江蘇省2020版高考化學新增分大一輪復習 專題4 常見的非金屬及其化合物 第12講 含硅物質及信息材料講義（含解析）蘇教版.docx

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第12講　含硅物質及信息材料 考綱要求　1.了解碳、硅及其重要化合物的主要性質和重要應用。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 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)一氧化碳的性質及應用 ①物理性質：無色無味的氣體，難溶于水，能使人中毒的原因是與人體內血紅蛋白相結合，因缺氧而中毒。 ②化學性質及應用(寫出有關化學方程式) a.可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。 b.還原性：CO還原Fe2O3的反應為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： a.溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3； b.光合作用將CO2轉化為O2； c.巖石的風化：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(　　) (3)石墨轉變?yōu)榻饎偸姆磻獙儆谘趸€原反應(　　) (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，CO2與CaCl2溶液不反應。 確定混合氣體(CO、CO2)中含有CO氣體的實驗設計方法。 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.碳是構成有機物的主要元素 B.光合作用是將太陽能轉化為化學能的過程 C.化石燃料的大量燃燒是產(chǎn)生溫室效應的原因之一 D.石油的年產(chǎn)量是一個國家石油化工發(fā)展水平的標志 答案　D 2.化學與社會、科學、技術、環(huán)境密切相關。下列說法不正確的是(　　) A.T碳是一種新型三維碳結構晶體，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)濟理念 C.將金屬鈦、鋁混合后在空氣中熔化可制得強度較大的鈦鋁合金材料 D.為汽車安裝尾氣催化轉化裝置，可將尾氣中的部分CO和NO轉化為無毒氣體 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，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，回答下列問題： (1)下列有關說法正確的是________(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的化學性質相似，物理性質卻有很大差異 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合的有毒氣體，它是________(填化學式)。 (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是________(填物質名稱)。 (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，反應生成一種清潔燃料甲醇(CH3OH)和水，其反應的化學方程式為________________ ________________________________________________________________________。 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，生成沉淀的物質的量(n)和通入CO2體積(V)的關系正確的是(　　) 答案　D 解析　CO2與KOH和Ca(OH)2都會反應，但存在著競爭，如果先與KOH反應，則反應后生成的K2CO3立即會與Ca(OH)2反應生成CaCO3，因此，可以看成CO2先與Ca(OH)2反應，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步還要判斷CO2是先跟KOH反應還是先與生成的CaCO3反應，同樣可以采用假設法判斷，即如果先與CaCO3反應，則生成的Ca(HCO3)2又會與KOH反應，因此是先與KOH反應，此過程生成沉淀的物質的量不變，當KOH反應完全，再與CaCO3反應，直至沉淀完全溶解，故選D。 5.標準狀況下，將3.36LCO2氣體通入200mL1.00molL－1NaOH溶液中，充分反應后溶液中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，反應產(chǎn)物為Na2CO3、NaHCO3，設其物質的量分別為x、y， 則，解得， 所以＝。 考點二　硅及其重要化合物、無機非金屬材料 一、硅單質 1.存在 硅單質主要有晶體和無定形兩大類。 2.物理性質 帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高，硬度大，有脆性。 3.化學性質 (1)常溫下不活潑，一般不與其他物質反應，但可以與氟、氫氟酸、堿反應。反應的化學方程式分別為： 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，與氧氣反應的化學方程式為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 熔點高，硬度大，難溶于水。 3.結構 SiO2晶體有多種晶型，其基本結構單元為硅氧四面體(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)狀結構(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.化學性質 SiO2為酸性氧化物，是硅酸的酸酐。 (1)SiO2可以與堿反應，生成硅酸鹽，如與氫氧化鈉反應的化學方程式為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 (2)在高溫條件下可以與碳酸鹽反應，如與碳酸鈣反應的化學方程式為SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。 (3)在高溫條件下，能夠與堿性氧化物反應，如與氧化鈣反應的化學方程式為SiO2＋CaOCaSiO3。 (4)常溫下與氫氟酸反應的化學方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 三、硅酸、硅酸鹽 1.硅酸 (1)物理性質 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。 (2)化學性質 ①弱酸性：酸性比碳酸弱，與NaOH溶液反應的化學方程式為H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。 ②不穩(wěn)定性：受熱易分解，反應的化學方程式為H2SiO3SiO2＋H2O。 (3)制備：通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應制得，如Na2SiO3溶液與鹽酸反應：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、無機非金屬材料 1.傳統(tǒng)無機非金屬材料，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 主要設備 水泥回轉窯 玻璃窯 陶瓷窯 (2)玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 2.新型無機非金屬材料，如高溫結構陶瓷、光導纖維、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，故可用于制作半導體材料(　　) (3)Si和SiO2都可用于制造光導纖維(　　) (4)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4(　　) (5)硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質反應(　　) (6)SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿(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可用于制造半導體，SiO2用于制造光導纖維。 (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.硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質量的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2C＋SiO2Si＋2CO↑制備硅單質，該反應中所含元素化合價升高的物質是________(填化學式，下同)，氧化劑是________。 答案　(1)防火劑　D　(2)C　SiO2 2.能否依據(jù)反應Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強？ 答案　不能。強酸＋弱酸鹽===強酸鹽＋弱酸，該規(guī)律僅適用于常溫下水溶液中進行的反應，而該反應是在高溫且熔融態(tài)下進行的，只能從化學平衡移動角度去解釋反應發(fā)生的原因——CO2為氣體，能及時分離出反應體系，使化學反應向右進行。 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。近年來科學家才得知古瓷中所用的顏料大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(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)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8不能寫成K2OAl2O33SiO2，應寫成K2OAl2O36SiO2。 題組一　硅和二氧化硅的性質 1.下列關于二氧化硅的說法正確的是(　　) A.二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應生成硅酸 B.二氧化硅制成的光導纖維，由于導電能力強而被用于制造光纜 C.二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應 D.用二氧化硅制取單質硅時，當生成2.24L氣體(標準狀況)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，故A錯誤；B項，二氧化硅制成的光導纖維，由于其良好的光學特性而被用于制造光纜，故B錯誤；C項，碳酸的酸性強于硅酸，二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，高溫時，能夠與碳酸鈉固體反應生成硅酸鈉和二氧化碳，故C正確；D項，由方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知當生成2.24 L(標準狀況)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，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構陶瓷材料，化學式為Si3N4 D.石英是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能直接轉化成電能 答案　D 解析　A項，氫氟酸與二氧化硅反應生成四氟化硅和水，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)化合物中正負化合價的代數(shù)和為0的原則，得氮化硅的化學式為Si3N4，故C正確；D項，晶體硅是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能直接轉化成電能，而不是二氧化硅，故D錯誤。 3.下列關于硅的說法不正確的是(　　) A.硅是非金屬元素，它的單質是灰黑色有金屬光澤的固體 B.硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料 C.用二氧化硅制取單質硅的反應中硅元素被氧化 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 答案　C 解析　A項，晶體硅的結構與金剛石類似，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，所以晶體硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料，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，如硅能與氫氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應，正確。 題組二　無機非金屬材料的性能及應用 4.(2019蘇州教學質量檢查)“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽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.下列關于某博物院使用材料相關說法正確的是(　　) 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可能是堿式碳酸銅，此綠色物質不溶于鹽酸 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]應該表示為Al2O32SiO22H2O，C項錯誤；銅綠是堿式碳酸銅，該物質可以與鹽酸反應生成氯化銅而溶解，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)生氧化還原反應導致的顏色變化 B.氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料 C.高品質的瓷器晶瑩剔透，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)生氧化還原反應導致的顏色變化稱為窯變，故A正確；新型無機非金屬材料主要有先進陶瓷、非晶體材料、人工晶體、無機涂層，無機纖維等，氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料，故B正確；瓷器的原料主要是黏土燒結而成，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，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非金屬材料，又稱“半導體”材料。它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場“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的化學方程式為：SiO2＋CSi＋CO2↑ B.步驟①中每生成1molSi，轉移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反應生成CO氣體，即步驟①的化學方程式為：SiO2＋2CSi＋2CO↑，故A錯誤；B項，步驟①中Si的化合價降低4，轉移電子數(shù)為4 mol，故B正確；C項，高純硅是半導體，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.硅單質及其化合物應用范圍很廣。請回答下列問題： (1)制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當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制備高純硅的化學反應方程式：_______________________________ ________________________________________________________________________。 ②整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出并配平該反應化學方程式：_________________________________________________； H2還原SiHCl3過程中若混有O2，可能引起的后果是 ________________________________________________________________________。 (2)化學研究性學習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； Ⅱ.金屬硅化物與稀H2SO4反應生成硫酸鹽和SiH4； Ⅲ.SiH4在空氣中自燃。 他們根據(jù)信息進行實驗，當用足量稀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)率只有預期值的63%左右。 ①第Ⅰ步實驗發(fā)生反應的化學方程式是____________________________________________ ________________________________________________________________________。 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生成的SiH4可自燃，即發(fā)生反應Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 解析　(2)類似于鎂和二氧化碳的反應，可生成單質硅和氧化鎂；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，應為SiH4。 在設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氣體反應制得SiHCl3： Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 (3)粗硅與干燥Cl2反應制得SiCl4： Si(粗)＋2Cl2SiCl4 (4)SiHCl3與過量H2在高溫下反應制得純硅： SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl (5)SiCl4與過量H2在高溫下反應制得純硅： SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl (6)SiO2＋2Mg2MgO＋Si (7)SiHCl3、SiCl4能與水發(fā)生反應： 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體材料() (2014江蘇，4A) (6)甲(SiO2)、乙(NaOH)、丙(HF)不滿足任意兩種物質在一定條件下均能發(fā)生反應() (2014江蘇，8C) (7)二氧化硅不與強酸反應，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() (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”。下列活動會導致大氣中CO2含量增加的是(　　) A.燃燒煤炭供熱 B.利用風力發(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”，A正確；風力發(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化為電能 D.航空母艦上用于艦載機降落攔阻索的特種鋼纜，屬于新型無機非金屬材料 答案　C 解析　A項，燒制陶瓷時黏土中的成分在高溫下發(fā)生復雜的物理化學變化，而石油的分餾是利用物質的沸點高低進行分離的一種實驗操作，不涉及化學變化，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，達到凈化水的目的，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化為電能，故C正確；D項，航空母艦上用于艦載機降落攔阻索的特種鋼纜需要有特別強的韌性和強度，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　該物質是一種單質而不是化合物，故A錯誤；Si24是單質，與硅單質屬于同素異形體，故B正確；硅的性質穩(wěn)定，不與稀硫酸反應，故C錯誤；硅太陽能電池供電原理是將太陽能轉化為電能，而原電池供電原理是將化學能轉化為電能，因此兩者原理不同，故D錯誤。 3.碳是構成地球生命的一種重要非金屬元素，碳單質很早就被人類認識和利用，碳的一系列化合物——有機物，更是生命的根本。下列有關說法中正確的是(　　) 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氣體會形成酸雨，破壞建筑物 C.碳單質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　碳是構成有機物的基礎元素，有機物的種類繁多，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，C項錯誤；煤、石油、天然氣屬于不可再生資源，D項錯誤。 4.硅及其化合物的應用范圍很廣。下列說法正確的是(　　) A.硅是人類將太陽能轉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 C.反應Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si為氧化劑 D.硅能與氫氟酸反應，則硅可以與鹽酸反應 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，B項錯誤；硅不能與鹽酸反應，D項錯誤。 5.(2018瑤海區(qū)一模)碳和碳的化合物間的部分轉化關系如圖所示，則下列說法正確的是(　　) A.由碳酸轉化成X一定要在加熱條件下進行 B.由碳轉化為X一定發(fā)生的是化合反應 C.物質X一定是二氧化碳 D.若使一氧化碳轉化成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　由轉化關系圖可知，碳酸分解生成二氧化碳，二氧化碳與水反應生成碳酸，故X是二氧化碳，碳能與氧化銅反應生成銅和二氧化碳，C與少量氧氣反應生成CO，CO與氧氣反應生成二氧化碳，碳酸鈣分解生成二氧化碳和CaO，CaO與二氧化碳反應生成碳酸鈣。 6.硅是構成無機非金屬材料的一種主要元素，下列有關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非金屬材料，其化學式為Si3N4 B.碳化硅(SiC)的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承 C.光導纖維是一種新型無機非金屬材料，其主要成分為SiO2 D.二氧化硅為立體網(wǎng)狀結構，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放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸強 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)定的結論；D項，酸根陰離子應為SiO。 8.硅作為一種新型能源被廣泛開發(fā)利用，下列關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硅 D.硅便于運輸、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硅。 二、不定項選擇題 9.下列有關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①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反應②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，兩反應是相互矛盾的，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②是在高溫下進行的，CO2為氣體，逸出可使平衡正向移動，促使反應繼續(xù)進行，B項錯誤。 10.科學家最近用金屬鈉還原CCl4和SiCl4制得一種一維SiC納米棒，相關反應的化學方程式為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.上述反應中SiC既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物 C.SiO2制備單質Si、單質Si制備SiCl4均涉及氧化還原反應 D.一維SiC納米棒比表面積大，對微小粒子有較強的吸附能力 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Si需加入還原劑，單質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接觸，比表面積大，對微小粒子有較強的吸附能力，D項正確。 11.灼熱的焦炭與水蒸氣反應所得產(chǎn)物為H2、CO和少量CO2，為了檢驗產(chǎn)物中的H2和CO(設氣體均被充分吸收)，設計如下實驗裝置，下列有關說法錯誤的是(　　) A.為了實驗安全，應先點燃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與水蒸氣反應生成H2、CO和少量CO2，實驗目的為檢驗產(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，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.硅膠吸水后可重復再生 D.圖中所示的轉化都是氧化還原反應 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；題圖中有的轉化不是氧化還原反應，例如SiO2與NaOH溶液的反應，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、化學性質穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學氣相沉積法，在H2的保護下，使SiCl4與N2反應生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應的化學方程式：________________________________________________________________________。 (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3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)＋3O2(g)　ΔH＝－727.5kJmol－1，開始時，嚴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格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應，寫出該反應的化學方程式：__________________________________________________________。 ②假設每一輪次制備1mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應Ⅱ中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H2的物質的量之比是______________。 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該反應是放熱反應，防止局部過熱，導致硅熔化成團，阻礙與N2的接觸　將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去(或將整個體系中空氣排盡) 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因為該反應是放熱反應，如果溫度過高，局部過熱，會導致硅熔化成團，阻礙與N2的接觸；通入氫氣能將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去。③由于工業(yè)用硅中含有銅的氧化物，在反應中氧化銅能被還原生成銅，因此要除去銅應該選擇硝酸，鹽酸和硫酸不能溶解銅，氫氟酸能腐蝕氮化硅。(3)①SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和氫氣：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。②反應生成1 mol純硅需補充HCl(－3) mol，需補充H2(－1) mol，補充HCl與H2的物質的量之比為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℃反應生成SiCl4，然后再與HCl在250～260℃反應，可以大大提高產(chǎn)率。如果通入氣體次序相反，結果會____________________________________________________________(用化學方程式表示)。 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進入D中反應，SiH2Cl2從g處揮發(fā)出來，在B裝置中收集，SiH2Cl2的密度比空氣大，導氣管應長進短出，為防止空氣中的水進入B中，則應在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入B中，應選堿石灰。(6)如果通入氣體次序相反，SiH2Cl2會與Cl2繼續(xù)反應，生成SiCl4、SiHCl3。