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(新高考)高考化学一轮复习课时练习第4章第1讲碳、硅及无机非金属材料(含解析)
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这是一份(新高考)高考化学一轮复习课时练习第4章第1讲碳、硅及无机非金属材料(含解析)，共22页。试卷主要包含了碳及其重要化合物，硅 无机非金属材料等内容，欢迎下载使用。
非金属及其化合物
第1讲 碳、硅及无机非金属材料
课 程 标 准
知 识 建 构
1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究了解碳、硅及其重要化合物的主要性质。
2．认识碳、硅及其化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。
3．结合实例认识碳、硅及其化合物的多样性，能利用典型代表物的反应，制备常见的物质。
一、碳及其重要化合物
1．碳单质
(1)常见碳单质的结构和物理性质
常见的碳单质有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、碳纳米管等，它们互为同素异形体。
(2)化学性质
①
②
③
2．CO和CO2
(1)物理性质
色态味
密度(比空气)
水溶性
毒性
CO
无色、无
味、气体
小
难溶
有
CO2
大
能溶
无
(2)化学性质
①CO具有较强的还原性，可以与O2、金属氧化物等发生反应。
如与Fe2O3反应：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。
②CO2是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。
a.
b.
【特别提醒】
溶液中通入CO2气体产生沉淀的问题
向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2气体，由于盐酸的酸性比碳酸的强，不会产生BaCO3或CaCO3沉淀。
3．碳酸和碳酸盐
(1)碳酸
二元弱酸、不稳定，常用CO2＋H2O代替H2CO3。
(2)碳酸的正盐和酸式盐的比较
正盐(CO)
酸式盐(HCO)
溶解性
只有钾、钠、铵盐可溶
一般都可溶
热稳定性
正盐＞酸式盐
溶液pH
同浓度：正盐＞酸式盐
相互转化
COHCO
【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)石墨烯、足球烯结构不同，但都属于烯烃( )
(2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应( )
(3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨( )
(4)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( )
(5)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体( )
(6)碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
二、硅 无机非金属材料
1．硅
(1)硅的结构与物理性质
(2)化学性质
(3)硅的工业制法
(4)用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片。
2．二氧化硅
3．硅酸
4．硅酸盐
(1)硅酸钠：硅酸钠的溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
(2)硅酸盐的氧化物表示法：
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。
如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，
长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
【特别提醒】
硅酸盐的氧化物写法中系数的配置原则
硅酸盐改写为氧化物形式时，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。当系数配置出现分数时一般应化为整数。如上例中KAlSi3O8，将K2O·Al2O3·3SiO2，写成K2O·Al2O3·6SiO2。
5．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。
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(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，不溶于任何酸( )
(7)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)×
考点一 碳及其化合物的性质及应用
【典例1】 草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。
回答下列问题：
(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是____________________________________________，
反应的离子方程式为____________________________________________，
说明分解产物中含有________。装置B的主要作用是
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_________________________
___________________________________________________________________。
(3)若上图中的装置C中的澄清石灰水改为水玻璃，则装置C中的现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________，
反应的离子方程式为____________________________________________，
此现象说明H2SiO3比H2CO3的酸性________。
(4)若把上图中装置C中的澄清石灰水改为饱和Na2CO3溶液，则装置C中的现象是____________________________________________________________，反应的离子方程式为________________________________________________。
答案 (1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋H2O CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I CuO ②H中黑色粉末变为红色，其前的D中澄清石灰水无现象，其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)C中溶液产生白色沉淀或变浑浊，且有气泡逸出 CO2＋SiO＋H2O=== H2SiO3↓＋CO 弱
(4)产生白色沉淀或变浑浊，有气泡逸出 2Na＋＋CO＋CO2＋H2O=== 2NaHCO3↓
解析 (1)草酸受热分解可能生成CO2、H2O，CO2能使澄清石灰水变浑浊，故在C观察到的现象为有气泡产生，澄清石灰水变浑浊；根据C中澄清石灰水变浑浊可知草酸晶体分解产物中有CO2；草酸和Ca2＋反应生成难溶物草酸钙，冰水起到冷凝水蒸气和草酸的作用，防止草酸进入装置C和Ca2＋反应生成沉淀，干扰CO2的检验。
(2)①要检验草酸分解产物可能存在CO，可通过先除去CO2和可能蒸发出的未分解的草酸，可通过将气体通入浓氢氧化钠溶液除去CO2，之后对气体进行干燥处理，则需通入无水氯化钙，然后再通入灼热的CuO，若有CO，则发生反应CO＋CuOCu＋CO2，再将产生的气体通入澄清石灰水中检验是否有CO2生成，由于CO不一定完全反应，CO为有毒气体，则最后需连接尾气处理装置，故依次连接的合理顺序为A、B、F、D、G、H、D、I；CO和CuO反应生成CO2和Cu，故装置H中的物质为CuO。
②若存在CO，CO＋CuOCu＋CO2，H中黑色的CuO被还原为红色Cu，同时生成CO2，则D中观察到澄清石灰水变浑浊。
检验CO2中是否存在CO的装置及作用
各装置的作用是：
A——除去混合气体中的CO2
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——干燥气体
D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2
E——安全瓶，防倒吸
F——验证CO的氧化产物CO2
G——除去尾气中的CO，防止污染环境
确定混合气体中含有CO的实验现象是：
D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。
【对点练1】 (CO2的性质)(2020·安徽省淮北模拟)有以下六种饱和溶液①CaCl2；②Ca(OH)2；③Na2SiO3；④Na2CO3；⑤NaAlO2；⑥NH3和NaCl。分别持续通入CO2，最终不会得到沉淀或析出晶体的是( )
A．①② B．③⑤
C．①⑥ D．④⑥
答案 A
解析 ①碳酸比盐酸酸性弱，CO2与CaCl2溶液不会反应，无沉淀生成，故①正确；②酸性氧化物能与碱反应，过量的CO2与Ca(OH)2反应：Ca(OH)2＋2CO2===Ca(HCO3)2，无沉淀生成，故②正确；③碳酸比硅酸强，过量的CO2与Na2SiO3溶液反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O ===2NaHCO3＋H2SiO3↓，产生硅酸沉淀，故③错误；④过量的CO2通入饱和Na2CO3溶液中发生反应：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，因为相同温度下碳酸氢钠溶解度比碳酸钠小，所以有NaHCO3晶体析出，故④错误；⑤NaAlO2溶液通入过量的二氧化碳，由于碳酸酸性比氢氧化铝强，所以生成氢氧化铝白色沉淀和碳酸氢钠，2H2O＋NaAlO2＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，故⑤错误；⑥通入CO2与NH3和NaCl反应生成氯化铵和碳酸氢钠，碳酸氢钠的溶解度较小，则最终析出碳酸氢钠晶体，故⑥错误；故选A。
【对点练2】 (碳的氧化物的性质及应用)(2020·湘赣皖十五校第一次联考模拟题)通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品(如图所示)，是一种较为理想的减排方式，下列说法中不正确的是( )
A．CO2经催化分解为C、CO、O2的反应为吸热反应
B．除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法
C．过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理不相同
D．由CO2和H2合成甲醇，原子利用率达100%
答案 D
解析 该反应应为吸热反应，A正确；碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，因此除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法，B正确；过氧化尿素使品红溶液褪色是利用它的强氧化性，而二氧化硫使品红溶液褪色是利用它与品红化合生成不稳定的无色物质，原理不相同，C正确；由碳氧原子个数比可知，二氧化碳与氢气合成甲醇的原子利用率不是100%，D错误。
考点二 硅、无机非金属材料的性质与应用
【典例2】 将足量CO2气体通入Na2SiO3溶液中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是( )
A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2
答案 A
解析 将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2O＋SiO2,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A。
【对点练3】 (硅和二氧化硅的特性)由下列实验事实得出的结论正确的是( )
A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐
B．由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性强于硅
C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
答案 C
【对点练4】 (硅酸盐的性质和写法)(2020·湖南怀化市高三期末)青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是( )
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol青石棉能还原1 mol HNO3
答案 B
解析 硅酸盐指的是Si、O与其他化学元素结合而成的化合物的总称，根据青石棉的化学式可知，青石棉是一种硅酸盐产品，故A说法正确；硅酸盐中不含有SiO2，因此青石棉中不含石英晶体，故B说法错误；按照硅酸盐写成氧化物形式，青石棉的化学式组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，故C说法正确；根据C选项分析，青石棉中含有＋2价的铁，与硝酸发生氧化还原反应，根据得失电子数目守恒可知，1 mol青石棉能还原1 mol HNO3，故D说法正确。
【对点练5】 (无机非金属材料)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，其硬度大于金刚石的硬度
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∶4
答案 B
1．(2020·山东学业水平等级考试，4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( )
A．键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6
B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度
C．SiH4中Si的化合价为＋4，CH4中C的化合价为－4，因此SiH4还原性小于CH4
D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p—p π键
答案 C
解析 化合物中键能越大，该物质越稳定，由于键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H，故可判断稳定性：C2H6>Si2H6，A项正确；SiC与金刚石均为立体网状的共价晶体，二者成键和结构均相似，均具有很高的硬度，B项正确；根据非金属性C>Si，可知还原性：SiH4>CH4，C项错误；由于原子半径：Si>C，Si原子间难形成p－p π键，故决定了Si原子间很难形成双键，D项正确。
2．(2020·课标全国Ⅱ，9)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很大影响，其原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A．海水酸化能引起HCO浓度增大、CO浓度减小
B．海水酸化能促进CaCO3的溶解，导致珊瑚礁减少
C．CO2能引起海水酸化，其原理为HCOH＋＋CO
D．使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境
答案 C
解析 根据图示可知CO2的过量排放，能导致海水中CO2＋H2OH2CO3 H＋＋HCO平衡右移；H＋又能与珊瑚礁溶解生成的CO结合生成HCO，促使CaCO3Ca2＋＋CO平衡右移，从而使珊瑚礁减少。结合上述分析可知海水酸化，海水中H＋和HCO的浓度均增大，使海水中CO的浓度减小，A项正确；H＋可结合珊瑚礁溶解产生的CO，故能促进CaCO3的溶解，使珊瑚礁减少，B项正确；CO2引起海水酸化的原理为CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO，C项错误；使用太阳能、氢能等新能源，能有效减少CO2的排放，利于改善珊瑚的生存环境，D项正确。
3．(2020·7月浙江选考，24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是( )
A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
答案 D
解析 加热时氯化铵分解生成HCl和氨气，HCl与Ca3SiO5反应得到硅酸钙、氯化钙和水，A项正确；水泥吸水会变硬，需密封保存，B项正确；Ca3SiO5能与二氧化硫反应得到亚硫酸钙，C项正确；由上述分析可知，Ca3SiO5与足量盐酸反应得不到二氧化硅，D项错误。
4．(高考组合题)化学与生活密切相关。下列叙述错误的是( )
A．(2019·全国卷Ⅲ，7A)高纯硅可用于制作光感电池
B．(2019·全国卷Ⅲ，7C)活性炭具有除异味和杀菌作用
C．(2019·天津，3D)无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水
D．(2019·浙江4月选考，8C)天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅
答案 B
5.(2021·1月湖北学业水平选择考适应性测试，14)水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙(3CaO·SiO2)。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下
2(3CaO·SiO2)＋6H2O===3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca(OH)2 ΔH<0
但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是( )
A.水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B.水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C.水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D.以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
答案 C
解析 A.水泥由黏土和石灰石等混合、研磨，经高温煅烧制得，正确；B.水泥生产过程中加入石膏的目的是为了调节水泥的凝结硬化速率，从而调整水泥的凝结时间，正确；C.水与硅酸三钙发生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，错误；D.以冰代水可吸收反应放出的热量，减少了热膨胀及水蒸气的产生，保证了建筑质量，正确。
6．(高考组合题)下列说法正确的是( )
A．(2018·天津，1C)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土
B．(2018·海南，5B)SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池
C．(2018·海南，9A)12 g金刚石中含有化学键的数目为4NA
D．(2018·江苏，3B)SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维
答案 A
解析 工业上以黏土为原料烧制瓷器，A项正确；二氧化硅对光具有良好的全反射作用，故用于制作光导纤维，而Si为半导体材料，可作光电材料，B项错误；在金刚石中，1个C原子参与形成4个C—C键，则平均每个C原子形成4×＝2个C—C键，n(金刚石)＝＝1 mol，所以12 g金刚石中含有2NA个化学键，C项错误；SiO2作光导纤维是由于SiO2具有光学性质，与熔点和硬度无关，D项错误。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学性质或用途不相符的一组是( )
选项
俗名
主要成分(化学式)
用途
A
石英
SiO2
集成电路
B
纯碱
Na2CO3
制备玻璃
C
水玻璃
Na2SiO3
制备硅胶
D
铁红
Fe2O3
用作油漆和涂料
答案 A
2．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A．石墨烯具有良好的导电性
B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
答案 D
解析 石墨烯具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件与浓硫酸都能发生反应，且反应产物相同，D错误。
3．甲气体可发生如下变化：甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体。则甲、乙、丙、丁分别为( )
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 以丙气体为突破口，丙通过灼热的CuO后，生成的乙气体可与澄清石灰水反应生成丁固体，说明乙是CO2，则逆推出丙是CO，则甲是O2，丁是CaCO3。
4．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是( )
A．2C＋SiO2Si＋2CO↑
B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
C．Si＋2Cl2SiCl4
D．SiCl4＋2H2Si＋4HCl
答案 B
解析 由SiO2制取Si时要先制得粗硅，反应为2C＋SiO2Si＋2CO↑，然后再进行提纯，反应依次为Si＋2Cl2SiCl4、SiCl4＋2H2Si＋4HCl。
5．下列硅元素及其化合物的有关说法正确的是( )
A．SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，故为两性氧化物
B．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸
C．因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液
D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO均能一步转化
答案 C
解析 A项，SiO2与氢氟酸反应生成的SiF4不是盐，SiO2不是两性氧化物；B项，碳酸比硅酸酸性强；D项，SiO2不能一步转化为H2SiO3。
6．下列说法正确的是( )
①合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 ②硅酸可制备硅胶，硅胶可用作袋装食品、瓶装药品的干燥剂
③Mg2＋、H＋、SiO、SO在水溶液中能大量共存 ④向含K＋、Na＋、
Br－、SiO的溶液中通入CO2后仍能大量共存 ⑤SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
⑥硅酸钠可制备木材防火剂，也可用于制备硅酸胶体
A．①⑤⑥ B．②⑥
C．①②⑥ D．③④⑥
答案 B
解析 合成纤维属于有机合成材料，①不正确；Mg2＋、H＋均不能与SiO大量共存，③不正确；SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO，④不正确；SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，⑤不正确，正确答案为B。
7．(2020·成都调研)科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法错误的是( )
A．CO2是自然界碳循环中的重要物质
B．CO2加氢转化为乙烯，CO2被还原
C．CO2电催化时，在阳极转化为燃料
D．CO2与环氧丙烷可合成可降解塑料
答案 C
解析 含碳燃料燃烧以及动植物呼吸都会产生二氧化碳，植物光合作用消耗二氧化碳，所以CO2是自然界碳循环中的重要物质，故A正确；CO2加氢转化为乙烯，C的化合价降低，CO2得电子，被还原，故B正确；CO2中C为＋4价，只能发生得电子的还原反应，CO2在阴极得电子转化为燃料，阳极为失电子的氧化反应，故C错误；CO2与环氧丙烷发生加聚反应，可合成可降解塑料，故D正确。
8．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除能与HF反应外，还能与其他强酸反应
B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
答案 C
解析 SiO2是酸性氧化物，与HF反应是其特殊性质，A项错误；Na2CO3水溶液显碱性，保存时不能用带玻璃塞的试剂瓶，B项错误；在图示转化关系中，只有第一行为氧化还原反应，其余的均为非氧化还原反应，D项错误。
9．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价，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。
10．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2，溶液变浑浊
饱和Na2CO3溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
澄清石灰水
答案 B
解析 由于相同温度下Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失，B项错误；CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色，C项正确；CO2少量与石灰水反应生成CaCO3，CO2过量时生成Ca(HCO3)2，加入NaOH，Ca(HCO3)2又转变为CaCO3，D项正确。
11．(2021·湖南百校高三联考)某科研小组探究用非贵金属催化剂对汽车尾气进行催化转化，实验装置如下：
已知用草酸制备CO的反应为H2C2O4·2H2OCO↑＋CO2↑＋3H2O。下列说法错误的是( )
A．可用铜与稀硝酸反应制取NO并经无水CaCl2干燥
B．制取并纯化CO时，将草酸分解产生的气体依次通过足量NaOH浓溶液、碱石灰
C．设计装置b是为了收集生成的N2
D．装置c中盛放的试剂可以是澄清石灰水
答案 C
解析 CO、NO经干燥后在催化剂作用下发生反应，转化为无毒的CO2、N2，利用该原理可将汽车尾气处理后排放。通入装置a反应管前，气体必须干燥，铜与稀硝酸反应生成NO，可用无水CaCl2干燥，A正确；草酸受热分解产生的气体通过足量NaOH浓溶液可以除去CO2，通过碱石灰干燥，还可除去还可能存在的极少量CO2，最终只剩下干燥的CO气体，B正确；装置b为安全瓶，用于防倒吸，C错误；装置c用于检验是否有CO2生成，故可以用澄清石灰水，D正确。
12．(2020·湖北黄冈市高三联考)制取Na2CO3和高纯Si的工艺流程如图所示，下列说法错误的是( )
A．反应①属于固氮反应
B．步骤②为先向饱和食盐水中通入CO2至饱和后，再通入NH3
C．反应⑤、⑥均为氧化还原反应
D．用精馏的方法可提纯三氯氢硅
答案 B
解析 A．N2与H2在一定条件下合成NH3，是氮元素的单质变为化合物的过程，因此属于氮的固定，A正确；B.先向饱和食盐水中通入足量NH3，再通入CO2气体，B错误；C.反应⑤、⑥中均有元素化合价的变化，因此这两个反应均为氧化还原反应，C正确；D.由于三氯氢硅沸点只有33 ℃，比较低，与其他杂质的沸点不同，因此可通过蒸馏(精馏)的方法分离提纯，D正确。
二、非选择题(本题包括3小题)
13．我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，微观结构如图所示。回答相关问题。
(1)干冰属于________晶体，石英属于________晶体，晶体结构中最小环上原子个数为________。
(2)高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，但光导纤维遇强碱会造成信号中断，原因是______________________________________________________
____________________________________________________________________ (用化学方程式表示)。
(3)熔化纯碱时不能选用普通坩埚，理由是____________________________
______________________________________________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。
答案 (1)分子 原子 12 (2)2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O (3)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
14．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”)。
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
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。
15．二氯二氢硅(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)利用浓硫酸、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)连接顺序为
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)新的制取SiH2Cl2的方法是：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。如果通入气体顺序相反，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 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 (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，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中。(6)如果通入气体顺序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。
非金属及其化合物
第1讲 碳、硅及无机非金属材料
课 程 标 准
知 识 建 构
1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究了解碳、硅及其重要化合物的主要性质。
2．认识碳、硅及其化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。
3．结合实例认识碳、硅及其化合物的多样性，能利用典型代表物的反应，制备常见的物质。
一、碳及其重要化合物
1．碳单质
(1)常见碳单质的结构和物理性质
常见的碳单质有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、碳纳米管等，它们互为同素异形体。
(2)化学性质
①
②
③
2．CO和CO2
(1)物理性质
色态味
密度(比空气)
水溶性
毒性
CO
无色、无
味、气体
小
难溶
有
CO2
大
能溶
无
(2)化学性质
①CO具有较强的还原性，可以与O2、金属氧化物等发生反应。
如与Fe2O3反应：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。
②CO2是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。
a.
b.
【特别提醒】
溶液中通入CO2气体产生沉淀的问题
向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2气体，由于盐酸的酸性比碳酸的强，不会产生BaCO3或CaCO3沉淀。
3．碳酸和碳酸盐
(1)碳酸
二元弱酸、不稳定，常用CO2＋H2O代替H2CO3。
(2)碳酸的正盐和酸式盐的比较
正盐(CO)
酸式盐(HCO)
溶解性
只有钾、钠、铵盐可溶
一般都可溶
热稳定性
正盐＞酸式盐
溶液pH
同浓度：正盐＞酸式盐
相互转化
COHCO
【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)石墨烯、足球烯结构不同，但都属于烯烃( )
(2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应( )
(3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨( )
(4)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( )
(5)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体( )
(6)碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
二、硅 无机非金属材料
1．硅
(1)硅的结构与物理性质
(2)化学性质
(3)硅的工业制法
(4)用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片。
2．二氧化硅
3．硅酸
4．硅酸盐
(1)硅酸钠：硅酸钠的溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
(2)硅酸盐的氧化物表示法：
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。
如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，
长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
【特别提醒】
硅酸盐的氧化物写法中系数的配置原则
硅酸盐改写为氧化物形式时，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。当系数配置出现分数时一般应化为整数。如上例中KAlSi3O8，将K2O·Al2O3·3SiO2，写成K2O·Al2O3·6SiO2。
5．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。
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(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，不溶于任何酸( )
(7)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)×
考点一 碳及其化合物的性质及应用
【典例1】 草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。
回答下列问题：
(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是____________________________________________，
反应的离子方程式为____________________________________________，
说明分解产物中含有________。装置B的主要作用是
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_________________________
___________________________________________________________________。
(3)若上图中的装置C中的澄清石灰水改为水玻璃，则装置C中的现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________，
反应的离子方程式为____________________________________________，
此现象说明H2SiO3比H2CO3的酸性________。
(4)若把上图中装置C中的澄清石灰水改为饱和Na2CO3溶液，则装置C中的现象是____________________________________________________________，反应的离子方程式为________________________________________________。
答案 (1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋H2O CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I CuO ②H中黑色粉末变为红色，其前的D中澄清石灰水无现象，其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)C中溶液产生白色沉淀或变浑浊，且有气泡逸出 CO2＋SiO＋H2O=== H2SiO3↓＋CO 弱
(4)产生白色沉淀或变浑浊，有气泡逸出 2Na＋＋CO＋CO2＋H2O=== 2NaHCO3↓
解析 (1)草酸受热分解可能生成CO2、H2O，CO2能使澄清石灰水变浑浊，故在C观察到的现象为有气泡产生，澄清石灰水变浑浊；根据C中澄清石灰水变浑浊可知草酸晶体分解产物中有CO2；草酸和Ca2＋反应生成难溶物草酸钙，冰水起到冷凝水蒸气和草酸的作用，防止草酸进入装置C和Ca2＋反应生成沉淀，干扰CO2的检验。
(2)①要检验草酸分解产物可能存在CO，可通过先除去CO2和可能蒸发出的未分解的草酸，可通过将气体通入浓氢氧化钠溶液除去CO2，之后对气体进行干燥处理，则需通入无水氯化钙，然后再通入灼热的CuO，若有CO，则发生反应CO＋CuOCu＋CO2，再将产生的气体通入澄清石灰水中检验是否有CO2生成，由于CO不一定完全反应，CO为有毒气体，则最后需连接尾气处理装置，故依次连接的合理顺序为A、B、F、D、G、H、D、I；CO和CuO反应生成CO2和Cu，故装置H中的物质为CuO。
②若存在CO，CO＋CuOCu＋CO2，H中黑色的CuO被还原为红色Cu，同时生成CO2，则D中观察到澄清石灰水变浑浊。
检验CO2中是否存在CO的装置及作用
各装置的作用是：
A——除去混合气体中的CO2
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——干燥气体
D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2
E——安全瓶，防倒吸
F——验证CO的氧化产物CO2
G——除去尾气中的CO，防止污染环境
确定混合气体中含有CO的实验现象是：
D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。
【对点练1】 (CO2的性质)(2020·安徽省淮北模拟)有以下六种饱和溶液①CaCl2；②Ca(OH)2；③Na2SiO3；④Na2CO3；⑤NaAlO2；⑥NH3和NaCl。分别持续通入CO2，最终不会得到沉淀或析出晶体的是( )
A．①② B．③⑤
C．①⑥ D．④⑥
答案 A
解析 ①碳酸比盐酸酸性弱，CO2与CaCl2溶液不会反应，无沉淀生成，故①正确；②酸性氧化物能与碱反应，过量的CO2与Ca(OH)2反应：Ca(OH)2＋2CO2===Ca(HCO3)2，无沉淀生成，故②正确；③碳酸比硅酸强，过量的CO2与Na2SiO3溶液反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O ===2NaHCO3＋H2SiO3↓，产生硅酸沉淀，故③错误；④过量的CO2通入饱和Na2CO3溶液中发生反应：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，因为相同温度下碳酸氢钠溶解度比碳酸钠小，所以有NaHCO3晶体析出，故④错误；⑤NaAlO2溶液通入过量的二氧化碳，由于碳酸酸性比氢氧化铝强，所以生成氢氧化铝白色沉淀和碳酸氢钠，2H2O＋NaAlO2＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，故⑤错误；⑥通入CO2与NH3和NaCl反应生成氯化铵和碳酸氢钠，碳酸氢钠的溶解度较小，则最终析出碳酸氢钠晶体，故⑥错误；故选A。
【对点练2】 (碳的氧化物的性质及应用)(2020·湘赣皖十五校第一次联考模拟题)通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品(如图所示)，是一种较为理想的减排方式，下列说法中不正确的是( )
A．CO2经催化分解为C、CO、O2的反应为吸热反应
B．除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法
C．过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理不相同
D．由CO2和H2合成甲醇，原子利用率达100%
答案 D
解析 该反应应为吸热反应，A正确；碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，因此除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法，B正确；过氧化尿素使品红溶液褪色是利用它的强氧化性，而二氧化硫使品红溶液褪色是利用它与品红化合生成不稳定的无色物质，原理不相同，C正确；由碳氧原子个数比可知，二氧化碳与氢气合成甲醇的原子利用率不是100%，D错误。
考点二 硅、无机非金属材料的性质与应用
【典例2】 将足量CO2气体通入Na2SiO3溶液中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是( )
A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2
答案 A
解析 将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2O＋SiO2,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A。
【对点练3】 (硅和二氧化硅的特性)由下列实验事实得出的结论正确的是( )
A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐
B．由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性强于硅
C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
答案 C
【对点练4】 (硅酸盐的性质和写法)(2020·湖南怀化市高三期末)青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是( )
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol青石棉能还原1 mol HNO3
答案 B
解析 硅酸盐指的是Si、O与其他化学元素结合而成的化合物的总称，根据青石棉的化学式可知，青石棉是一种硅酸盐产品，故A说法正确；硅酸盐中不含有SiO2，因此青石棉中不含石英晶体，故B说法错误；按照硅酸盐写成氧化物形式，青石棉的化学式组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，故C说法正确；根据C选项分析，青石棉中含有＋2价的铁，与硝酸发生氧化还原反应，根据得失电子数目守恒可知，1 mol青石棉能还原1 mol HNO3，故D说法正确。
【对点练5】 (无机非金属材料)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，其硬度大于金刚石的硬度
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∶4
答案 B
1．(2020·山东学业水平等级考试，4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( )
A．键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6
B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度
C．SiH4中Si的化合价为＋4，CH4中C的化合价为－4，因此SiH4还原性小于CH4
D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p—p π键
答案 C
解析 化合物中键能越大，该物质越稳定，由于键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H，故可判断稳定性：C2H6>Si2H6，A项正确；SiC与金刚石均为立体网状的共价晶体，二者成键和结构均相似，均具有很高的硬度，B项正确；根据非金属性C>Si，可知还原性：SiH4>CH4，C项错误；由于原子半径：Si>C，Si原子间难形成p－p π键，故决定了Si原子间很难形成双键，D项正确。
2．(2020·课标全国Ⅱ，9)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很大影响，其原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A．海水酸化能引起HCO浓度增大、CO浓度减小
B．海水酸化能促进CaCO3的溶解，导致珊瑚礁减少
C．CO2能引起海水酸化，其原理为HCOH＋＋CO
D．使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境
答案 C
解析 根据图示可知CO2的过量排放，能导致海水中CO2＋H2OH2CO3 H＋＋HCO平衡右移；H＋又能与珊瑚礁溶解生成的CO结合生成HCO，促使CaCO3Ca2＋＋CO平衡右移，从而使珊瑚礁减少。结合上述分析可知海水酸化，海水中H＋和HCO的浓度均增大，使海水中CO的浓度减小，A项正确；H＋可结合珊瑚礁溶解产生的CO，故能促进CaCO3的溶解，使珊瑚礁减少，B项正确；CO2引起海水酸化的原理为CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO，C项错误；使用太阳能、氢能等新能源，能有效减少CO2的排放，利于改善珊瑚的生存环境，D项正确。
3．(2020·7月浙江选考，24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是( )
A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
答案 D
解析 加热时氯化铵分解生成HCl和氨气，HCl与Ca3SiO5反应得到硅酸钙、氯化钙和水，A项正确；水泥吸水会变硬，需密封保存，B项正确；Ca3SiO5能与二氧化硫反应得到亚硫酸钙，C项正确；由上述分析可知，Ca3SiO5与足量盐酸反应得不到二氧化硅，D项错误。
4．(高考组合题)化学与生活密切相关。下列叙述错误的是( )
A．(2019·全国卷Ⅲ，7A)高纯硅可用于制作光感电池
B．(2019·全国卷Ⅲ，7C)活性炭具有除异味和杀菌作用
C．(2019·天津，3D)无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水
D．(2019·浙江4月选考，8C)天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅
答案 B
5.(2021·1月湖北学业水平选择考适应性测试，14)水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙(3CaO·SiO2)。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下
2(3CaO·SiO2)＋6H2O===3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca(OH)2 ΔH<0
但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是( )
A.水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B.水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C.水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D.以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
答案 C
解析 A.水泥由黏土和石灰石等混合、研磨，经高温煅烧制得，正确；B.水泥生产过程中加入石膏的目的是为了调节水泥的凝结硬化速率，从而调整水泥的凝结时间，正确；C.水与硅酸三钙发生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，错误；D.以冰代水可吸收反应放出的热量，减少了热膨胀及水蒸气的产生，保证了建筑质量，正确。
6．(高考组合题)下列说法正确的是( )
A．(2018·天津，1C)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土
B．(2018·海南，5B)SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池
C．(2018·海南，9A)12 g金刚石中含有化学键的数目为4NA
D．(2018·江苏，3B)SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维
答案 A
解析 工业上以黏土为原料烧制瓷器，A项正确；二氧化硅对光具有良好的全反射作用，故用于制作光导纤维，而Si为半导体材料，可作光电材料，B项错误；在金刚石中，1个C原子参与形成4个C—C键，则平均每个C原子形成4×＝2个C—C键，n(金刚石)＝＝1 mol，所以12 g金刚石中含有2NA个化学键，C项错误；SiO2作光导纤维是由于SiO2具有光学性质，与熔点和硬度无关，D项错误。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学性质或用途不相符的一组是( )
选项
俗名
主要成分(化学式)
用途
A
石英
SiO2
集成电路
B
纯碱
Na2CO3
制备玻璃
C
水玻璃
Na2SiO3
制备硅胶
D
铁红
Fe2O3
用作油漆和涂料
答案 A
2．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A．石墨烯具有良好的导电性
B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
答案 D
解析 石墨烯具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件与浓硫酸都能发生反应，且反应产物相同，D错误。
3．甲气体可发生如下变化：甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体。则甲、乙、丙、丁分别为( )
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 以丙气体为突破口，丙通过灼热的CuO后，生成的乙气体可与澄清石灰水反应生成丁固体，说明乙是CO2，则逆推出丙是CO，则甲是O2，丁是CaCO3。
4．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是( )
A．2C＋SiO2Si＋2CO↑
B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
C．Si＋2Cl2SiCl4
D．SiCl4＋2H2Si＋4HCl
答案 B
解析 由SiO2制取Si时要先制得粗硅，反应为2C＋SiO2Si＋2CO↑，然后再进行提纯，反应依次为Si＋2Cl2SiCl4、SiCl4＋2H2Si＋4HCl。
5．下列硅元素及其化合物的有关说法正确的是( )
A．SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，故为两性氧化物
B．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸
C．因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液
D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO均能一步转化
答案 C
解析 A项，SiO2与氢氟酸反应生成的SiF4不是盐，SiO2不是两性氧化物；B项，碳酸比硅酸酸性强；D项，SiO2不能一步转化为H2SiO3。
6．下列说法正确的是( )
①合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 ②硅酸可制备硅胶，硅胶可用作袋装食品、瓶装药品的干燥剂
③Mg2＋、H＋、SiO、SO在水溶液中能大量共存 ④向含K＋、Na＋、
Br－、SiO的溶液中通入CO2后仍能大量共存 ⑤SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
⑥硅酸钠可制备木材防火剂，也可用于制备硅酸胶体
A．①⑤⑥ B．②⑥
C．①②⑥ D．③④⑥
答案 B
解析 合成纤维属于有机合成材料，①不正确；Mg2＋、H＋均不能与SiO大量共存，③不正确；SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO，④不正确；SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，⑤不正确，正确答案为B。
7．(2020·成都调研)科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法错误的是( )
A．CO2是自然界碳循环中的重要物质
B．CO2加氢转化为乙烯，CO2被还原
C．CO2电催化时，在阳极转化为燃料
D．CO2与环氧丙烷可合成可降解塑料
答案 C
解析 含碳燃料燃烧以及动植物呼吸都会产生二氧化碳，植物光合作用消耗二氧化碳，所以CO2是自然界碳循环中的重要物质，故A正确；CO2加氢转化为乙烯，C的化合价降低，CO2得电子，被还原，故B正确；CO2中C为＋4价，只能发生得电子的还原反应，CO2在阴极得电子转化为燃料，阳极为失电子的氧化反应，故C错误；CO2与环氧丙烷发生加聚反应，可合成可降解塑料，故D正确。
8．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除能与HF反应外，还能与其他强酸反应
B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
答案 C
解析 SiO2是酸性氧化物，与HF反应是其特殊性质，A项错误；Na2CO3水溶液显碱性，保存时不能用带玻璃塞的试剂瓶，B项错误；在图示转化关系中，只有第一行为氧化还原反应，其余的均为非氧化还原反应，D项错误。
9．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价，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。
10．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2，溶液变浑浊
饱和Na2CO3溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
澄清石灰水
答案 B
解析 由于相同温度下Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失，B项错误；CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色，C项正确；CO2少量与石灰水反应生成CaCO3，CO2过量时生成Ca(HCO3)2，加入NaOH，Ca(HCO3)2又转变为CaCO3，D项正确。
11．(2021·湖南百校高三联考)某科研小组探究用非贵金属催化剂对汽车尾气进行催化转化，实验装置如下：
已知用草酸制备CO的反应为H2C2O4·2H2OCO↑＋CO2↑＋3H2O。下列说法错误的是( )
A．可用铜与稀硝酸反应制取NO并经无水CaCl2干燥
B．制取并纯化CO时，将草酸分解产生的气体依次通过足量NaOH浓溶液、碱石灰
C．设计装置b是为了收集生成的N2
D．装置c中盛放的试剂可以是澄清石灰水
答案 C
解析 CO、NO经干燥后在催化剂作用下发生反应，转化为无毒的CO2、N2，利用该原理可将汽车尾气处理后排放。通入装置a反应管前，气体必须干燥，铜与稀硝酸反应生成NO，可用无水CaCl2干燥，A正确；草酸受热分解产生的气体通过足量NaOH浓溶液可以除去CO2，通过碱石灰干燥，还可除去还可能存在的极少量CO2，最终只剩下干燥的CO气体，B正确；装置b为安全瓶，用于防倒吸，C错误；装置c用于检验是否有CO2生成，故可以用澄清石灰水，D正确。
12．(2020·湖北黄冈市高三联考)制取Na2CO3和高纯Si的工艺流程如图所示，下列说法错误的是( )
A．反应①属于固氮反应
B．步骤②为先向饱和食盐水中通入CO2至饱和后，再通入NH3
C．反应⑤、⑥均为氧化还原反应
D．用精馏的方法可提纯三氯氢硅
答案 B
解析 A．N2与H2在一定条件下合成NH3，是氮元素的单质变为化合物的过程，因此属于氮的固定，A正确；B.先向饱和食盐水中通入足量NH3，再通入CO2气体，B错误；C.反应⑤、⑥中均有元素化合价的变化，因此这两个反应均为氧化还原反应，C正确；D.由于三氯氢硅沸点只有33 ℃，比较低，与其他杂质的沸点不同，因此可通过蒸馏(精馏)的方法分离提纯，D正确。
二、非选择题(本题包括3小题)
13．我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，微观结构如图所示。回答相关问题。
(1)干冰属于________晶体，石英属于________晶体，晶体结构中最小环上原子个数为________。
(2)高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，但光导纤维遇强碱会造成信号中断，原因是______________________________________________________
____________________________________________________________________ (用化学方程式表示)。
(3)熔化纯碱时不能选用普通坩埚，理由是____________________________
______________________________________________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。
答案 (1)分子 原子 12 (2)2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O (3)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
14．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”)。
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
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。
15．二氯二氢硅(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)利用浓硫酸、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)连接顺序为
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)新的制取SiH2Cl2的方法是：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。如果通入气体顺序相反，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 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 (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，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中。(6)如果通入气体顺序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。
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