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2022届高考化学一轮复习讲义学案第4章 课题12 碳及无机非金属材料
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这是一份2022届高考化学一轮复习讲义学案第4章 课题12 碳及无机非金属材料，共17页。学案主要包含了碳单质，碳的氧化物——CO和CO2，碳酸，碳酸盐，草酸等内容，欢迎下载使用。
学习任务1 碳及其重要化合物
一、碳单质
1．存在形式：金刚石、石墨、无定形碳、足球烯等，它们互为同素异形体。
2．主要化学性质——还原性
(1)燃烧：C＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))CO2。
(2)与氧化物反应eq \a\vs4\al(\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(CuO：C＋2CuO\(=====,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑(冶炼金属),SiO2：2C＋SiO2\(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(工业上制取粗硅),H2O：C＋H2O(g)\(=====,\s\up7(高温))CO＋H2(制取水煤气))))
eq \a\vs4\al((3)与强,氧化性,酸反应)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(浓H2SO4：C＋2H2SO4(浓)\(=====,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O,浓HNO3：C＋4HNO3(浓)\(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O))
二、碳的氧化物——CO和CO2
1．一氧化碳的性质及应用
(1)物理性质：无色、无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是一氧化碳与人体内血红蛋白相结合，人体因缺氧而中毒。
(2)化学性质及应用(写出有关化学方程式)
①可燃性：2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2，可做燃料。
②还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。
2．二氧化碳的性质
(1)物理性质：无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。
(2)化学性质：与H2O、Na2O、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg反应的化学方程式分别为CO2＋H2OH2CO3，Na2O＋CO2===Na2CO3，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，2Mg＋CO2eq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C。
3．二氧化碳在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应
①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3。
②光合作用将CO2转化为O2和有机物：6H2O＋6CO2eq \(――→,\s\up7(光))C6H12O6＋6O2。
③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
三、碳酸(H2CO3)
碳酸是弱酸、不稳定，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。
四、碳酸盐(常见的有Na2CO3和NaHCO3，详见第3章课题9学习任务3)
五、草酸(H2C2O4)、草酸盐的性质(教材补遗)
1．草酸(H2C2O4)的性质
H2C2O4是二元弱酸；有较强的还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O；H2C2O4不稳定，固体受热易分解：H2C2O4eq \(=====,\s\up7(△))H2O＋CO↑＋CO2↑。
2．草酸盐的性质
(1)(NH4)2C2O4易溶于水，微溶于乙醇，加热易分解，由氨水与草酸溶液作用而成。
(2)CaC2O4难溶于水和醋酸，能溶于盐酸和硝酸；灼烧时转变成氧化钙。
(3)草酸镁、草酸亚铁等微溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵在水溶液中反应而得，加热分解可得到对应金属氧化物。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅲ，7C)活性炭具有除异味和杀菌作用。( )
(2)(2019·高考全国卷Ⅱ，11B)澄清的石灰水久置后出现白色固体：Ca(OH)2＋CO2=== CaCO3↓＋H2O。( )
(3)(2018·高考全国卷Ⅲ，10B)用标准HCl溶液滴定NaHCO3溶液来测定其浓度，选择酚酞为指示剂。( )
(4)(2018·高考全国卷Ⅰ，7D改编)含Li＋的滤液eq \(――→,\s\up7(碳酸钠))含Li沉淀，可用硫酸钠代替碳酸钠。( )
(5)[2017·高考全国卷Ⅱ，26(4)改编]草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为2MnOeq \\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。( )
(6)(2017·高考天津卷)将固体加热至恒重可除去NaHCO3 固体中的Na2CO3。( )
(7)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。( )
(8)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。( )
(9)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。( )
(10)向Ca(ClO)2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。( )
(11)向CaCl2溶液中通入CO2，无明显现象，若先通入NH3再通入CO2，溶液会变浑浊。( )
(12)向饱和NaCl的氨水溶液中通入过量CO2气体，有晶体析出。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)× (9)× (10)√ (11)√ (12)√
碳及其化合物的性质及对环境的影响
宏观辨识与微观探析、科学态度与社会责任
1．化学与社会、科学、技术、环境密切相关。下列说法不正确的是( )
A．T碳是一种新型三维碳结构晶体，与C60互为同素异形体
B．推广利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳经济理念
C．将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛铝合金材料
D．为汽车安装尾气催化转化装置，可将尾气中的部分CO和NO转化为无毒气体
解析：选C。B项，利用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，实现“碳”的循环利用，减少二氧化碳的排放，故B正确；C项，在空气中加热熔化，金属易与氧气发生反应，所以不能直接在空气中制备钛铝合金，故C错误。
2．(双选)用四种溶液进行实验，下表中溶液与操作及现象的对应关系错误的是( )
解析：选AB。A项，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓，因而会析出NaHCO3晶体，A错误；B项，发生反应：2HCl＋Na2CO3===2NaCl＋CO2↑＋H2O，立即产生气泡，B错误；C项，发生反应：CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊，再加入品红溶液，品红被HClO氧化而褪色，C正确；D项，首先发生反应：CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通入CO2至过量，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH溶液，发生反应：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊，D正确。
3．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中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________(填物质名称)。
(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、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
CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析
证据推理与模型认知
4．标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 ml·L－1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(COeq \\al(2－,3))与c(HCOeq \\al(－,3)) 的比值为(不考虑COeq \\al(2－,3)、HCOeq \\al(－,3)的水解)( )
A．1∶1 B．1∶2
C．2∶1 D．1∶3
解析：选B。n(CO2)＝eq \f(3.36 L,22.4 L·ml－1)＝0.15 ml，
n(NaOH)＝0.2 L×1.00 ml·L－1＝0.20 ml，
由于1设n(Na2CO3)＝x，n(NaHCO3)＝y，
则有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x＋y＝0.15 ml(根据碳元素守恒),2x＋y＝0.20 ml(根据钠元素守恒)))，
解得x＝0.05 ml，y＝0.10 ml，则充分反应后溶液中c(COeq \\al(2－,3))∶c(HCOeq \\al(－,3))＝0.05 ml∶0.10 ml＝1∶2。
eq \a\vs4\al()
CO2与碱反应产物的定量判断
CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐，当通入CO2的量介于
两者之间时，既有碳酸盐又有碳酸氢盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。
以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为
①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；
②CO2＋NaOH===NaHCO3。
当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：
5．(双选)(2020·合肥期末改编)常温下，向 Ba(OH)2 和NaOH混合溶液中缓慢通入CO2至过量(溶液温度变化忽略不计)，生成沉淀物质的量与通入CO2体积的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．b点时溶质为NaHCO3
B．V4的值为100
C．V1、V2、V3时，溶液中c(Ba2＋)·c(COeq \\al(2－,3))相等
D．原混合溶液中n[Ba(OH)2]∶n(NaOH)＝1∶2
解析：选BD。ab段发生的反应为2OH－＋CO2===COeq \\al(2－,3)＋H2O、COeq \\al(2－,3)＋H2O＋CO2===2HCOeq \\al(－,3)，所以b点溶液中溶质为NaHCO3，故A正确；发生反应Ba2＋＋2OH－＋CO2===BaCO3↓＋H2O时消耗30 mL的二氧化碳，发生反应NaOH＋CO2===NaHCO3时消耗 30 mL 的二氧化碳，发生反应BaCO3＋CO2＋H2O===Ba2＋＋2HCOeq \\al(－,3)时消耗30 mL的二氧化碳，所以V4的值为90，故B错误；Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)·c(COeq \\al(2－,3))，温度不变，溶度积不变，故C正确；D项，原混合溶液中Ba(OH)2和NaOH的物质的量之比为1∶1，故D错误。
学习任务2 无机非金属材料
一、无机非金属材料
无机非金属材料包括传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，它包括陶瓷、玻璃和水泥；新型无机非金属材料包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等。
二、硅酸盐材料
1．常见硅酸盐材料比较
生产水泥时，加入适量石膏调节水泥的硬化速率。
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↑。
三、新型无机非金属材料
1．硅(Si)
(1)存在形式及高纯硅的制备
①硅在自然界主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。
②晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅。将粗硅通过化学方法进一步提纯，才能得到高纯硅。工业制备高纯硅发生的主要化学反应如下：
SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(1 800～2 000 ℃))Si＋2CO↑(制粗硅)
Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))SiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100 ℃))Si＋3HCl(制高纯硅)
(2)用途
①良好的半导体材料；②硅太阳能电池；③计算机芯片。
2．二氧化硅(SiO2)
(1)石英晶体是结晶的二氧化硅，存在于沙子、水晶、玛瑙(含杂质的石英)等中。SiO2晶体是由Si原子和O原子直接构成的。另外，Si、SiC、Si3N4、BN等也是由原子直接构成的。
(2)结构
SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为立体网状结构(如图乙所示)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的原子个数比为1∶2。
(3)用途
制光学仪器、石英玻璃(主要成分为SiO2)；水晶可制作饰品；常用来制造通信材料——光导纤维。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ，9B)常温常压下，硅单质为固态。( )
(2)硅在自然界中只以化合态的形式存在。( )
(3)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。( )
(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。( )
(5)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。( )
(6)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。( )
(7)光导纤维、碳纳米管都是新型无机非金属材料。( )
(8)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品。( )
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ (8)×
2．[2018·高考全国卷Ⅲ，28(1)]SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式：_____________________________。
答案：2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl
eq \a\vs4\al()
(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途。
用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是晶体硅。
(2)不要混淆常见含硅物质的类别。
①计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2。
②水晶、沙子、玛瑙等的主要成分是SiO2而不是硅酸盐。
③光导纤维的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐材料。
④传统的无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
无机非金属材料的性能及应用
科学态度与社会责任
1．(双选)(2020·济南高三模拟)“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．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英砂
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
解析：选AC。陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项正确；纯碱、石灰石和石英砂是制普通玻璃的主要原料，而制水泥的主要原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高，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．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(提示：SiO2能与氢氟酸反应)( )
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
解析：选C。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的颜色变化称为窑变，故A正确；新型无机非金属材料主要有新型陶瓷、硅和二氧化硅、碳纳米材料等，氧化铝陶瓷属于新型陶瓷，故B正确；瓷器是以黏土为主要原料经高温烧结而成的，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，陶瓷的主要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。
高纯硅的制备
科学态度与社会责任
3．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(1 100 ℃))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 ℃)，通过蒸馏可提纯SiHCl3
解析：选A。A项，二氧化硅在高温下与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；B项，步骤①中Si的化合价降低4价，故每生成1 ml Si，转移电子数为4 ml，故B正确；C项，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；D项，沸点相差30 ℃以上的两种互溶液体可以采用蒸馏的方法分离，故D正确。
4．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：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：________________________________。
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)某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步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是________________________________________________________________________。
解析：(2)①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。②发现有爆鸣声和火花，说明生成了气体SiH4，且SiH4发生了自燃。
答案：(1)①SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 357 K))Si＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl 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
1．(2019·高考全国卷Ⅰ，7，6分)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
解析：选A。“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；陶瓷的主要成分是硅酸盐，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．(2019·高考北京卷)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( )
解析：选A。SiC中的C、Si分别为第二周期和第三周期的第ⅣA族元素，二者均为非金属元素，形成的SiC为无机非金属材料，A项正确；聚氨酯中含有C、H、N等元素，三种元素不属于同主族元素，且聚氨酯为有机材料，B项错误；碳包覆银纳米线由C、Ag元素组成，是无机非金属材料，但两种元素不是同主族元素，C项错误；钛合金是金属材料，D项错误。
3．(2018·高考江苏卷)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是( )
A．光合作用 B．自然降雨
C．化石燃料的燃烧 D．碳酸盐的沉积
解析：选C。光合作用过程中植物吸收CO2，使CO2含量下降，A项不符合题意；自然降雨的过程会消耗CO2，使CO2含量下降，B项不符合题意；化石燃料燃烧时会产生CO2，使CO2含量上升，C项符合题意；碳酸盐能与CO2反应生成可溶性的碳酸氢盐，消耗CO2，使CO2含量下降，D项不符合题意。
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．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( )
解析：选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·合肥模拟)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理和化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
解析：选A。沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误。黏土烧制成瓦的过程中发生了复杂的物理和化学变化，B项正确。由“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，C项正确。黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D项正确。
3．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )
解析：选A。刚玉和金刚石的主要成分分别是三氧化二铝和碳；大理石和石灰石的主要成分都是碳酸钙；普通玻璃和普通水泥都是常见的硅酸盐材料；沙子和石英的主要成分都是二氧化硅。
4．化学与社会、生活、科技有着密切的联系，下列说法正确的是( )
A．烧制陶瓷和石油的分馏均不涉及化学变化
B．明矾常用于水的净化和消毒杀菌
C．利用高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能
D．航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆，属于新型无机非金属材料
解析：选C。A项，烧制陶瓷时黏土中的成分在高温下发生复杂的物理和化学变化，而石油的分馏是利用物质的沸点不同进行分离的一种实验操作，不涉及化学变化，错误；B项，明矾中的Al3＋发生水解生成Al(OH)3胶体，能够吸附水中的颗粒状杂质，达到净化水的目的，但没有消毒杀菌作用，错误；C项，利用高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能，正确；D项，航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆需要有特别强的韧性和强度，耐高温、抗腐蚀，是一种金属材料，错误。
5．“碳捕捉技术”指的是通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。例如，可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。
下列有关该方法的叙述中正确的是( )
①能耗大是该方法的一大缺点
②整个过程中，只有一种物质可以循环利用
③“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤
④该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D。该方法中高温反应炉分离出CO2，需要消耗较多能量，①正确；整个过程中NaOH和CaO均可循环利用，②错误；从捕捉室中得到的溶液是NaHCO3溶液，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通过过滤的方法即可分离，③错误；捕捉到的CO2可与H2反应制备甲醇：CO2＋3H2eq \(――→,\s\up7(一定条件))CH3OH＋H2O，④正确。
6．(2020·甘谷第一中学第二次检测)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．石油的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志
解析：选D。有机物一定含有碳元素，所以碳是构成有机物的主要元素，A正确；光合作用是绿色植物将二氧化碳和水合成葡萄糖和氧气的过程，是把太阳能转化为化学能的过程，B正确；化石燃料中含碳元素，化石燃料的大量燃烧产生的二氧化碳气体是产生温室效应的原因之一，C正确；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。
7．新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。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
解析：选D。石墨烯是碳的单质，不是化合物，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于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。
二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。
8．(2020·济南考试大纲调研卷)工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下：
已知：流化床反应的产物中，除SiCl4 外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3 等。下列说法正确的是( )
A．电弧炉中发生的反应为C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CO2↑＋Si
B．SiCl4 进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯
C．每生产1 ml高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl2
D．该工艺Si的产率高，符合绿色化学要求
解析：选B。A项，二氧化碳与焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，则电弧炉中发生的反应为2C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))2CO↑＋Si，选项A错误；B项，在流化床反应器中除SiCl4 外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3 等，故SiCl4在进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯，选项B正确；C项，根据转化关系Si→SiCl4→Si，每生产1 ml高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl2，由于含有其他副反应，消耗Cl2 大于44.8 L，选项C错误；D项，该工艺中产生氯化氢气体且有氯气的参与，容易引起空气污染，不符合绿色化学要求，选项D错误。
9．实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液
D．该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔
解析：选C。制备高纯硅的反应为H2＋SiHCl3eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋3HCl，此反应应在装置 Ⅳ 中进行。装置 Ⅰ 的目的是制取氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置 Ⅱ 的目的是除去氢气中的水蒸气，即装置 Ⅱ 中盛放浓硫酸；装置 Ⅲ 的目的是使SiHCl3汽化，与氢气充分混合，因此应在热水浴中加热，A项错误；实验时应先打开活塞K，通入氢气，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸，B项错误；硅不能与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被H2O2氧化成Fe3＋，遇KSCN溶液变红，可以鉴定制得的硅中是否含有铁单质，C项正确；饱和食盐水与电石反应制备乙炔，反应迅速放出大量热且生成微溶的氢氧化钙，因此不能用启普发生器进行实验，D项错误。
10．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是( )
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价未发生改变
D．反应器中发生的反应为氧化还原反应
解析：选AC。A项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，正确；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。
三、非选择题
11．为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置。
回答下列问题：
(1)A装置的作用是_______________________________________。
(2)实验后处理尾气的方法为________，发生反应的化学方程式为_______________。
(3)若实验时观察到_____________________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。
解析：(1)A装置的作用是吸收CO2，以排除对后续实验的干扰。(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2后才能排放到空气中。(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，且生成的气体(CO2)能使澄清石灰水变浑浊。
答案：(1)吸收CO2 (2)点燃 2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2
(3)B中无明显现象，C装置中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊
12．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
eq \x(石英砂)eq \(――→,\s\up7(焦炭/高温),\s\d5(①))eq \x(粗硅)eq \(――→,\s\up7(Cl2/723～773 K),\s\d5(②))eq \x(SiCl4(粗))eq \(――→,\s\up7(精馏),\s\d5(③))eq \x(SiCl4(精))eq \(――→,\s\up7(NH3),\s\d5(④))eq \x(Si(NH2)4)eq \(――→,\s\up7(高温),\s\d5(⑤))eq \x(氮化硅)
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：________________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________。
(3)在反应⑤中，3 ml Si(NH2)4在高温下加热可得1 ml 氮化硅粉末和8 ml A气体，则氮化硅的化学式为________。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
解析：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得：3Si(NH2)4eq \(=====,\s\up7(高温))Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si3N4＋12HCl
13．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450～500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图：
相关信息如下：
①四氯化硅遇水极易水解。
②硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物。
③有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：
(1)装置A中g管的作用是_____________________________________；装置C中的试剂是________。
(2)甲方案：f接装置Ⅰ；乙方案：f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处，请你评价后填写下表。
(3)在上述(2)的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表述：_____________。
(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为_________________________________________。
答案：(1)平衡压强，使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下 浓硫酸
(2)
(3)在装置Ⅰ的i处接盛有碱石灰的干燥管j
(4)SiCl4＋2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl选项
溶液
操作及现象
A
饱和Na2CO3溶液
通入CO2，溶液无明显变化
B
HCl溶液
逐滴滴入Na2CO3溶液，开始无明显变化，一段时间后产生气泡
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
澄清石灰水
通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
水泥
普通玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
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
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
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
沸点/℃
57.7
12.8
—
315
熔点/℃
－70.0
－107.2
—
—
升华温度/℃
—
—
180
300
方案
优点
缺点
甲
乙
方案
优点
缺点
甲
①收集产品的导管粗，不会堵塞导管
②冷凝产品，减少了产品损失
①空气中的水蒸气进入产品收集装置，使SiCl4水解
②没有尾气处理装置，污染环境
乙
①有尾气处理装置，注重环保
②避免了空气中的水蒸气进入收集装置
①产品易堵塞导管
②没有冷凝装置，产品易损失
学习任务1 碳及其重要化合物
一、碳单质
1．存在形式：金刚石、石墨、无定形碳、足球烯等，它们互为同素异形体。
2．主要化学性质——还原性
(1)燃烧：C＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))CO2。
(2)与氧化物反应eq \a\vs4\al(\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(CuO：C＋2CuO\(=====,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑(冶炼金属),SiO2：2C＋SiO2\(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(工业上制取粗硅),H2O：C＋H2O(g)\(=====,\s\up7(高温))CO＋H2(制取水煤气))))
eq \a\vs4\al((3)与强,氧化性,酸反应)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(浓H2SO4：C＋2H2SO4(浓)\(=====,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O,浓HNO3：C＋4HNO3(浓)\(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O))
二、碳的氧化物——CO和CO2
1．一氧化碳的性质及应用
(1)物理性质：无色、无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是一氧化碳与人体内血红蛋白相结合，人体因缺氧而中毒。
(2)化学性质及应用(写出有关化学方程式)
①可燃性：2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2，可做燃料。
②还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。
2．二氧化碳的性质
(1)物理性质：无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。
(2)化学性质：与H2O、Na2O、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg反应的化学方程式分别为CO2＋H2OH2CO3，Na2O＋CO2===Na2CO3，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，2Mg＋CO2eq \(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C。
3．二氧化碳在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应
①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3。
②光合作用将CO2转化为O2和有机物：6H2O＋6CO2eq \(――→,\s\up7(光))C6H12O6＋6O2。
③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
三、碳酸(H2CO3)
碳酸是弱酸、不稳定，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。
四、碳酸盐(常见的有Na2CO3和NaHCO3，详见第3章课题9学习任务3)
五、草酸(H2C2O4)、草酸盐的性质(教材补遗)
1．草酸(H2C2O4)的性质
H2C2O4是二元弱酸；有较强的还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O；H2C2O4不稳定，固体受热易分解：H2C2O4eq \(=====,\s\up7(△))H2O＋CO↑＋CO2↑。
2．草酸盐的性质
(1)(NH4)2C2O4易溶于水，微溶于乙醇，加热易分解，由氨水与草酸溶液作用而成。
(2)CaC2O4难溶于水和醋酸，能溶于盐酸和硝酸；灼烧时转变成氧化钙。
(3)草酸镁、草酸亚铁等微溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵在水溶液中反应而得，加热分解可得到对应金属氧化物。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅲ，7C)活性炭具有除异味和杀菌作用。( )
(2)(2019·高考全国卷Ⅱ，11B)澄清的石灰水久置后出现白色固体：Ca(OH)2＋CO2=== CaCO3↓＋H2O。( )
(3)(2018·高考全国卷Ⅲ，10B)用标准HCl溶液滴定NaHCO3溶液来测定其浓度，选择酚酞为指示剂。( )
(4)(2018·高考全国卷Ⅰ，7D改编)含Li＋的滤液eq \(――→,\s\up7(碳酸钠))含Li沉淀，可用硫酸钠代替碳酸钠。( )
(5)[2017·高考全国卷Ⅱ，26(4)改编]草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为2MnOeq \\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。( )
(6)(2017·高考天津卷)将固体加热至恒重可除去NaHCO3 固体中的Na2CO3。( )
(7)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。( )
(8)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。( )
(9)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。( )
(10)向Ca(ClO)2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。( )
(11)向CaCl2溶液中通入CO2，无明显现象，若先通入NH3再通入CO2，溶液会变浑浊。( )
(12)向饱和NaCl的氨水溶液中通入过量CO2气体，有晶体析出。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)× (9)× (10)√ (11)√ (12)√
碳及其化合物的性质及对环境的影响
宏观辨识与微观探析、科学态度与社会责任
1．化学与社会、科学、技术、环境密切相关。下列说法不正确的是( )
A．T碳是一种新型三维碳结构晶体，与C60互为同素异形体
B．推广利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳经济理念
C．将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛铝合金材料
D．为汽车安装尾气催化转化装置，可将尾气中的部分CO和NO转化为无毒气体
解析：选C。B项，利用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，实现“碳”的循环利用，减少二氧化碳的排放，故B正确；C项，在空气中加热熔化，金属易与氧气发生反应，所以不能直接在空气中制备钛铝合金，故C错误。
2．(双选)用四种溶液进行实验，下表中溶液与操作及现象的对应关系错误的是( )
解析：选AB。A项，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓，因而会析出NaHCO3晶体，A错误；B项，发生反应：2HCl＋Na2CO3===2NaCl＋CO2↑＋H2O，立即产生气泡，B错误；C项，发生反应：CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊，再加入品红溶液，品红被HClO氧化而褪色，C正确；D项，首先发生反应：CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通入CO2至过量，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH溶液，发生反应：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊，D正确。
3．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中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________(填物质名称)。
(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、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
CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析
证据推理与模型认知
4．标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 ml·L－1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(COeq \\al(2－,3))与c(HCOeq \\al(－,3)) 的比值为(不考虑COeq \\al(2－,3)、HCOeq \\al(－,3)的水解)( )
A．1∶1 B．1∶2
C．2∶1 D．1∶3
解析：选B。n(CO2)＝eq \f(3.36 L,22.4 L·ml－1)＝0.15 ml，
n(NaOH)＝0.2 L×1.00 ml·L－1＝0.20 ml，
由于1
则有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x＋y＝0.15 ml(根据碳元素守恒),2x＋y＝0.20 ml(根据钠元素守恒)))，
解得x＝0.05 ml，y＝0.10 ml，则充分反应后溶液中c(COeq \\al(2－,3))∶c(HCOeq \\al(－,3))＝0.05 ml∶0.10 ml＝1∶2。
eq \a\vs4\al()
CO2与碱反应产物的定量判断
CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐，当通入CO2的量介于
两者之间时，既有碳酸盐又有碳酸氢盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。
以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为
①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；
②CO2＋NaOH===NaHCO3。
当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：
5．(双选)(2020·合肥期末改编)常温下，向 Ba(OH)2 和NaOH混合溶液中缓慢通入CO2至过量(溶液温度变化忽略不计)，生成沉淀物质的量与通入CO2体积的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．b点时溶质为NaHCO3
B．V4的值为100
C．V1、V2、V3时，溶液中c(Ba2＋)·c(COeq \\al(2－,3))相等
D．原混合溶液中n[Ba(OH)2]∶n(NaOH)＝1∶2
解析：选BD。ab段发生的反应为2OH－＋CO2===COeq \\al(2－,3)＋H2O、COeq \\al(2－,3)＋H2O＋CO2===2HCOeq \\al(－,3)，所以b点溶液中溶质为NaHCO3，故A正确；发生反应Ba2＋＋2OH－＋CO2===BaCO3↓＋H2O时消耗30 mL的二氧化碳，发生反应NaOH＋CO2===NaHCO3时消耗 30 mL 的二氧化碳，发生反应BaCO3＋CO2＋H2O===Ba2＋＋2HCOeq \\al(－,3)时消耗30 mL的二氧化碳，所以V4的值为90，故B错误；Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)·c(COeq \\al(2－,3))，温度不变，溶度积不变，故C正确；D项，原混合溶液中Ba(OH)2和NaOH的物质的量之比为1∶1，故D错误。
学习任务2 无机非金属材料
一、无机非金属材料
无机非金属材料包括传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，它包括陶瓷、玻璃和水泥；新型无机非金属材料包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等。
二、硅酸盐材料
1．常见硅酸盐材料比较
生产水泥时，加入适量石膏调节水泥的硬化速率。
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↑。
三、新型无机非金属材料
1．硅(Si)
(1)存在形式及高纯硅的制备
①硅在自然界主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。
②晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅。将粗硅通过化学方法进一步提纯，才能得到高纯硅。工业制备高纯硅发生的主要化学反应如下：
SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(1 800～2 000 ℃))Si＋2CO↑(制粗硅)
Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))SiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100 ℃))Si＋3HCl(制高纯硅)
(2)用途
①良好的半导体材料；②硅太阳能电池；③计算机芯片。
2．二氧化硅(SiO2)
(1)石英晶体是结晶的二氧化硅，存在于沙子、水晶、玛瑙(含杂质的石英)等中。SiO2晶体是由Si原子和O原子直接构成的。另外，Si、SiC、Si3N4、BN等也是由原子直接构成的。
(2)结构
SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为立体网状结构(如图乙所示)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的原子个数比为1∶2。
(3)用途
制光学仪器、石英玻璃(主要成分为SiO2)；水晶可制作饰品；常用来制造通信材料——光导纤维。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ，9B)常温常压下，硅单质为固态。( )
(2)硅在自然界中只以化合态的形式存在。( )
(3)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。( )
(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。( )
(5)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。( )
(6)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。( )
(7)光导纤维、碳纳米管都是新型无机非金属材料。( )
(8)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品。( )
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ (8)×
2．[2018·高考全国卷Ⅲ，28(1)]SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式：_____________________________。
答案：2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl
eq \a\vs4\al()
(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途。
用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是晶体硅。
(2)不要混淆常见含硅物质的类别。
①计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2。
②水晶、沙子、玛瑙等的主要成分是SiO2而不是硅酸盐。
③光导纤维的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐材料。
④传统的无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
无机非金属材料的性能及应用
科学态度与社会责任
1．(双选)(2020·济南高三模拟)“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．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英砂
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
解析：选AC。陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项正确；纯碱、石灰石和石英砂是制普通玻璃的主要原料，而制水泥的主要原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高，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．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(提示：SiO2能与氢氟酸反应)( )
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
解析：选C。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的颜色变化称为窑变，故A正确；新型无机非金属材料主要有新型陶瓷、硅和二氧化硅、碳纳米材料等，氧化铝陶瓷属于新型陶瓷，故B正确；瓷器是以黏土为主要原料经高温烧结而成的，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，陶瓷的主要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。
高纯硅的制备
科学态度与社会责任
3．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(1 100 ℃))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 ℃)，通过蒸馏可提纯SiHCl3
解析：选A。A项，二氧化硅在高温下与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；B项，步骤①中Si的化合价降低4价，故每生成1 ml Si，转移电子数为4 ml，故B正确；C项，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；D项，沸点相差30 ℃以上的两种互溶液体可以采用蒸馏的方法分离，故D正确。
4．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：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：________________________________。
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)某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步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是________________________________________________________________________。
解析：(2)①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。②发现有爆鸣声和火花，说明生成了气体SiH4，且SiH4发生了自燃。
答案：(1)①SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 357 K))Si＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl 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
1．(2019·高考全国卷Ⅰ，7，6分)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
解析：选A。“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；陶瓷的主要成分是硅酸盐，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．(2019·高考北京卷)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( )
解析：选A。SiC中的C、Si分别为第二周期和第三周期的第ⅣA族元素，二者均为非金属元素，形成的SiC为无机非金属材料，A项正确；聚氨酯中含有C、H、N等元素，三种元素不属于同主族元素，且聚氨酯为有机材料，B项错误；碳包覆银纳米线由C、Ag元素组成，是无机非金属材料，但两种元素不是同主族元素，C项错误；钛合金是金属材料，D项错误。
3．(2018·高考江苏卷)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是( )
A．光合作用 B．自然降雨
C．化石燃料的燃烧 D．碳酸盐的沉积
解析：选C。光合作用过程中植物吸收CO2，使CO2含量下降，A项不符合题意；自然降雨的过程会消耗CO2，使CO2含量下降，B项不符合题意；化石燃料燃烧时会产生CO2，使CO2含量上升，C项符合题意；碳酸盐能与CO2反应生成可溶性的碳酸氢盐，消耗CO2，使CO2含量下降，D项不符合题意。
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．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( )
解析：选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·合肥模拟)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理和化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
解析：选A。沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误。黏土烧制成瓦的过程中发生了复杂的物理和化学变化，B项正确。由“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，C项正确。黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D项正确。
3．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )
解析：选A。刚玉和金刚石的主要成分分别是三氧化二铝和碳；大理石和石灰石的主要成分都是碳酸钙；普通玻璃和普通水泥都是常见的硅酸盐材料；沙子和石英的主要成分都是二氧化硅。
4．化学与社会、生活、科技有着密切的联系，下列说法正确的是( )
A．烧制陶瓷和石油的分馏均不涉及化学变化
B．明矾常用于水的净化和消毒杀菌
C．利用高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能
D．航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆，属于新型无机非金属材料
解析：选C。A项，烧制陶瓷时黏土中的成分在高温下发生复杂的物理和化学变化，而石油的分馏是利用物质的沸点不同进行分离的一种实验操作，不涉及化学变化，错误；B项，明矾中的Al3＋发生水解生成Al(OH)3胶体，能够吸附水中的颗粒状杂质，达到净化水的目的，但没有消毒杀菌作用，错误；C项，利用高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能，正确；D项，航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆需要有特别强的韧性和强度，耐高温、抗腐蚀，是一种金属材料，错误。
5．“碳捕捉技术”指的是通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。例如，可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。
下列有关该方法的叙述中正确的是( )
①能耗大是该方法的一大缺点
②整个过程中，只有一种物质可以循环利用
③“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤
④该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D。该方法中高温反应炉分离出CO2，需要消耗较多能量，①正确；整个过程中NaOH和CaO均可循环利用，②错误；从捕捉室中得到的溶液是NaHCO3溶液，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通过过滤的方法即可分离，③错误；捕捉到的CO2可与H2反应制备甲醇：CO2＋3H2eq \(――→,\s\up7(一定条件))CH3OH＋H2O，④正确。
6．(2020·甘谷第一中学第二次检测)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．石油的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志
解析：选D。有机物一定含有碳元素，所以碳是构成有机物的主要元素，A正确；光合作用是绿色植物将二氧化碳和水合成葡萄糖和氧气的过程，是把太阳能转化为化学能的过程，B正确；化石燃料中含碳元素，化石燃料的大量燃烧产生的二氧化碳气体是产生温室效应的原因之一，C正确；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。
7．新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。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
解析：选D。石墨烯是碳的单质，不是化合物，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于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。
二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。
8．(2020·济南考试大纲调研卷)工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下：
已知：流化床反应的产物中，除SiCl4 外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3 等。下列说法正确的是( )
A．电弧炉中发生的反应为C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CO2↑＋Si
B．SiCl4 进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯
C．每生产1 ml高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl2
D．该工艺Si的产率高，符合绿色化学要求
解析：选B。A项，二氧化碳与焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，则电弧炉中发生的反应为2C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))2CO↑＋Si，选项A错误；B项，在流化床反应器中除SiCl4 外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3 等，故SiCl4在进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯，选项B正确；C项，根据转化关系Si→SiCl4→Si，每生产1 ml高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl2，由于含有其他副反应，消耗Cl2 大于44.8 L，选项C错误；D项，该工艺中产生氯化氢气体且有氯气的参与，容易引起空气污染，不符合绿色化学要求，选项D错误。
9．实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液
D．该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔
解析：选C。制备高纯硅的反应为H2＋SiHCl3eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋3HCl，此反应应在装置 Ⅳ 中进行。装置 Ⅰ 的目的是制取氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置 Ⅱ 的目的是除去氢气中的水蒸气，即装置 Ⅱ 中盛放浓硫酸；装置 Ⅲ 的目的是使SiHCl3汽化，与氢气充分混合，因此应在热水浴中加热，A项错误；实验时应先打开活塞K，通入氢气，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸，B项错误；硅不能与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被H2O2氧化成Fe3＋，遇KSCN溶液变红，可以鉴定制得的硅中是否含有铁单质，C项正确；饱和食盐水与电石反应制备乙炔，反应迅速放出大量热且生成微溶的氢氧化钙，因此不能用启普发生器进行实验，D项错误。
10．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是( )
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价未发生改变
D．反应器中发生的反应为氧化还原反应
解析：选AC。A项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，正确；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。
三、非选择题
11．为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置。
回答下列问题：
(1)A装置的作用是_______________________________________。
(2)实验后处理尾气的方法为________，发生反应的化学方程式为_______________。
(3)若实验时观察到_____________________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。
解析：(1)A装置的作用是吸收CO2，以排除对后续实验的干扰。(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2后才能排放到空气中。(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，且生成的气体(CO2)能使澄清石灰水变浑浊。
答案：(1)吸收CO2 (2)点燃 2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2
(3)B中无明显现象，C装置中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊
12．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
eq \x(石英砂)eq \(――→,\s\up7(焦炭/高温),\s\d5(①))eq \x(粗硅)eq \(――→,\s\up7(Cl2/723～773 K),\s\d5(②))eq \x(SiCl4(粗))eq \(――→,\s\up7(精馏),\s\d5(③))eq \x(SiCl4(精))eq \(――→,\s\up7(NH3),\s\d5(④))eq \x(Si(NH2)4)eq \(――→,\s\up7(高温),\s\d5(⑤))eq \x(氮化硅)
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：________________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________。
(3)在反应⑤中，3 ml Si(NH2)4在高温下加热可得1 ml 氮化硅粉末和8 ml A气体，则氮化硅的化学式为________。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
解析：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得：3Si(NH2)4eq \(=====,\s\up7(高温))Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si3N4＋12HCl
13．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450～500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图：
相关信息如下：
①四氯化硅遇水极易水解。
②硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物。
③有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：
(1)装置A中g管的作用是_____________________________________；装置C中的试剂是________。
(2)甲方案：f接装置Ⅰ；乙方案：f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处，请你评价后填写下表。
(3)在上述(2)的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表述：_____________。
(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为_________________________________________。
答案：(1)平衡压强，使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下 浓硫酸
(2)
(3)在装置Ⅰ的i处接盛有碱石灰的干燥管j
(4)SiCl4＋2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl选项
溶液
操作及现象
A
饱和Na2CO3溶液
通入CO2，溶液无明显变化
B
HCl溶液
逐滴滴入Na2CO3溶液，开始无明显变化，一段时间后产生气泡
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
澄清石灰水
通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
水泥
普通玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
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
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
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
沸点/℃
57.7
12.8
—
315
熔点/℃
－70.0
－107.2
—
—
升华温度/℃
—
—
180
300
方案
优点
缺点
甲
乙
方案
优点
缺点
甲
①收集产品的导管粗，不会堵塞导管
②冷凝产品，减少了产品损失
①空气中的水蒸气进入产品收集装置，使SiCl4水解
②没有尾气处理装置，污染环境
乙
①有尾气处理装置，注重环保
②避免了空气中的水蒸气进入收集装置
①产品易堵塞导管
②没有冷凝装置，产品易损失
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