2022高考化学专题复习 专题四 非金属及其化合物 第1讲　碳、硅及其化合物学案

这是一份2022高考化学专题复习 专题四 非金属及其化合物 第1讲　碳、硅及其化合物学案，共22页。学案主要包含了硅酸等内容，欢迎下载使用。


一、碳、硅及其化合物
1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
2.C、Si单质的化学性质
涉及的化学方程式:
①C+CO22CO或2C+O22CO
②CO2+C2CO
③CuO+CCu+CO↑
④C+H2O(g)CO+H2(制水煤气)
⑤Si+4HFSiF4↑+2H2↑
⑥Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
3.二氧化硅与二氧化碳的比较
4.CO2的实验室制法
(1)反应原理: CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O 。
(2)发生装置:启普发生器。
(3)除去CO2中混有的HCl的试剂: 饱和NaHCO3溶液 。
(4)收集方法: 向上排空气法 。
(5)验满方法: 用燃着的小木条靠近集气瓶口,火焰熄灭 。
5.硅的工业制取及提纯
涉及的化学方程式:
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+2Cl2SiCl4
③SiCl4+2H2Si+4HCl
二、硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
1.硅酸的性质、制备及用途
2.硅酸盐
(1)硅酸盐是由 硅、氧 元素和 金属 元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。
(2)Na2SiO3水溶液俗称 水玻璃 ,是无色液体,常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。
(3)硅酸钠溶液在空气中易变质,反应的化学方程式为Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3↓。
(4)硅酸盐组成的表示
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,排列顺序:活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为 Na2O·SiO2 ,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为 CaO·3MgO·4SiO2 。
3.无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料
玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ ;CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑ 。
(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。
(3)特殊功能的含硅物质
a.碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。
b.含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
c.硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(1)碳元素是形成化合物种类最多的元素( )
(2)因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记( )
(3)下列转化在一定条件下能够实现:SiO2SiCl4Si( )
(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维( )
(5)SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物( )
(6)SiO2与水反应可制取硅酸( )
(7)CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀( )
(8)水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品( )
(9)陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料( )
(10)水玻璃的化学性质稳定,在空气中不易变质( )
答案 (1)√ (2)√ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)✕ (7)√ (8)✕ (9)✕ (10)✕
2.将下列物质和其物理性质或用途用短线连接起来。
答案 ①—c ②—a ③—e ④—b ⑤—d ⑥—g ⑦—f
3.硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)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 。
A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚
C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚
(2)工业上常利用反应2C+SiO2Si+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)阻燃剂 D (2)C SiO2
考点一 碳、硅及其化合物
◆典例探究
例 (2020吉林长春模拟)将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中,生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是( )
答案 D CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应,但如果CO2先与KOH反应,则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3,因此,可以看成CO2先与Ca(OH)2反应,所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应,同样可以采用假设法判断,即如果先与CaCO3反应,则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应,因此是先与KOH反应,此过程生成沉淀的物质的量不变,当KOH反应完全,CO2再与CaCO3反应,直至沉淀完全溶解,故选D。
名师点拨
假设法判断CO2的反应顺序
假若CO2先与KOH反应,反应的化学方程式为2KOH+CO2K2CO3+H2O,然后产生的K2CO3会与Ca(OH)2反应,产生CaCO3沉淀和KOH,故CO2先与Ca(OH)2反应生成CaCO3沉淀。
◆题组训练
题组一 Si单质的存在形态、性质及用途
1.(2020河南洛阳月考)在自然界中,只能以化合态存在的元素是( )
A.碳 B.硅
C.硫 D.Au
答案 B Si为亲氧元素,在自然界中与一定氧结合形成化合物,B项符合题意。
2.(2020河北保定月考)高速公路两边的太阳能板使用的材料是( )
A.硅 B.钛合金
C.二氧化硅 D.铅合金
答案 A Si常用作半导体材料,应用于芯片、太阳能电池中,A正确。
题组二 二氧化碳的性质
3.(2020湖北宜昌模拟)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加剧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 乙烯的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志,D错误。
4.用4种溶液进行实验,下表中“溶液”与“操作及现象”对应关系错误的是( )
答案 B 2NaAlO2+CO2+3H2O2Al(OH)3↓+Na2CO3,继续通CO2至过量,Al(OH)3不溶于碳酸,沉淀不消失,B错误。
题组三 二氧化硅的性质
5.(2020黑龙江牡丹江模拟)下列有关硅及硅的化合物的叙述中,正确的是( )
A.硅是光导纤维的主要成分
B.硅是构成岩石与许多矿物的基本元素
C.SiO2是酸性氧化物,不与任何酸发生反应
D.可以通过SiO2一步制得硅酸
答案 B 光导纤维的主要成分是二氧化硅,故A错误;硅是亲氧元素,岩石与许多矿物的基本元素中都有Si元素,故B正确;SiO2是酸性氧化物,但可与氢氟酸发生反应,故C错误;二氧化硅不溶于水,不能通过SiO2一步制得硅酸,故D错误。
6.(2020吉林延边检测)利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程如下图所示,下列说法正确的是( )
A.SiO2属于两性氧化物
B.盛放Na2CO3溶液的试剂瓶(玻璃瓶)用玻璃塞
C.硅胶吸水后可重复再生
D.流程图中的转化都是氧化还原反应
答案 C SiO2是酸性氧化物,A错误;Na2CO3溶液呈碱性,试剂瓶(玻璃瓶)不能用玻璃塞,B错误;题图中有的转化不是氧化还原反应,例如SiO2与NaOH溶液的反应,D错误。
题组四 二氧化碳与碱反应的图像题
7.向含有0.2mlNaOH和0.1mlBa(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2,当通入气体8.96L(0℃,1.01×105Pa)时立即停止。则这一过程中,溶液中离子的物质的量与通入CO2的体积关系正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)( )
答案 C 本题涉及的化学反应:
Ba(OH)2+CO2BaCO3↓+H2O①
2NaOH+CO2Na2CO3+H2O②
BaCO3+CO2+H2OBa(HCO3)2③
Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3④
0℃1.01×105Pa未通入CO2时,溶液中:0.2mlNa+、0.1mlBa2+、0.4mlOH-;当通入2.24LCO2时,发生反应①, 此时溶液中:0.2mlNa+、0.2mlOH-;当通入4.48LCO2时,发生反应①②,此时溶液中:0.2mlNa+、0.1mlCO32-,当通入6.72LCO2时,发生反应①②④,此时溶液中:0.2mlNa+、0.2mlHCO3-;当通入8.96LCO2时,发生反应①②③④,此时溶液中:0.2mlNa+、0.1mlBa2+、0.4mlHCO3-。对比选项可知C项正确。
8.向体积均为10mL且物质的量浓度相同的两份NaOH溶液中分别通入一定量的CO2得到溶液甲和乙。向甲、乙两溶液中分别滴加0.1ml·L-1盐酸。此时反应生成CO2体积(标准状况)与所加盐酸体积间的关系如图所示。则下列叙述中正确的是( )
A.原NaOH溶液的物质的量浓度为0.5ml·L-1
B.当0C.乙溶液中含有的溶质是Na2CO3、NaHCO3
D.乙溶液中滴加盐酸后产生CO2体积的最大值为112mL(标准状况)
答案 A 在氢氧化钠溶液中通入一定量的二氧化碳后,溶液中溶质的组成可能是NaOH和Na2CO3、Na2CO3、Na2CO3和NaHCO3、NaHCO3四种情况,没有产生二氧化碳时的反应可能为OH-+H+H2O和CO32-+H+HCO3-,产生二氧化碳的反应为HCO3-+H+CO2↑+H2O。根据题图可以知道,当V(HCl)=50mL时,得到的产物为NaCl,由原子守恒可以知道:n(NaOH)=n(NaCl)=n(HCl)=0.1ml·L-1×0.05L=0.005ml,则原氢氧化钠溶液的浓度c(NaOH)=·L-1,A正确;当0考点二 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
◆典例探究
例 下列说法正确的是( )
A.晶体硅具有半导体性质,可用于生产光导纤维
B.玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应,故常用NaOH溶液雕刻玻璃
C.陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料
D.硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2
答案 D 晶体硅具有半导体性质,可用于生产电脑芯片,A错误;雕刻玻璃可用氢氟酸,B错误;石英玻璃的主要成分是二氧化硅,C错误;硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2,D正确。
名师点拨
硅酸盐写成氧化物形式的方法
(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,不同氧化物之间以“·”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。
(3)当计量数出现分数时应化为整数。如正长石:KAlSi3O8不能写成12K2O·12Al2O3·3SiO2,应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
◆题组训练
题组一 硅酸、硅酸盐的性质与用途
1.不属于硅酸盐工业产品的是( )
A.水泥 B.玻璃
C.陶瓷 D.化肥
答案 D 水泥、玻璃、陶瓷属于常见的硅酸盐产品,化肥不是,D正确。
2.硅是带来人类文明的重要元素之一。下列物质中主要成分是硅酸盐的是( )
A.陶瓷 B.金刚石
C.光导纤维 D.大理石
答案 A 陶瓷的主要成分是硅酸盐,A正确;金刚石是碳,B错误;光导纤维的主要成分是二氧化硅,C错误;大理石的主要成分是碳酸钙,D错误。
题组二 无机非金属材料
3.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 D项,在SiO2晶体中,1个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键,错误。
4.(2020湖南武冈二中模拟)材料与化学密切相关,下表中材料与其主要成分对应关系错误的是( )
答案 A 刚玉和金刚石的主要成分分别是三氧化二铝和碳。
1.(2020浙江7月选考,9,2分)下列说法不正确的是( )
A.高压钠灯可用于道路照明
B.SiO2可用来制造光导纤维
C.工业上可采用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜
D.BaCO3不溶于水,可用作医疗上检查肠胃的钡餐
答案 D A项,高压钠灯透雾能力强,可用于道路照明,正确;B项,光导纤维的主要成分为SiO2,正确;C项,工业上可采用主要成分为CuFeS2的黄铜矿来高温冶炼制备粗铜,正确;D项,BaCO3会与胃酸反应,产生剧毒重金属离子——Ba2+,故BaCO3不可用作检查肠胃的钡餐,错误。
2.(2020课标Ⅱ,9,6分)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,其原理如下图所示。下列叙述错误的是( )
A.海水酸化能引起HCO3-浓度增大、CO32-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HCO3-H++CO32-
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 海水酸化会引起H+浓度增大,H+与CO32-结合生成HCO3-,故HCO3-浓度增大、CO32-浓度减小;海水酸化会使CO32-浓度减小,平衡CaCO3Ca2++CO32-朝着CaCO3溶解的方向移动,导致珊瑚礁减少;CO2引起海水酸化的原理是CO2+H2OH2CO3H++HCO3-;使用太阳能、氢能等新能源可减少二氧化碳的排放,可改善珊瑚的生存环境。故选C。
3.(2020浙江7月选考,24,2分)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 A项,Ca3SiO5可表示为CaSiO3·2CaO,NH4Cl水解使溶液显酸性,故可发生反应Ca3SiO5+4NH4ClCaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O,正确;B项,水泥具有吸水性,需密封保存,正确;C项,SO2+H2OH2SO3,H2SO3的酸性比H2SiO3强,故Ca3SiO5能与SO2反应生成新盐,正确;D项,根据强酸制取弱酸的原理,所得固体产物主要是H2SiO3,错误。
4.(2019北京理综,6,6分)下列我国科研成果所涉及材料中,主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是 ( )
答案 A B项,2022年冬奥会的速滑服是由有机合成材料制成的;C项,碳包覆银纳米线是金属材料;D项,钛合金筛网轮是金属材料。
A组 基础达标
1.(2020广东深圳模拟)硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中,硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是( )
答案 C 玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分都是SiO2,硅单质可用来制造太阳能电池。
2.(2020山东师范大学附属中学模拟)有科学家提出,硅是“21世纪的能源”。下面有关硅的叙述中正确的是( )
A.硅单质化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应
B.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位
C.硅的化学性质不活泼,在自然界中以游离态存在
D.硅在电子工业中,是重要的半导体材料
答案 D 硅单质化学性质不活泼,但在常温下可以与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气,故A错误;硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,居第一位的是氧元素,故B错误;硅是亲氧元素,在自然界中以化合态的形式存在,故C错误;晶体硅的导电性介于导体与绝缘体之间,是良好的半导体材料,故D正确。
3.下列反应不能一步完成的是( )
A.SiO2Na2SiO3 B.SiO2H2SiO3
C.SiO2CaSiO3 D.H2SiO3SiO2
答案 B 二氧化硅不溶于水,SiO2H2SiO3不能一步完成,B符合题意。
4.中国是瓷器的故乡,下列关于陶瓷的说法正确的是( )
A.高品质的白瓷晶莹剔透,属于纯净物
B.瓷器中含有大量的金属元素,因此陶瓷属于金属材料
C.氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料
D.“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颜色的变化
答案 D A项,瓷器主要是由黏土烧结而成,瓷器中含有多种硅酸盐,是混合物,错误;B项,尽管瓷器中含有大量的金属元素,但陶瓷不属于金属材料,因为其中的金属元素是以化合态存在的,陶瓷属于无机非金属材料,错误;C项,氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,错误;D项,不同的金属化合物颜色可能不同,在高温下,釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色发生变化,正确。
5.单晶硅是制作电子集成电路的基础材料,对硅的纯度要求很高。制得高纯度硅的化学方程式为①SiO2+2CSi+2CO、②Si+3HClSiHCl3+H2、③SiHCl3+H2Si+3HCl,则有关反应分类说法正确的是( )
A.①②③均属于氧化还原反应
B.只有①属于置换反应
C.只有①属于氧化还原反应
D.③属于复分解反应
答案 A ①②③均属于氧化还原反应,也均属于置换反应,故A正确。
6.(2020河南许昌模拟)新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的热点课题。其结构模型如图所示。
下列有关说法正确的是( )
A.石墨烯是一种新型化合物
B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C.二者和石墨都是碳的同素异形体
D.氧化石墨烯具有一定的亲水性
答案 D 石墨烯是碳的单质,不是化合物,A错误;氧化石墨烯还含有氢元素,故不是石墨烯的氧化物,也不是碳的同素异形体,B、C错误;氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团,所以具有一定的亲水性,D正确。
7.(2020浙江萧山模拟)二氧化硅是一种酸性氧化物,下列物质中不能和二氧化硅发生化学反应的是( )
A.氢氟酸 B.碳(高温下)
C.碳酸钠(高温下) D.水
答案 D 二氧化硅不能和水反应,故D正确。
8.向含0.2mlKOH和0.1mlCa(OH)2的溶液中持续通入CO2,当通入气体的体积为6.72L时立即停止,则在这一过程中,溶液中离子的物质的量(n)和通入CO2的体积(V)的关系图正确的是(气体的溶解忽略不计,气体体积均在标准状况下测量)( )
答案 D 将CO2通入混合液中发生反应的离子方程式依次为:
2OH-+CO2+Ca2+CaCO3↓+H2O①
2OH-+CO2CO32-+H2O②
CO32-+H2O+CO22HCO3-③
溶液中Ca2+的物质的量为0.1ml,由反应①知Ca2+完全沉淀时需消耗0.2mlOH-,溶液中离子的物质的量减少0.3ml,此时消耗CO2的体积为2.24L。继续通入CO2,溶液中剩余的0.2mlOH-发生反应②,生成0.1mlCO32-,溶液中离子的物质的量减少0.1ml,此时共消耗CO24.48L。继续通入CO2,0.1mlCO32-发生反应③,溶液中离子的物质的量增加0.1ml,此时共消耗CO26.72L。
9.(2020江苏南通模拟)下列各项操作中,不发生先沉淀后溶解现象的是( )
①向Na2CO3饱和溶液中通入过量的CO2
②向Na2SiO3溶液中逐滴加入过量稀硫酸
③向澄清石灰水中通入过量的CO2气体
④向NaAlO2溶液中通入过量CO2
A.①②③④ B.①② C.①②④ D.①②③
答案 C ①由于碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠,因此会有晶体析出,符合题意;②Na2SiO3和稀硫酸反应,生成硅酸沉淀,硅酸不溶于水,也不溶于稀硫酸,符合题意;③澄清石灰水和CO2气体反应,先生成碳酸钙沉淀,继续通入二氧化碳,生成碳酸氢钙,碳酸氢钙溶于水,不符合题意;④NaAlO2溶液和CO2反应生成氢氧化铝沉淀,氢氧化铝不溶于水,也不溶于碳酸,符合题意;故本题选C。
10.(2020内蒙古赤峰模拟)碳、硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用。
(1)SiO2是玻璃的主要成分之一,保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞的原因是 (用化学方程式表示)。
(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如下:
①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅,该反应的化学方程式为 。
②在流化床反应的产物中,SiHCl3大约占85%,还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等,有关物质的沸点数据如下表,提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。
③SiHCl3极易水解,常温下其完全水解的化学方程式为 。
答案 (1)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
(2)①SiO2+2CSi+2CO↑ ②精馏(或蒸馏)
③SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+H2↑+3HCl↑
解析 (1)SiO2是玻璃的主要成分之一,保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞的原因是玻璃中的二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠能把瓶口和瓶塞黏结在一起,发生反应的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅,在反应中生成单质硅,反应为SiO2+2CSi+2CO↑;②利用沸点的不同提纯SiHCl3属于蒸馏,SiHCl3(沸点31.8℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点-84.9℃),由于沸点差别较大,可以通过精馏(或蒸馏)除去杂质;③常温下SiHCl3水解的反应方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+H2↑+3HCl↑。
B组 综合提升
11.某固体混合物X可能是由Na2SiO3、Fe、Na2CO3、BaCl2中的两种或两种以上的物质组成的。某兴趣小组为探究该固体混合物的组成,设计实验方案如下图所示(所加试剂均过量)。下列说法不正确的是( )
A.该固体混合物一定含有Fe、Na2CO3、BaCl2
B.气体A一定是混合气体
C.白色沉淀B在空气中逐渐变成灰绿色,最后变成红褐色
D.沉淀A一定是H2SiO3
答案 A 由题给信息可知,气体A使澄清石灰水变浑浊,则气体A中一定含有CO2,混合物与盐酸反应有沉淀A生成,沉淀A是H2SiO3,溶液A与NaOH溶液反应后生成白色沉淀B,则白色沉淀B是Fe(OH)2,溶液B与稀硝酸、硝酸银反应生成的白色沉淀C是氯化银,则原混合物中一定有Na2SiO3、Fe、Na2CO3,可能有BaCl2,A错误;气体A是二氧化碳和氢气的混合气体,故B正确;白色沉淀Fe(OH)2在空气中逐渐变成灰绿色,最后变成红褐色,C正确;沉淀A一定是H2SiO3,D正确。
12.(2020浙江台州模拟)青石棉是世界卫生组织确认的一种致癌物质,青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2,青石棉用稀硝酸溶液处理时,还原产物只有NO,下列说法中正确的是( )
A.青石棉是一种易燃品,且易溶于水
B.青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
C.1mlNa2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用,至少需消耗8.5L2ml/LHNO3溶液
D.Na2Fe5Si8O22(OH)2不能和氢氟酸作用
答案 B 青石棉属于硅酸盐,不易燃,也不溶于水,故A错误;青石棉中铁元素的化合价有+2价和+3价两种,根据原子守恒和化合价不变,其化学组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O,故B正确;青石棉用稀硝酸溶液处理时,亚铁离子被氧化为铁离子,硝酸被还原为一氧化氮,产物为NaNO3、Fe(NO3)3、NO、H2O、SiO2,1ml该物质能和18mlHNO3反应,至少需消耗9L2ml/LHNO3溶液,故C错误;青石棉能与氢氟酸反应生成四氟化硅,故D错误。
13.(2020山西运城模拟)下列说法正确的是( )
A.在粗硅的制取中发生反应2C+SiO22CO↑+Si,硅被还原,所以碳的还原性强于硅的还原性
B.盛放NaOH溶液时,使用带玻璃塞的磨口瓶
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑可知,硅酸的酸性强于碳酸
答案 C 依据元素周期律,硅元素的还原性大于碳元素,A项反应能发生是因为产物中有CO气体生成,使平衡向右移动,故A错误;玻璃瓶磨口处的二氧化硅能和氢氧化钠反应,生成具有黏性的硅酸钠,使玻璃塞和瓶体黏在一起,不便于打开,所以盛放氢氧化钠溶液时,不能用带玻璃塞的磨口瓶,故B错误;二氧化硅难溶于水,所以无法用二氧化硅和水直接反应制得硅酸,用SiO2制取硅酸时,先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,因碳酸酸性强于硅酸且硅酸是溶解度较小的沉淀,所以再通入CO2,发生反应Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3,制得硅酸,故C正确;D项反应不是在水溶液中进行的,且产物中有气体生成,与酸性强弱无关,故D错误。
14.向100mLNaOH溶液中通入一定量的CO2气体,充分反应后,再向所得溶液中逐滴加入0.2ml/L的盐酸,产生CO2的体积与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A.原NaOH溶液的浓度为0.1ml/L
B.通入CO2的体积为448mL
C.所得溶液的溶质成分的物质的量之比n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)=2∶1
D.所得溶液的溶质成分的物质的量之比n(NaOH)∶n(Na2CO3)=1∶3
答案 C 由题图知,加入100mL0.2ml/L的盐酸时,得到NaCl溶液,由电荷守恒和原子守恒可得n(NaOH)=n(HCl),NaOH溶液的浓度为0.2ml/L,故A错误;因没有注明气体的状况,无法计算CO2的体积,故B错误;0~25mL没有气体生成,从25mL开始加盐酸生成二氧化碳气体,共消耗盐酸100mL-25mL=75mL,两个过程消耗盐酸的体积比为1∶3,则NaOH溶液通入一定量CO2反应后溶液中的溶质物质的量的关系是n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)=2∶1,故C正确。
15.(2020黑龙江齐齐哈尔模拟)硅及其化合物是重要的材料,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:
①用石英砂和焦炭高温加热时有碳化硅生成,该反应的化学方程式为 。
②写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式: 。
③SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出并配平该化学反应方程式: 。
(2)水泥属于硅酸盐工业产品,是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:
回答下列问题:
①在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是 ,还可使用 代替硝酸。
②沉淀A的主要成分是 ,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为 。
③加氨水过程中加热的目的是 。沉淀B的主要成分为 、 (写化学式)。
答案 (1)①SiO2+3CSiC+2CO↑
②SiHCl3+H2Si+3HCl ③SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+H2↑+3HCl↑
(2)①将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+ H2O2 ②SiO2 SiO2+4HFSiF4↑+2H2O ③防止生成胶体,使沉淀容易分离 Al(OH)3 Fe(OH)3
解析 (2)①铁离子在pH较小时易生成沉淀,加入硝酸可氧化亚铁离子生成铁离子,为避免引入新杂质,还可用过氧化氢溶液代替硝酸;②分析可知沉淀A为SiO2,不溶于强酸但可与弱酸HF发生反应,化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;③滴加氨水,溶液呈碱性,加热的目的是防止生成胶体而难以分离,生成的沉淀主要是Al(OH)3、Fe(OH)3。
考试要点
核心素养
1.掌握C、Si单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解C、Si单质及其重要化合物的制备方法。
3.了解C、Si单质及其重要化合物对环境的影响。
1.宏观辨识与微观探析:了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质及其应用。
2.科学精神与社会责任:通过实验了解硅及其化合物的主要性质,认识其在信息技术、材料科学领域的应用。
碳
硅
原子结构
示意图
①
②
存在形态
游离态和化合态
③ 化合态
结构
金刚石:④ 空间网状 结构
石墨:层状结构
晶体硅:与金刚石类似的⑤ 空间网状 结构
物理性质
金刚石:熔点高、硬度大
石墨:熔点高、质软,有滑腻感
晶体硅:灰黑色固体,有金属光泽、硬度大、熔点高
用途
金刚石:用作切割刀具
石墨:用作电极、铅笔芯
晶体硅:用作⑥ 半导体 材料、硅芯片和硅太阳能电池
二氧化硅
二氧化碳
结构
立体网状结构,不存在单个分子
存在单个CO2分子
主要物理性质
硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水
熔、沸点低,常温下为气体
与水反应
不反应
CO2+H2OH2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应:
⑦ SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
不反应
与碱反应
⑧ SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O (盛碱液的试剂瓶用⑨ 橡胶 塞)
CO2少量:CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
CO2过量:CO2+NaOHNaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应:
⑩ SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
如与Na2SiO3反应:
Na2SiO3+H2O+CO2(不足)H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2H2O+2CO2(足量)H2SiO3↓+2NaHCO3
与碱性
氧化物
反应
如与CaO反应:SiO2+CaOCaSiO3
如与Na2O反应:Na2O+CO2Na2CO3
与碳反应
2C+SiO2Si+2CO↑
C+CO22CO
用途
制光导纤维、光学
仪器、电子部件等
制饮料、制碳酸盐等
水泥
玻璃
陶瓷
主要原料
石灰石、黏土、石膏
纯碱 、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
选项
溶液
操作及现象
A
Ca(OH)2溶液
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
B
NaAlO2溶液
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失
C
Ca(ClO)2溶液
通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去
D
CaCl2溶液
通入CO2,溶液没有明显变化,再通入氨气,溶液变浑浊
选项
材料
主要成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
米大口径碳化硅反射镜
B.2022年冬奥会聚氨酯速滑服
C.能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线
D.“玉兔二号”钛合金筛网轮
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2355
57.6
31.8
8.2
-30.4
-84.9
-111.9