高考化学一轮复习讲练 第4章 第13讲　碳、硅及无机非金属材料 (含解析)

这是一份高考化学一轮复习讲练 第4章 第13讲　碳、硅及无机非金属材料 (含解析)，共16页。试卷主要包含了碳酸等内容，欢迎下载使用。

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，掌握其主要性质及应用。
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。3.了解无机非金属材料的性质和用途。
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．氧化物(CO、CO2)的比较
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．碳酸的正盐和酸式盐的比较
问题思考
碳的重要化合物转化关系如下，
思考每步转化的试剂及条件，并用化学方程式表示标有序号的各步变化。
①________________________________________________________________________
②________________________________________________________________________
③________________________________________________________________________
④________________________________________________________________________
⑤________________________________________________________________________
⑥________________________________________________________________________
答案 ①2C＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO(氧气不足)(或C＋CO2eq \(=====,\s\up7(高温))2CO、2C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))2CO↑＋Si)
②2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2(或CO＋CuOeq \(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2)
③CO2＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))2CO
④CO2＋2Mgeq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C
⑤CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2
⑥Ca(HCO3)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCO3＋CO2↑＋H2O[或Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O]
(1)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( )
(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( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
解析 (4)由于盐酸的酸性比碳酸的强，CO2与CaCl2溶液不反应。
1．(2019·济宁一模)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法中，不正确的是( )
A．石墨烯是能导热的金属材料
B．铝合金是密度较小的金属材料
C．碳纤维是耐低温的无机非金属材料
D．新型材料种类多、用途广
答案 A
2．溶洞和钟乳石是大自然的杰作。溶洞和钟乳石的形成与自然界中碳及其化合物间的转化有着密切联系。下列有关自然界中碳及其化合物间的转化的说法，不正确的是( )
A．溶洞是通过CaCO3与H2O、CO2作用生成可溶性的Ca(HCO3)2形成的
B．游客的参观不会对其造成影响
C．溶洞和钟乳石的形成过程中没有涉及氧化还原反应
D．钟乳石是在一定条件下可溶性的Ca(HCO3)2转化成CaCO3的结果
答案 B
3．(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。
4．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________(填物质俗称)。
(4)为减少二氧化碳对环境的影响，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＋3H2eq \(============,\s\up7(300 ℃、200 kPa),\s\d5(催化剂))CH3OH＋H2O
1．硅单质
2．二氧化硅
3．硅酸
4．硅酸盐
(1)硅酸盐是由硅、氧与其他化学元素结合而成的化合物的总称，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。
(3)硅酸盐组成的表示方法：
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：
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。
如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为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
②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋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。
问题思考
(1)工业上可用以下流程制取高纯硅，完成各步反应的化学方程式：
反应①：______________________________________________________________________；
反应②：______________________________________________________________________；
反应③：______________________________________________________________________。
答案 SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
Si＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(△))SiCl4
SiCl4＋2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl
(2)能否依据反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋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。
(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，泡花碱属于盐。
题组一 硅 无机非金属材料的性质及应用
1．(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。
2．(2020·宜昌模拟)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、氧气等非金属单质发生反应
答案 C
3．(2020·河南期末)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 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；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；碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；由方程式SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 ml气体时，得到0.05 ml 即1.4 g硅，故D错误。
4．(2019·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 氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，故HF可用于刻蚀玻璃，故A正确；盐酸的酸性强于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸可制备硅酸凝胶，故B正确；根据N的非金属性强于Si及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；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。
题组二 工业上制取高纯硅
5．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：
eq \x(石英砂)eq \(――→,\s\up7(焦炭),\s\d5(高温))eq \x(粗硅)eq \(――――→,\s\up7(HCl),\s\d5(573 K以上))eq \x(SiHCl3粗)eq \(――→,\s\up7(精馏))eq \x(SiHCl3纯)eq \(――→,\s\up7(H2),\s\d5(1 357 K))eq \x(高纯硅)
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，写出并配平该反应的化学方程式：____________________________________________；
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步实验获得的固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是__________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)①SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 357 K))Si＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl 高温条件下，H2遇O2发生爆炸
(2)①2Mg＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))2MgO＋Si、2Mg＋Sieq \(=====,\s\up7(高温))Mg2Si
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，产生爆鸣声和火花，说明生成气体，应为SiH4。
1．(2019·全国卷Ⅰ，7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
答案 A
解析 “雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。
2．化学与生活密切相关。下列叙述错误的是( )
A．高纯硅可用于制作光感电池(2019·全国卷Ⅲ，7A)
B．活性炭具有除异味和杀菌作用(2019·全国卷Ⅲ，7C)
C．无水CCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水(2019·天津，3D)
D．天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅(2019·浙江4月选考，8C)
答案 B
3．下列说法正确的是( )
A．汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土(2018·天津，1C)
B．SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池(2018·海南，5B)
C．12 g金刚石中含有化学键的数目为4NA(2018·海南，9A)
D．SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维(2018·江苏，3B)
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×eq \f(1,2)＝2个C—C键，n(金刚石)＝eq \f(12 g,12 g·ml－1)＝1 ml，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。
4．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．可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液(2015·海南，7B)
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，NaOH与玻璃中的SiO2会发生反应2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O，产生的Na2SiO3有黏合性，会将玻璃瓶与玻璃塞黏在一起，因此不能使用玻璃塞，要用橡胶塞，错误。
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：
eq \x(X)eq \(――→,\s\up7(Mg),\s\d5(加热))eq \x(Mg2Z)eq \(――→,\s\up7(盐酸))eq \x(Y)eq \(――→,\s\up7(加热))eq \x(Z)
(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＋4Mgeq \(=====,\s\up7(△))2MgO＋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．(2019·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．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；瓷器是由黏土烧结而成，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。
3．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化为电能的常用材料
B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
C．石英玻璃和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
答案 A
解析 硅是人类将太阳能转化为电能的常用材料，A项正确；粗硅制备单晶硅的过程：粗硅首先与氯气发生氧化还原反应生成四氯化硅，四氯化硅再与氢气发生氧化还原反应生成纯硅，B项错误；石英玻璃不是硅酸盐制品，是二氧化硅制品，C项错误；盐酸不与硅反应，D项错误。
4．常温下，下列各组物质不发生反应的是( )
①硅与NaOH溶液 ②硅与盐酸 ③硅与氢氟酸 ④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与NaOH溶液 ⑥二氧化硅与浓硝酸
A．①②④ B．③④⑥
C．②⑤⑥ D．②④⑥
答案 D
解析 常温下，能发生反应①Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，③Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，⑤SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
5．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。
6．(2020·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。
7．(2019·宁波期末)最简单常见的碳氧化物包括一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。除了这两种为人熟知的无机物，碳与氧其实还能构成许多稳定或不稳定的碳氧化物，例如二氧化三碳(C3O2)、三氧化碳(CO3)、乙二酸酐(C2O3)等。下列说法不正确的是( )
A．按照有机化合物不饱和度的计算方式，CO2中有两个不饱和度
B．CO具有还原性，能够还原氧化铜
C．C3O2的结构式为O==C==C==C==O
D．CO2是一种常见的酸酐，CO和C2O3则不是
答案 D
解析 二氧化碳含两个碳氧双键，按照有机化合物不饱和度的计算方式，CO2中有两个不饱和度，故A正确；二氧化三碳中所有原子最外层均达到8电子稳定结构，则其结构式为：O==C==C==C==O，其电子式为故C正确；CO2是一种常见的酸酐，C2O3是乙二酸酐，CO不是酸酐，故D错误。
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·ml－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
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＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋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．虽然SiO2能与HF、NaOH反应，但SiO2不是两性氧化物
答案 D
解析 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。
11．高纯度晶体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：
SiO2eq \(――→,\s\up7(①C),\s\d5(高温))Si(粗)eq \(――→,\s\up7(②HCl),\s\d5(300 ℃))SiHCl3eq \(――――――→,\s\up7(③过量H2),\s\d5(1 000～1 100 ℃))Si(纯)
下列说法不正确的是( )
A．步骤①的化学方程式为：SiO2＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋CO2↑
B．步骤①中每生成1 ml Si，转移4 ml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 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＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，故A错误；步骤①中Si的化合价降低4，故每生成1 ml Si转移电子 4 ml，故B正确；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；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。
12．(2020·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。
13．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________(填字母)。
A．陶瓷 B．玻璃
C．水泥 D．生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_____________，工艺师常用______________________(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)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________(填字母)。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
(4)工业上常利用反应：2C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋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)D
(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸
(3)防火剂 D
(4)C SiO2
解析 (1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si元素，不属于硅酸盐。
(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。
(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，不能用以上材料的坩埚熔融纯碱。
(4)题给反应中C被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
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·ml－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 ml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H2：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。②反应生成1 ml纯硅需补充HCl(eq \f(3,90%)－3) ml，需补充H2(eq \f(1,93.75%)－1) ml，补充HCl与H2的物质的量之比为5∶1。CO
CO2
物理性质
无色无味气体
密度比空气小
难溶于水
无色无味气体
密度比空气大
可溶于水(溶解度小)
毒性
有毒(易结合血红蛋白)
无毒(温室效应)
化学性质
还原性
可燃性还原氧化铁
无(灭火)
氧化性
①与炽热炭反应
②Mg在CO2中燃烧
与水反应
无
CO2＋H2OH2CO3
与碱反应
(石灰水)
无
Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
(检验CO2)
相互转化
CO2eq \(,\s\up7(C，Δ),\s\d5(①O2；②CuO))CO
用途
燃料冶炼金属
灭火 制汽水 植物肥料 化工原料等
正盐(COeq \\al(2－,3))
酸式盐(HCOeq \\al(－,3))
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>碳酸
溶液pH
同浓度的：正盐>酸式盐
相互转化
COeq \\al(2－,3)eq \(,\s\up7(①CO2＋H2O；②H＋),\s\d5(OH－))HCOeq \\al(－,3)
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