CO(設(shè)氣體均被充分吸收)，設(shè)計如下實驗裝置，下列有關(guān)說法錯誤的是(　　) A.為了實驗安全，應(yīng)先點燃④處酒精燈，后點燃①處酒精燈 B.②③⑤中依次盛裝氫氧化鈉溶液、濃硫酸和澄清石灰水 C.④中黑色固體變紅色，即可證明產(chǎn)物中一定含有H2和CO中的一種或兩種 D.若用堿石灰替換無水硫酸銅，也可以達(dá)到檢驗H2和CO的目的 答案　AD 解析　由圖可知，①中C與水蒸氣反應(yīng)生成H2、CO和少量CO2，實驗?zāi)康臑闄z驗產(chǎn)物中的H2和CO，則②中NaOH溶液可除去CO2，③中濃硫酸干燥氣體，④中H2和CO均還原CuO，若無水硫酸銅變藍(lán)，則檢驗出含有氫氣，⑤中澄清石灰水變渾濁可檢驗出含有CO，最后處理尾氣。 12.如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是(　　) A.SiO2屬于兩性氧化物 B.盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞 C.硅膠吸水后可重復(fù)再生 D.圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應(yīng) 答案　C 解析　SiO2是酸性氧化物，A錯誤；Na2CO3溶液呈堿性，試劑瓶不能用玻璃塞，B錯誤；題圖中有的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應(yīng)，例如SiO2與NaOH溶液的反應(yīng)，D錯誤。 三、非選擇題 13.硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。 (1)新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的保護(hù)下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。 (2)一種工業(yè)用硅(含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物)，已知硅的熔點是1420℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。一種合成氮化硅的主要工藝流程如下： ①凈化N2和H2時，銅屑的作用是_______________，硅膠的作用是______________。 ②在氮化爐中發(fā)生反應(yīng)3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)＋3O2(g)　ΔH＝－727.5kJmol－1，開始時，嚴(yán)格控制氮氣的流速以控制溫度的原因是__________________；體系中要通入適量的氫氣是為了________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③X可能是__________________(填“鹽酸”“硝酸”“硫酸”或“氫氟酸”)。 (3)工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅： ①整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________________________________。 ②假設(shè)每一輪次制備1mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是______________。 答案　(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl (2)①除去原料氣中的氧氣　除去生成的水蒸氣 ②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，防止局部過熱，導(dǎo)致硅熔化成團(tuán)，阻礙與N2的接觸　將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去(或?qū)⒄麄€體系中空氣排盡) ③硝酸 (3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ ②5∶1 解析　(1)根據(jù)原子個數(shù)守恒可寫出化學(xué)方程式3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧氣和水蒸氣都能腐蝕氮化硅，而氮氣和氫氣中含有水蒸氣和氧氣，所以銅屑的作用是除去氧氣，硅膠的作用是除去水蒸氣。②因為該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，如果溫度過高，局部過熱，會導(dǎo)致硅熔化成團(tuán)，阻礙與N2的接觸；通入氫氣能將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去。③由于工業(yè)用硅中含有銅的氧化物，在反應(yīng)中氧化銅能被還原生成銅，因此要除去銅應(yīng)該選擇硝酸，鹽酸和硫酸不能溶解銅，氫氟酸能腐蝕氮化硅。(3)①SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和氫氣：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。②反應(yīng)生成1 mol純硅需補(bǔ)充HCl(－3) mol，需補(bǔ)充H2(－1) mol，補(bǔ)充HCl與H2的物質(zhì)的量之比為5∶1。 14.二氯二氫硅(SiH2Cl2)常用于外延法工藝中重要的硅源。易燃、有毒，與水接觸易水解，沸點為8.2℃。在銅催化作用下，HCl與硅在250～260℃反應(yīng)可以制得SiH2Cl2。 (1)以濃硫酸、濃鹽酸為原料，選用A裝置制取HCl，利用了濃硫酸的________性。 (2)D裝置中生成二氯二氫硅的化學(xué)方程式為__________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)按照氣體從左到右的方向制取SiH2Cl2的裝置(h處用止水夾夾好)連接次序為a→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)(填儀器接口的字母，其中裝置C用到2次)。 (4)按從左到右的順序，前面裝置C中裝的藥品為________，后面裝置C的作用為________________________________________________________________________。 (5)反應(yīng)除生成二氯二氫硅之外，還會生成H2和________、________等。 (6)制取SiH2Cl2的新方案是：往硅粉中先通入Cl2，在300～350℃反應(yīng)生成SiCl4，然后再與HCl在250～260℃反應(yīng)，可以大大提高產(chǎn)率。如果通入氣體次序相反，結(jié)果會____________________________________________________________(用化學(xué)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尾氣處理和防止空氣中的水進(jìn)入B中　(5)SiCl4　SiHCl3　(6)SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl) 解析　(1)濃硫酸有吸水性，使?jié)恹}酸更易揮發(fā)出HCl。(3)A裝置制取HCl，連接C裝置干燥，從f進(jìn)入D中反應(yīng)，SiH2Cl2從g處揮發(fā)出來，在B裝置中收集，SiH2Cl2的密度比空氣大，導(dǎo)氣管應(yīng)長進(jìn)短出，為防止空氣中的水進(jìn)入B中，則應(yīng)在B后接干燥管。(4)前面的裝置C是用來干燥氯化氫氣體的，應(yīng)選用P2O5或CaCl2，后面的裝置C的作用為尾氣處理和防止空氣中的水進(jìn)入B中，應(yīng)選堿石灰。(6)如果通入氣體次序相反，SiH2Cl2會與Cl2繼續(xù)反應(yīng)，生成SiCl4、SiHCl3。