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2019-2020年高考化學一輪復習知識梳理與訓練 第4章 第1講 碳、硅及無機非金屬材料（含解析） [考綱要求]　1.了解C、Si元素單質及其重要化合物的主要性質及應用。2.了解C、Si元素單質及其重要化合物對環(huán)境質量的影響。3.以新材料、新技術為背景考查C、Si元素及其重要化合物的性質及應用。 考點一　碳、硅單質及其重要化合物的性質 1．C、Si單質的存在形態(tài)、物理性質及用途 (1)自然界中的碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。碳單質主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質主要有晶體硅和無定形硅兩大類。 (2)單質的結構、物理性質與用途比較 碳 硅 結構 金剛石：空間網(wǎng)狀結構 石墨：層狀結構 晶體硅：與金剛石類似的空間 網(wǎng)狀結構 物理性質 金剛石熔點高、硬度大 石墨熔點高、質軟，有滑膩感 晶體硅為灰黑色固體，有金屬 光澤、硬度大、熔點高 用途 金剛石用作切割刀具，石墨用作電極、鉛筆芯 晶體硅用作半導體材料、硅芯片和硅太陽能電池 2.碳、硅單質的化學性質 碳、硅在參與化學反應時，一般表現(xiàn)還原性。 (1)碳 (2)Si 3．二氧化碳和二氧化硅的比較 物質 二氧化硅 二氧化碳 結構 立體網(wǎng)狀結構，不存在單個分子 存在單個CO2分子 主要物理性質 硬度大，熔、沸點高，常溫下為固體，不溶于水 熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水 化學性質 ①與水反應 不反應 CO2＋H2OH2CO3 ②與酸反應 只與氫氟酸反應： SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反應 ③與堿反應 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞) CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2過量：CO2＋NaOH===NaHCO3 化學 性質 ④與鹽反應 如與Na2CO3反應：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ 如與Na2SiO3反應：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ⑤與堿性氧化物反應 如與CaO反應：SiO2＋CaOCaSiO3 如與Na2O反應：Na2O＋CO2===Na2CO3 用途 光導纖維、光學儀器、電子部件 制飲料、制碳酸鹽 4．硅酸和硅酸鈉 (1)硅酸 硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液變紅色。 ①硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。 ②硅酸能與堿溶液反應，如與NaOH溶液反應的化學方程式為H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。 ③硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強，常用作干燥劑。 (2)硅酸鈉(Na2SiO3) ①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。 ②它能與酸性比硅酸強的酸反應，分別寫出以下化學方程式： 與鹽酸反應：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 與CO2水溶液反應：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。 ③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。 深度思考 1．從元素周期表的位置看，碳和硅均為ⅣA族元素，自然界中有碳的多種單質存在，自然界中有硅的單質嗎？為什么？ 答案　沒有，因為硅有很強的親氧性，在地殼形成時硅與氧易結合，難分離，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。 2．寫出除去下列氣體中混有的雜質(括號內(nèi)為雜質)可采取的方法： (1)CO(CO2)：_______________________________________________。 (2)CO2(CO)：_______________________________________________。 (3)CO2(O2)：________________________________________________。 (4)CO2(SO2)：_______________________________________________。 (5)CO2(HCl)：______________________________________________。 答案　(1)通過盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶　(2)通過盛放灼熱CuO的硬質玻璃管　(3)通過盛放灼熱銅網(wǎng)的硬質玻璃管　(4)通過盛有飽和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗氣瓶　(5)通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶 3．如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質(括號內(nèi)為雜質)。將所選答案的編號填入下表內(nèi)相應的空格內(nèi)(如果不需要外加試劑，則對應答案欄可空著)。 可供選擇的試劑：A.鹽酸　B．氫氧化鈉溶液　C．氧氣 D．水　E．二氧化碳 可選用的操作：①水洗　②加熱?、鄹邷刈茻、苓^濾 ⑤結晶 粉末狀混合物 選擇的試劑 選用的操作 (1) CaCO3(SiO2) (2) NaCl(SiO2) (3) SiO2(Fe2O3) (4) SiO2(CaCO3) (5) SiO2(NH4Cl) 答案　(1)B　④　(2)D?、堍荨?3)A?、堋?4)A　④　(5)② 解析　可根據(jù)二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟強堿反應，不跟酸(氫氟酸除外)反應；它受熱不分解等性質選擇。而三氧化二鐵、碳酸鈣跟鹽酸反應；硅酸、氯化銨能受熱分解。通過一定操作，除去雜質。除雜過程中所發(fā)生反應的化學方程式如下： (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (3)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O (4)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O (5)NH4ClNH3↑＋HCl↑ 題組一　對比掌握CO2、SiO2的結構與性質 1．下列關于SiO2和CO2的說法中正確的是(　　) A．CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐 B．CO2和SiO2與水反應分別生成相應的酸 C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物 D．CO2和SiO2都是由相應的分子組成的 答案　A 解析　SiO2不能與水反應，B項錯；SiO2也是酸性氧化物，C項錯；SiO2中不存在分子，其化學式僅代表Si、O原子個數(shù)比為1∶2。 2．二氧化硅廣泛存在于自然界中，在日常生活、生產(chǎn)、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a～e是對①～⑤反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質或作用進行判斷，其中正確的是(　　) ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ②SiO2＋2CSi＋2CO↑ ③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ ⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑ a．反應①中SiO2作為玻璃的成分被消耗，用于刻蝕玻璃 b．反應②中SiO2表現(xiàn)出氧化性 c．反應③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性 d．反應④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易揮發(fā)性酸酐的道理 e．反應⑤中SiO2未參加氧化還原反應 A．a(chǎn)ceB．bdeC．cdeD．a(chǎn)b 答案　B 解析　通常用氫氟酸來刻蝕玻璃，與之對應的反應是③，因此a、c判斷錯誤；反應②是一個置換反應，其中二氧化硅被還原，表現(xiàn)出氧化性，b判斷正確；反應④是一個復分解反應，用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳，d判斷正確；反應⑤中碳的化合價由0價變?yōu)椋?和＋2，硅的化合價和氧的化合價都沒有改變，因此二氧化硅沒有參加氧化還原反應，e判斷也正確。 　熟記硅及其化合物的特殊性質 1．硅單質的特殊性 (1)Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 (2)非金屬單質跟堿液作用一般無H2放出，但Si與堿液作用卻放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (3)非金屬單質一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (4)非金屬單質大多為非導體，但Si為半導體。 2．含硅化合物的特殊性 (1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。 (2)酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (3)無機酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。 (4)因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生。 題組二　CO2與鹽或堿溶液反應的規(guī)律 3．用四種溶液進行實驗，下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對應關系錯誤的是(　　) 選項 操作及現(xiàn)象 溶液 A 通入CO2，溶液變渾濁 飽和Na2CO3溶液 B 通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失，再加入足量NaOH溶液，又變渾濁 澄清石灰水 答案　B 解析　由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，因而會析出NaHCO3晶體，A項正確；B項，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，H2SiO3與CO2不反應，渾濁不會消失；C項，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液變渾濁后加入品紅溶液，被HClO氧化褪色；D項，首先CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，繼續(xù)通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，則：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又變渾濁。 4．標準狀況下，將3.36LCO2氣體通入200mL1.00mol·L－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∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶3 答案　B 解析　n(CO2)＝＝0.150mol， n(NaOH)＝0.200L×1.00mol·L－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＝。 CO2與堿反應產(chǎn)物的定量判斷 CO2通入NaOH、Ca(OH)2等強堿溶液的反應與CO2氣體的通入量有關，當CO2通入少量時生成碳酸鹽，當CO2通入過量時生成碳酸氫鹽；當CO2的通入量介于兩者之間時，既有正鹽又有酸式鹽生成，因此推斷時一定要注意CO2與堿之間量的關系。 以CO2與NaOH溶液反應為例： CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH===NaHCO3 當n(OH－)∶n(CO2)的值不同時產(chǎn)物如下： 考點二　硅酸鹽及無機非金屬材料 1．硅酸鹽 (1)概念：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)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復雜，多用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成Na2O·SiO2，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。 2．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 玻璃熔窯 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。 題組一　無機非金屬材料成分的辨別 1．下列關于硅單質及其化合物的說法正確的是(　　) A．水玻璃是一種礦物膠，既不易燃燒也不受腐蝕 B．水泥、玻璃、沙子都是硅酸鹽制品 C．高純度的硅單質廣泛用于制作光導纖維 D．陶瓷是人類應用很早的硅酸鹽材料 答案　AD 解析　水玻璃是Na2SiO3的水溶液，可用作防火劑和防腐劑，A正確；光導纖維的主要成分是SiO2，C不正確。 2．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。 題組二　復雜硅酸鹽的成分及表示方法 3．青石棉是一種致癌物質，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一，其化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液處理時，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法不正確的是(　　) A．青石棉是一種硅酸鹽材料 B．青石棉中含有一定量的石英晶體 C．青石棉的化學組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D．1mol青石棉能使1molHNO3被還原 答案　B 解析　硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反應時，失去3mol電子，故能使1molHNO3被還原。 1．不要混淆二氧化硅和硅的用途 用于制作光導纖維的是SiO2，用于制作半導體材料、計算機芯片的是晶體硅。 2．熟悉幾種常見飾品的主要成分 水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的主要成分是Al2O3。 3．了解用氧化物的形式表示復雜硅酸鹽的方法 (1)書寫順序：較活潑的金屬氧化物·較不活潑的金屬氧化物·SiO2·水。 (2)各元素的化合價保持不變，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。 考點三　碳、硅轉化關系的應用 1．碳及其化合物的轉化關系圖 2．硅及其化合物的轉化關系圖 題組一　常見轉化關系判斷 1．已知甲、乙、丙、X是4種中學化學中常見的物質，其轉化關系符合下圖。則甲和X(要求甲和X能互換)不可能是(　　) 甲乙丙＋甲 A．C和O2 B．CO2和NaOH溶液 C．Cl2和Fe D．AlCl3溶液和NaOH溶液 答案　C 解析　A項正確，既可以實現(xiàn)CCOCO2CO的轉化，也可以實現(xiàn)O2CO2COCO2的轉化；B項正確，既可以實現(xiàn)CO2NaHCO3Na2CO3NaHCO3的轉化，也可以實現(xiàn)NaOHNa2CO3NaHCO3Na2CO3的轉化；C項錯誤，可以實現(xiàn)Cl2FeCl3FeCl2FeCl3的轉化，但不能實現(xiàn)FeFeCl3FeCl2的轉化；D項正確，既可以實現(xiàn)AlCl3Al(OH)3NaAlO2Al(OH)3的轉化，也可以實現(xiàn)NaOHNaAlO2Al(OH)3NaAlO2的轉化。 2．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溶液的試劑瓶不能用玻璃塞 C．硅膠吸水后可重復再生 D．圖中所示轉化反應都是氧化還原反應 答案　BC 解析　SiO2是酸性氧化物，它能與氫氟酸反應是其特殊性質，A錯；在圖示轉化關系中只有第一行的變化是氧化還原反應，其余均為非氧化還原反應。 題組二　化工生產(chǎn)中的硅及化合物的轉化 3．X是一種新型無機非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關生產(chǎn)過程如下： 為了確定C的組成，某同學進行了以下的探究過程。已知F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光導纖維。 按要求回答下列問題： (1)C的化學式為________；X的化學式為________。 (2)寫出下列方程式： 反應②的化學方程式__________________________________________________； 反應⑦的離子方程式___________________________________________________。 答案　(1)SiCl4　Si3N4 (2)SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HCl SiO2＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO 解析　由I可作光導纖維知，I為SiO2，根據(jù)題給第二個框圖中的轉化關系和“F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀”知F為硅酸，H為硅酸鈉；由E→G是加入了硝酸銀和稀硝酸，生成了難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，則E中含有氯離子；則化合物C中含硅、氯兩種元素，故C為SiCl4，D為Si(NH2)4，X為Si3N4。 4．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)硅在元素周期表中的位置是________。 (2)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應有：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若產(chǎn)品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為1∶1，則參加反應的C和SiO2的物質的量之比為________。 (3)工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅： ①若反應Ⅰ為Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，則反應Ⅱ的化學方程式為________________________。 ②整個制備過程中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，寫出該反應的化學方程式：__________________。 ③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)第三周期第ⅣA族　(2)5∶2 (3)①SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ ③5∶1 解析　(1)硅在元素周期表中的位置是第三周期第ⅣA族。 (2)根據(jù)反應SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑，生成1molSi需C2mol、SiO21mol，生成1molSiC需C3mol、SiO21mol，產(chǎn)品中Si與SiC的物質的量之比為1∶1，則參加反應的C和SiO2的物質的量之比為5∶2。 (3)①反應Ⅱ的化學方程式為SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl。 ②化學方程式為SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑。 探究高考　明確考向 1．高考選項正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×” (1)SiO2、NaOH、HF三者兩兩均能反應(　　) (xx·江蘇，8C改編) (2)Si和SiO2都用于制造光導纖維(　　) (xx·海南，10D) (3)硅膠可作袋裝食品的干燥劑(　　) (xx·四川理綜，1B) (4)SiO2既能與KOH溶液反應又能與濃鹽酸反應(　　) (xx·福建理綜，9②改編) (5)甲乙丙，若甲為焦炭，則丁可能是O2(　　) (xx·江蘇，6A) (6)合成纖維和光導纖維都是新型無機非金屬材料(　　) (xx·新課標全國卷，8D) (7)SiO2可與HF反應，因而氫氟酸不能保存在玻璃瓶中(　　) (xx·廣東理綜，10D) (8)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅(　　) (xx·廣東理綜，11C) (9)硅酸鈉溶液應保存在帶玻璃塞的試劑瓶中(　　) (xx·海南，4B) (10)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑(　　) (xx·江蘇，4B) 答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)× (7)√　(8)√　(9)×　(10)√ 2．(2011·海南，9)“碳捕捉技術”是指通過一定的方法將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來并利用。如可利用NaOH溶液來“捕捉”CO2，其基本過程如下圖所示(部分條件及物質未標出)。 下列有關該方法的敘述中正確的是(　　) A．能耗大是該方法的一大缺點 B．整個過程中，只有一種物質可以循環(huán)利用 C．“反應分離”環(huán)節(jié)中，分離物質的基本操作是蒸發(fā)結晶、過濾 D．該方法可減少碳排放，捕捉到的CO2還可用來制備甲醇等產(chǎn)品 答案　AD 解析　A項，該方法中高溫反應爐分離出CO2，需要消耗較多能量；B項，整個過程中NaOH和CaO均可循環(huán)利用；C項，從捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCO3，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通過過濾的方法即可分離；D項，捕捉到的CO2可與H2反應制備甲醇：CO2＋3H2CH3OH＋H2O。 3．[xx·天津理綜，7(4)]晶體硅(熔點1410℃)是良好的半導體材料。由粗硅制純硅過程如下： Si(粗)SiCl4SiCl4(純)Si(純) 寫出SiCl4的電子式：______________；在上述由SiCl4制純硅的反應中，測得每生成1.12kg純硅需吸收akJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式：___________________________。 答案　 SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝＋0.025akJ·mol－1 4．[xx·浙江理綜，28(1)(2)(3)]單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質)，粗硅與氯氣反應生成四氯化硅(反應溫度450～500℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。 相關信息如下： a．四氯化硅遇水極易水解； b．硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物； c．有關物質的物理常數(shù)見下表： 物質 SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5 沸點/℃ 57.7 12.8 － 315 － 熔點/℃ －70.0 －107.2 － － － 升華溫度/℃ － － 180 300 162 請回答下列問題： (1)寫出裝置A中發(fā)生反應的離子方程式： ________________________________________________________________________。 (2)裝置A中g管的作用是____________；裝置C中的試劑是__________；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質元素是______________________(填寫元素符號)。 答案　(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (2)平衡氣壓　濃H2SO4　SiCl4沸點較低，用冷卻液可得到液態(tài)SiCl4 (3)Al、B、P 解析　依題中信息可知A為Cl2的發(fā)生裝置，B、C為Cl2的凈化裝置，D中發(fā)生反應2Cl2＋SiSiCl4，生成SiCl4用E收集，B中為飽和食鹽水將氯化氫氣體除去，C中應為濃H2SO4除水，由表中數(shù)據(jù)可知SiCl4沸點較低，用冷卻液可得到液態(tài)SiCl4；由題中信息粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質)，即可輕松完成第(3)問。 練出高分 一、單項選擇題 1．下列關于C、Si兩種非金屬元素的說法中，正確的是(　　) A．兩者結合形成的化合物是共價化合物 B．在自然界中都能以游離態(tài)存在 C．氫化物的熱穩(wěn)定性比較：CH4＜SiH4 D．最高價氧化物都能與水反應生成相應的酸 答案　A 解析　C、Si都是非金屬元素，結合形成的化合物是共價化合物，A正確；Si元素為親氧元素，不能以游離態(tài)存在，故B錯；非金屬性C＞Si，故氫化物的熱穩(wěn)定性SiH4＜CH4，故C錯；SiO2既不溶于水，也不和水反應，故D錯。 2．下列敘述正確的是(　　) A．因為Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸的強 B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性質相似 C．二氧化硅既能溶于氫氧化鈉溶液又能溶于氫氟酸，所以二氧化硅是兩性氧化物 D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反應生成硅酸 答案　D 解析　A項，高溫下，二氧化硅能和碳酸鈉反應，不能說明碳酸酸性小于硅酸，要根據(jù)常溫下強酸制取弱酸判斷，故A錯誤；B項，二氧化碳與二氧化硅屬于不同的晶體類型，所以二氧化碳與二氧化硅物理性質相差很大，故B錯誤；C項，二氧化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和水，四氟化硅不屬于鹽，二氧化硅不屬于兩性氧化物，故C錯誤；D項，二氧化硅和二氧化碳都能夠與堿反應生成鹽和水，屬于酸性氧化物，但是二氧化硅難溶于水，不能與水反應生成對應的酸，故D正確。 3．下列敘述正確的是(　　) A．利用高純硅可以制成光電池，將光能直接轉化為電能 B．CO、CO2均易與血紅蛋白結合而中毒 C．在SiO2制備高純硅的過程中只涉及置換反應 D．SiO2和H2O反應可直接制備H2SiO3 答案　A 解析　CO2不能與血紅蛋白結合，B錯；C項，粗硅提純時，Si＋2Cl2SiCl4是化合反應，錯；SiO2不能和水反應，D項錯。 4．制水泥和陶瓷時都需要用的原料是(　　) A．粘土 B．石英 C．石灰石 D．純堿 答案　A 解析　生產(chǎn)水泥以粘土和石灰石為主要原料，經(jīng)研磨、混合后在水泥回轉窯中煅燒，再加入適量石膏，并研成細粉就得到普通水泥；陶瓷的原料是粘土，經(jīng)過混合、成型、干燥、燒結而成，所以制水泥和陶瓷時都需要用的原料是粘土，故選A。 5．下列離子方程式不正確的是(　　) A．石英與燒堿反應：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O B．硅與燒堿反應：Si＋2OH－===SiO＋H2↑ C．硅酸鈉溶液中通入少量CO2：SiO＋CO2＋H2O===CO＋H2SiO3↓ D．往水玻璃中加入鹽酸：2H＋＋SiO===H2SiO3↓ 答案　B 解析　硅與燒堿溶液反應時，H2O參與反應，Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑。 6．將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質是(　　) A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3 C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2 答案　A 解析　將足量CO2氣體通入水玻璃中，發(fā)生反應：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加熱蒸干，高溫灼燒時發(fā)生反應：H2SiO3H2O＋SiO2；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固體物質是Na2SiO3，故選A項。 7．用足量的CO還原13.7g某鉛氧化物，把生成的CO2全部通入到過量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后質量為8.0g，則此鉛氧化物的化學式是(　　) A．PbO B．Pb2O3 C．Pb3O4 D．PbO2 答案　C 解析　設此鉛氧化物的化學式為PbxOy， PbxOy～y[O]～yCO～yCO2～yCaCO3 16y100y m(O)＝1.28g8.0g 所以m(Pb)＝13.7g－1.28g＝12.42g x∶y＝∶＝3∶4。 二、不定項選擇題 8．下列敘述正確的是(　　) A．高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，說明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸強 B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能貯存氫氟酸 C．石灰抹墻、水泥砌墻的硬化過程原理不同 D．玻璃窯中出來的氣體的主要成分是二氧化碳 答案　CD 解析　二氧化硅在高溫下能與碳酸鈉反應：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，但不能說明硅酸的酸性比碳酸強，上述反應之所以能進行，是因為CO2不斷逸出，反應向右進行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，會與氫氟酸反應；石灰抹墻發(fā)生反應CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，而水泥砌墻是水泥與水作用發(fā)生一系列變化而凝固變硬。 9．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。 10．甲氣體可發(fā)生如下變化：甲氣體乙氣體丙氣體乙氣體丁固體。則甲、乙、丙、丁分別為(　　) A．CO2、CO、O2、CaO B．O2、CO、CO2、CaCO3 C．O2、CO2、CO、CaCO3 D．CO、CO2、O2、Ca(OH)2 答案　C 解析　以丙氣體為突破口，丙通過灼熱的CuO后，生成的乙氣體可與澄清石灰水反應生成固體，說明乙是CO2，則反推丙是CO，則甲是O2，丁是CaCO3。 三、非選擇題 11．如圖所示物質的轉化關系中，A是一種固體單質，E是一種白色沉淀。 請回答下列問題： (1)B的化學式是________，目前B已被用作________的主要原料。 (2)B和a溶液反應的離子方程式是______________________________________________。 (3)A和a溶液反應的離子方程式是___________________________________________。 (4)C和過量的鹽酸反應的離子方程式是_____________________________________。 審題分析　本題應抓住框圖中的轉化關系，以題設條件C＋過量鹽酸―→E(白色沉淀)為突破口進行推斷，并結合已有知識進行設定與推測。 答案　(1)SiO2　光導纖維 (2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ (4)SiO＋2H＋===H2SiO3↓ 解析　C與過量的鹽酸反應生成白色沉淀E，則E可能是硅酸或氯化銀，若E是氯化銀，則C是硝酸銀，A為銀，則根據(jù)已有知識，銀可以與硝酸反應生成硝酸銀，而銀與硝酸反應生成三種產(chǎn)物，不符合框圖中物質間的轉化關系。則E只能為硅酸，則C為硅酸鹽，A為硅，a溶液為強堿的水溶液，進一步推出B為二氧化硅。 12．含A元素的一種單質是一種重要的半導體材料，含A元素的一種化合物C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導纖維，C與燒堿反應生成含A元素的化合物D。 (1)在元素周期表中，A位于________族，與A同族但相對原子質量比A小的元素B的原子結構示意圖為______，A與B在原子的電子層結構上的相同點是________________________ ________________________________________________________________________。 (2)易與C發(fā)生化學反應的酸是________(寫名稱)，反應的化學方程式是________________________________________________________________________。 (3)將C與純堿混合高溫熔融時也發(fā)生化學反應生成D，同時還生成B的最高價氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學反應生成含A的化合物F。 ①寫出生成D和F的化學反應方程式：____________________________________ ________________________________________________________________________。 ②要將純堿高溫熔化，下列坩堝中可選用的是________。 A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝 C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝 (4)100gC與石灰石的混合物充分反應后，生成的氣體在標準狀況下的體積為11.2L,100g混合物中石灰石的質量分數(shù)是____________________。 答案　(1)ⅣA　　最外層均有4個電子，最內(nèi)層均有2個電子 (2)氫氟酸　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓?、贒 (4)50% 解析　(1)A元素單質可作半導體材料，含A元素的某化合物是制造光導纖維的原料，可知A為硅元素，C為SiO2，D為Na2SiO3。比硅相對原子質量小的同族元素B為碳。(2)C為SiO2，能與SiO2反應的酸只有氫氟酸。(3)SiO2與Na2CO3高溫下反應生成Na2SiO3和CO2，含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能與Na2CO3在高溫下反應，故不能用以上材質的坩堝熔融Na2CO3。(4)若SiO2恰好完全反應或過量，與CaCO3反應的化學方程式只有一個，即CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3過量，除發(fā)生上述反應外，還會發(fā)生反應：CaCO3CaO＋CO2↑?？傊?，CaCO3的多少決定了CO2的產(chǎn)量，可通過以下關系列式求解： CaCO3　～　CO2 100g22.4L m(CaCO3) 11.2L m(CaCO3)＝50g 混合物中CaCO3的質量分數(shù)：×100%＝50%。 13．晶體硅是信息科學和能源科學中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽能電池等。以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法。 請回答下列問題(各元素用相應的元素符號表示)： (1)在上述生產(chǎn)過程中，屬于置換反應的有________(填反應代號)。 (2)寫出反應③的化學方程式_____________________________________________________。 (3)化合物W的用途很廣，通?？捎米鹘ㄖI(yè)和造紙工業(yè)的黏合劑，可作肥皂的填充劑，是天然水的軟化劑。將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1373～1623K反應，生成化合物W，其化學方程式是_______________________________________________________。 (4)A、B、C三種氣體在“節(jié)能減排”中作為減排目標的一種氣體是__________(填化學式)；分別通入W溶液中能得到白色沉淀的氣體是______________(填化學式)。 (5)工業(yè)上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭與水蒸氣反應生成水煤氣，再提純水煤氣得到純凈的H2，提純水煤氣得到純凈的H2的化學方程式為________________________。 答案　(1)①②③ (2)SiHCl3＋H2Si＋3HCl (3)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ (4)CO2　CO2和HCl (5)CO2＋H2OCO2＋H2、 CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O 解析　反應①為石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反應：SiO2＋2CSi＋2CO↑，屬于置換反應；反應②是Si＋3HClSiHCl3＋H2，屬于置換反應；反應③是SiHCl3＋H2Si＋3HCl，屬于置換反應；反應④為特定條件下的反應：CO＋H2OH2＋CO2，不屬于置換反應。A、B、C分別為CO、CO2、HCl，其中CO2是溫室氣體，是節(jié)能減排的目標氣體，CO2和HCl通入W(硅酸鈉)溶液中能夠生成白色沉淀(硅酸)。 14．硅及其化合物在自然界廣泛存在并被人類應用。 (1)氮化硅膜與二氧化硅膜相比較具有表面化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點，故氮化硅膜可用于半導體工業(yè)。可以用NH3和SiH4(硅烷)在一定條件下反應，并在600T的加熱基板上生成氮化硅膜： 3SiH4＋4NH3Si3N4＋12H2 以硅化鎂為原料制備硅烷的反應和工業(yè)流程如下： 反應原理：4NH4Cl＋Mg2Si4NH3↑＋SiH4↑＋2MgCl2　ΔH＜0 ①NH4Cl中的化學鍵類型有______________________，SiH4的電子式為______________。 ②上述生產(chǎn)硅烷的過程中液氨的作用是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 ③氨氣是重要的工業(yè)原料，寫出氨氣發(fā)生催化氧化反應生成NO的化學方程式________________________________________________________________________， 實驗室可利用如右圖所示裝置完成該反應。在實驗過程中，除觀察到錐形瓶中產(chǎn)生紅棕色氣體外，還可觀察到有白煙生成，白煙的主要成分是______________。 (2)三硅酸鎂(Mg2Si3O8·nH2O)難溶于水，在醫(yī)藥上可做抗酸劑。它除了可以中和胃液中多余的酸之外，生成的H2SiO3還可覆蓋在有潰瘍的胃表面，保護其不再受刺激。三硅酸鎂與鹽酸反應的化學方程式為__________________________________________。將0.184g三硅酸鎂加入 到50mL0.1mol·L－1鹽酸中，充分反應后，濾去沉淀，用0.1mol·L－1NaOH溶液滴定剩余的鹽酸，消耗NaOH溶液30mL，則Mg2Si3O8·nH2O中n的值為__________。(注：Mg2Si3O8的摩爾質量為260g·mol－1)。 答案　(1)①極性鍵(或共價鍵)、配位鍵、離子鍵 ②吸收熱量，保證反應在常溫下進行(答“制冷”或“降溫”均可)?、?NH3＋5O24NO＋6H2O　NH4NO3(或硝酸銨) (2)Mg2Si3O8·nH2O＋4HCl===3H2SiO3＋2MgCl2＋(n－1)H2O　6 解析　(1)②液氨的作用是制冷、吸收熱量，保證反應在常溫下進行，液氨并不參與反應。 (2)書寫Mg2Si3O8·nH2O與HCl反應的化學方程式時，Mg2Si3O8·nH2O要以整體形式出現(xiàn)。 Mg2Si3O8·nH2O＋4HCl===3H2SiO3＋2MgCl2＋(n－1)H2O 　1mol4mol 0.050L×0.1mol·L－1－0.1mol·L－1×0.030L 　xmol＝0.002mol x＝0.0005 0．0005×(260＋18n)＝0.184，n＝6。