第三单元　含硅矿物与信息材料特级教师教学实录

第12课

碳、硅及其化合物

普查讲12

碳、硅及其化合物

1．碳、硅单质

a．碳、硅单质与O2、H2O、酸、碱等反应原理的理解与运用

(1)(2019汇编，6分)下列有关碳单质和硅单质的说法正确的是________(填序号)。

①将木炭与浓硫酸共热，得到的气体通入澄清石灰水中，可以检验木炭的氧化产物是CO2

②甲、乙、丙、丁四种物质中，甲、乙、丙中均含有相同的某种元素，它们之间具有如下转乙化关系：甲丁丁甲丙

。若甲为焦炭，则丁可能是O2

高温③将水蒸气通过炽热的煤层可制得较洁净的水煤气，对应的化学方程式：C＋H2O(g)=====

CO＋H2

④硅的性质不活泼，常温时不与水、氧气和酸反应

⑤反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂

答案：②③

解析：木炭与浓硫酸反应生成二氧化碳和二氧化硫，二者都能使澄清石灰水变浑浊，故①错误。当甲为焦炭，丁是O2时，转化关系为C→COCO2，合理，故②正确。水煤气是水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成分是一氧化碳

、氢气，对应的化学方程式：C＋H2O(g)=====CO＋H2，故③正确。常温下，硅与HF发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，故④错误。和铝与氢氧化钠反应类似，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑反应的本质是Si先和H2O反应生成原硅酸：Si＋4H2O===H4SiO4＋2H2↑，生成的H4SiO4再和氢氧化钠反应，总反应中H2O为氧化剂，故⑤错误。

b．高纯硅制备的常用方法

(2)(2019改编，6分)高纯度硅是典型的“半导体”材料，在半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。工业上可按如下生产流程制取高纯度硅，下列有关这一工业流程的说法不正确的是(

) 石英砂――→粗硅――→四氯化硅――→纯硅

高温加热高温A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2C=====Si＋2CO↑

B．①③是置换反应，②是化合反应

C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子

D．在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅

答案：D 解析：工业制粗硅是二氧化硅与焦炭在高温下反应：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑，强调产物是CO，故A项正确，不符合题意。二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，四氯化硅与氢气反应生成硅和氯化氢：SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl，都是置换反应，硅和氯气反应生成四氯化硅：Si＋2Cl2=====SiCl4，是化合反应，故B项正确，不符合题意。在制备流程中硅元素的价态在0和＋4价转变，所以任一反应中，每消耗或生成28 g硅，都转移4 mol电子，故C项正确，不符合题意。在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合，则石英砂与焦炭反应，氯气与氢气反应，就不再按照题干的流程进行，不会得到高纯硅，故D项错加热高温高温高温①焦炭②氯气③氢气高温

误，符合题意。

2．碳和硅的氧化物

a．二氧化硅与酸、碱等反应原理的理解与运用

(3)(2019汇编，6分)下列关于二氧化硅的化学反应叙述正确的是(

) A．由SiO2是H2SiO3的酸酐，可知SiO2能与水反应生成H2SiO3

B．因HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(2016全国Ⅲ)

C．SiO2既能和氢氧化钠溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物(2015安徽理综)

D．下列转化在一定条件下能够实现：SiO2――→SiCl4――→Si(2016江苏单科)

高温答案：B 解析：酸酐一般可看作是由酸脱水而成的氧化物，虽然SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不溶于水，无法与水反应生成H2SiO3，故A项错误。玻璃含有SiO2，HF与SiO2反应生成SiF4，氢氟酸可用于雕刻玻璃，故B项正确。SiO2和氢氟酸反应生成SiF4和H2O，SiF4不是盐，SiO2与氢氧化钠溶液反应生成盐和水，SiO2属于酸性氧化物，故C项错误。SiO2不与盐酸反应，故D项错误。

b．运用“强酸制弱酸”原理分析CO2与碱、盐溶液反应的现象

(4)(2019改编，6分)下列有关CO2与碱、盐溶液反应的现象的描述正确的是(

) A．向澄清石灰水中通入适量CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2，溶液变澄清，再加入足量的NaOH溶液，溶液又变浑浊

B．向饱和NaAlO2溶液中通入适量CO2，溶液变浑浊，继续通入足量CO2，浑浊消失

C．向饱和Na2SiO3溶液中通入适量CO2，溶液变浑浊，继续通入足量CO2，浑浊消失

D．向饱和Ca(ClO)2溶液中通入适量CO2，溶液变浑浊，继续通入足量CO2，浑浊不消失

答案：A 解析：向澄清石灰水中通入少量CO2：CO2 ＋Ca(OH)2 ===CaCO3↓＋H2O，溶液变浑浊，继续通入足量CO2：CO2 ＋CaCO3＋H2O===Ca(HCO3)2，溶液变澄清，再加入足量的NaOH溶液：Ca(HCO3)2＋2NaOH=== CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊，故A项正确。向饱和NaAlO2溶液中通入少量CO2：CO2 ＋2NaAlO2 ＋3H2O=== 2Al(OH)3↓＋Na2CO3，溶液变浑浊，继续通入足量CO2，CO2不与Al(OH)3反应，总反应为CO2 ＋NaAlO2 ＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，浑浊不消失，故B项错误。向饱和Na2SiO3溶液中通入少量CO2，溶液变浑浊：CO2 ＋Na2SiO3＋H2O=== H2SiO3↓＋Na2CO3，且H2SiO3不与CO2反应，继续通入足量CO2，浑浊不消失，故C项错误。向饱和Ca(ClO)2溶液中通入适量CO2，溶液变浑浊：CO2 ＋Ca(ClO)2 ＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，继续通入足量CO2：CO2 ＋CaCO3＋H2O=== Ca(HCO3)2，浑浊消失，故D项错误。

c．“假设法”判断CO2与碱的反应次序及产物的定量分析

(5)(经典题，6分)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(

) HCl(aq)H2

答案：D 解析：CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着优先反应问题，如果先与KOH反应，

则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3和KOH，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以在通入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CO2先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应生成

CaCO3，因此应是CO2先与KOH反应，此阶段生成沉淀的物质的量不变，KOH反应完全后，CO2再与CaCO3反应生成Ca(HCO3)2，直至生成的CaCO3沉淀完全溶解，故D项正确。

3．硅酸、硅酸盐及无机非金属材料

a．运用硅酸、硅酸钠的性质分析含硅化合物的转化关系

(6)(2019汇编，6分)下列有关硅酸和硅酸盐的叙述正确的是(

) A．a、b、c分别代表Na2SiO3、H2SiO3、SiO2，则三者可满足一步转化关系＋＋

B．向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸：Na2SiO3＋2H=== H2SiO3↓＋2Na(2016江苏单科)

C．将SO2通入到Na2SiO3溶液中，产生胶状沉淀，可得到结论，酸性：H2SO3＞H2SiO3(2017北京理综)

D．反应CO2＋Na2SiO3＋H2O=== Na2CO3＋H2SiO3↓和反应SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑是相互矛盾的，不可能都发生

答案：C 解析：SiO2不与水反应，不能一步转化为H2SiO3，故A项错误。Na2SiO3为可溶于水的强电解质，书写离子方程式时应拆为2Na和SiO3，正确书写：SiO3＋2H=== H2SiO3↓

，故B项错误。SO2溶于水生成H2SO3，在水溶液中，

H2SO3的酸性大于H2SiO3，与硅酸盐反应可以生成硅酸，故C项正确。高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，该反应不是在常温下进行，且不是在水溶液中进行，不能用“强酸制弱酸”判断反应是否进行，故D项错误。

b．复杂硅酸盐的氧化物表示方法

(7)(2019改编，6分)和田玉在我国有悠久的历史，是我国玉文化的主体。和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述不正确的是(

) A．其化学成分的化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O B．由和田玉所制的工艺品要避免与强酸接触

C．其中铁元素的化合价为＋2价

D．该和田玉中含有一定量的石英晶体

答案：D 解析：根据硅酸盐的氧化物书写规则可知，Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O，故A项正确，不符合题意。和田玉是硅酸盐，能与强酸反应，要避免与强酸接触，故B项正确，不符合题意。由化学式中所有元素化合价代数和等于0，可求得Fe的化合价为＋2价，故C项正确，不符合题意。硅酸盐表示成氧化物形式只是为了方便，不代表其构成，和田玉中不包含石英晶体，故D项错误，符合题意。

c．传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥

(8)(2019汇编，6分)含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是(

) A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料

B．烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应(2015重庆理综)

＋高温22＋

C．普通水泥的主要成分是硅酸盐

D．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英

答案：B 解析：传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料，故A项正确，不符合题意。烧结黏土制陶瓷的过程包含复杂的物理、化学变化，故B项错误，符合题意。普通水泥的主要成分是硅酸盐，故C项正确，不符合题意。制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英，故D项正确，不符合题意。

d．新型无机非金属材料

(9)(2019汇编，6分)近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是(

) A．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点

B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承

C．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4

D．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料

答案：D 解析：传统的无机非金属材料，缺点为质地较脆，经不起热冲击，新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，能承受高温，强度较高，具有电学特性、光学特性等，故A项正确，不符合题意。碳化硅的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，故B项正确，不符合题意。氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4，故C项正确，不符合题意。光导纤维属于新型无机非金属材料，但合成纤维属于有机高分子材料，故D项错误，符合题意。

4．碳、硅及其化合物在生产生活中的应用

(10)(2019汇编，6分)碳、硅及其化合物在人们的生产生活中有广泛的应用，下列有关叙述正确的是__________(填序号)。

①用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应

②晶体硅熔点高、硬度大，可用于制作半导体材料

③硅太阳能电池工作时，光能转化成电能，这一过程与氧化还原反应无关(2017天津理综)

④SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池(2018海南单科)

⑤硅胶可用作食品干燥剂(2015全国Ⅱ)

⑥水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂

⑦普通玻璃、水晶饰物、水泥都是生活中常见的硅酸盐制品

⑧二氧化碳可用作镁燃烧的灭火剂(2018.04浙江选考)

答案：①③⑤⑥

解析：活性炭具有较大的表面积，依靠吸附作用除去异味，该过程没有新物质生成，属于物理变化，故①正确。晶体硅可用于制作半导体材料，利用的是其导电性，而不是其熔点高、硬度大的性质，故②错误。硅太阳能电池通过光电效应将光能转化成电能，该过程没有发生氧化还原反应，故③正确。SiO2可用于制作光导纤维，是因为其具有较强的光信号传导能力，与导电性无关，故④错误。硅胶多孔，吸水性强，且无毒，可用作食品干燥剂，故⑤正确。水玻璃即为硅酸钠水溶液，具有黏性，工业上可以用于生产黏合剂，硅酸钠溶液涂刷或浸入木材后，能渗入孔隙中，固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道，提高材料的密度和强度，且硅凝胶具有很强的耐高温性质

，因此可以有效防火，故⑥正确。水晶饰物的主要成分是二氧化硅，故⑦错误。镁能在二氧化碳中燃烧，生成氧化镁和碳，因此不能用作镁燃烧的灭火剂，故⑧错误。

随堂普查练12

1．(2019汇编，6分)下列有关碳、硅及其化合物的说法正确的是________(填序号)。

①多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料

②SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维(2018江苏单科)

③长期盛放石灰水的试剂瓶内壁出现白色固体：Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O ④SiO2不与强酸反应，可以用石英器皿盛放氢氟酸

⑤盛放氢氧化钠溶液的玻璃瓶，可以使用橡胶塞或玻璃塞(2016·10浙江选考)

⑥陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

⑦祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2

答案：①③⑥⑦

解析：多孔碳具有很强的吸附能力，可吸附氢气和氧气，提供气体反应的场所，同时具有较大的表面积，可增大接触面积，提高反应速率，故①正确。由于SiO2具有较强的光信号传导能力，所以SiO2可用于制作光导纤维，而与其熔点高硬度大的性质无关，故②错误。石灰水与空气中的CO2发生反应：Ca(OH)2 ＋CO2 === CaCO3↓＋H2O，故③正确。SiO2与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O，石英器皿的主要成分是SiO2，不可用石英器皿盛放氢氟酸，故④错误。玻璃中含有SiO2，NaOH与SiO2发生反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，生成的硅酸钠有黏性，会将试剂瓶与瓶塞粘住，故⑤错误。陶瓷在我国古代已经得到广泛应用，陶瓷属于硅酸盐材料，故⑥正确。根据硅酸盐的氧化物书写规则可知，Be3Al2Si6O18改写为氧化物的形式为3BeO·Al2O3·6SiO2，故⑦正确。

2．(经典题，6分)将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入的CO2的体积的关系如图所示。下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是(

)

A．Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2=== BaCO3↓＋H2O B．ab段与cd段所发生的反应相同

C．bc段反应的离子方程式是

2AlO2＋3H2O＋CO2 === 2Al(OH)3↓＋CO3

D．de段沉淀减少是由于BaCO3固体消失

答案：B 解析：只要通入CO2，立刻就有沉淀BaCO3产生，首先发生反应：Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O，将Ba(OH)2消耗完；接下来与KOH发生反应：2KOH＋CO2 ===K2CO3＋H2O，因而此阶段沉淀的量保持不变；然后发生反应：2AlO2＋3H2O＋CO2===2Al(OH) 3↓＋CO3，沉淀量增大，沉淀量达最大后，再发生反应：CO3＋CO2 ＋H2O===2HCO3；最后发生反应：BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2，部分沉淀溶解，Al(OH)3不与CO2反应，所以最终有Al(OH)3沉淀剩余。

Oa段：Ba(OH)2＋CO2=== BaCO3↓＋H2O，故A项正确，不符合题意。ab段：2KOH＋CO2 222

=== K2CO3＋H2O，cd段：CO3＋CO2 ＋H2O===2HCO3，所以ab段与cd段沉淀物质的量都不变，但所发生的反应不相同，故B项错误，符合题意。bc段反应的离子方程式：2AlO222＋3H2O＋CO2=== 2Al(OH)3↓＋CO3，故C项正确，不符合题意。de段发生反应：BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2，碳酸钡转化成碳酸氢钡导致沉淀减少，故D项正确，不符合题意。

－－3. (2015全国Ⅰ，12分)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4 ×102，K2＝5.4 ×105。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__________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有________，装置B的主要作用是_______________________________________________________________________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有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)设计实验证明草酸的酸性比碳酸的强：___________________________________________。

答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊(2分)

CO2(1分)

冷凝(水蒸气、草酸等)，验证H2C2O4·2H2O的分解产物含有H2O，同时防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验(2分)

(2)①F、D、G、H、D、I(2分)

CuO(氧化铜)(1分)

②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊(2分)

(3)向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生(2分) 解析：(1)澄清石灰水变浑浊，说明有CO2产生；装置B主要是冷凝分解产物中的水，水是产物之一，同时草酸也可能升华，所以该装置还用于除去草酸蒸气，避免其进入装置C中，因为草酸和石灰水反应会产生草酸钙沉淀，干扰CO2的检验。

(2)①由装置A、B出来的气体含有CO2、CO，用CO还原灼热的氧化铜，进而检验其产物CO2，但要注意到原产物中有CO2，故要设计除去CO2和验证CO2除尽的环节。最终确认连接顺序F(除CO2)、D(验证CO2被除尽)、G(干燥，这是气体进入加热装置的常规要求)、H(CO还原氧化铜)、D(验证H中生成的CO2来证明CO的存在)、I(尾气处理)，H中盛有氧化铜。②由前述说明可知，在H中CO还原氧化铜，黑色的CuO粉末变为红色的Cu，氧化产物CO2进入D使澄清石灰水变浑浊，从而可证明草酸晶体分解产物中有CO。

(3)根据强酸制弱酸原理，设计溶液混合，产生气泡即可，碳酸盐也可以是Na2CO3，但最好不用CaCO3。

4．(2019改编，15分)晶体硅(熔点1410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅的过程如下：

Ⅰ.高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅；

Ⅱ.粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCl=====

SiHCl3＋H2)；

Ⅲ.SiHCl3与过量的H2在1100～1200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应。

(1)第一步用焦炭与石英砂制取粗硅，其反应的化学方程式为___________________________；上述反应中的氧化剂是________，还原剂是________。

(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________________。

(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：

200～350 ℃

①装置B中的试剂是__________，装置C中的烧杯需要加热，目的是_____________________ _______________________________________________________________________________。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是__________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是___________________________________________________________。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_______________________________________________________________________________。

答案：(1)SiO2＋2C=====Si＋2CO↑(2分)

SiO2(1分)

C(1分)

(2)分馏(或蒸馏)(1分) (3)①浓硫酸(1分)

使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化(2分)

②有固体生成(1分) 在此反应温度下，普通玻璃会软化(2分)

SiHCl3 ＋H2=====Si＋3HCl(2分) ③排尽装置内的空气(2分) 高温高温

解析：(1)焦炭与石英砂制取粗硅：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑，SiO2得电子，价态降低，为氧化剂，C失电子，价态升高，为还原剂。

(2)SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。

(3)①SiHCl3能与水剧烈反应，应将制得的H2中的水蒸气除去，故装置B中的试剂是浓硫酸；常温下SiHCl3为液体，反应时应使其汽化后再在D处与H2反应，故装置C的烧瓶需加热。②H2和汽化后的SiHCl3在装置D中发生反应：SiHCl3 ＋H2=====Si＋3HCl，故D中观察到的现象是有固体生成，在此反应温度下，普通玻璃会软化，故不能采用普通玻璃管。③制备流程包含高温下加热氢气，氢气和氧气混合在高温条件下易发生爆炸，因此必须排尽装置内的空气。

高温高温课后提分练12

碳、硅及其化合物

A组(巩固提升)

1．(经典题，6分)为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从图中选择合适的装置并连接，合理的是(

)

A．a－a′→d－d′→e

B．b－b′→d－d′→g

C．c－c′→d－d′→g

D．d－d′→c－c′→f 答案：C 解析：由盐酸和大理石制得的CO2气体中含有HCl和H2O杂质，应明确要先除HCl再除H2O，否则会在除HCl时再次引入H2O杂质。饱和NaHCO3与HCl反应且不引入新的杂质，同时不与CO2反应，故采用饱和NaHCO3溶液除HCl，随后用浓硫酸进行干燥，CO2密度大于空气，用向上排空气法收集，导气管伸入试管底部。洗气应遵循“长进短出”的原则，综上所述，装置连接顺序为c－c′→d－d′→g，故C项正确。

2．(2019改编，6分)某短周期非金属元素原子最外层电子数是次外层电子数的一半，下列关于该非金属元素的说法不正确的是(

) ①在自然界中主要以化合态存在，是构成一些岩石和矿物的基本元素

②玻璃、陶瓷、玛瑙都是该非金属元素的最高价含氧酸盐制品

③单质用于制作半导体材料，最高价氧化物用于制作光导纤维

④最高价氧化物不与酸反应

⑤单质和最高价氧化物均可溶于NaOH溶液并放出气体

A．①②④⑤

B．②③④

C．②④⑤

D．③④⑤

答案：C 解析：短周期非金属元素原子最外层电子数是次外层电子数的一半，则该元素为Si。自然界中极少存在硅单质，硅元素主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，是构成一些岩石和矿物的

基本元素，故①正确。玻璃、陶瓷是硅酸盐制品，玛瑙的主要成分是二氧化硅，故②错误。硅单质用于制作半导体材料，二氧化硅用于制作光导纤维，故③正确。二氧化硅可与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O，故④错误。硅单质和二氧化硅与NaOH溶液发生反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，二氧化硅与NaOH溶液发生反应没有气体生成，故⑤错误。综上所述，C项符合题意。

3．(2018定州模拟，6分)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示：

下列说法错误的是(

) A．Y、Z分别为H2、Cl2

B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1 C．SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价

D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应

答案：B 解析：电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，Y和Z燃烧的产物可用于合成SiHCl3，其中Y还能将硅从其化合物中还原出来，说明Y、Z分别为H2、Cl2，故A项正确，不符合题意。制取粗硅的过程中，焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，反应的化学方程式是3C＋SiO2=====SiC＋2CO↑，在该副反应中碳既是氧化剂也是还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，故B项错误，符合题意。SiHCl3中氢元素是＋1价，氯元素是－1价，由化合物中各元素化合价代数和为0可知，硅元素的化合价为＋2价，故C项正确，不符合题意。H2与SiHCl3制备多晶硅的反应为SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl，属于置换反应，故D项正确，不符合题意。

4．(2019改编，6分)如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：

高温高温

下列说法不正确的是(

) A．反应器中发生的反应是复分解反应

B．副产物活性炭是一种性能优良的吸附剂，具有较高的经济价值

C．该流程中硅元素的化合价没有发生改变

D．水玻璃广泛应用于耐火材料、黏合剂生产等领域，是一种重要的工业原料

答案：A 解析：在反应器中稻壳灰的成分之一SiO2与NaOH溶液发生反应：SiO2＋2NaOH=== Na2SiO3＋H2O，该反应中酸性氧化物与碱反应生成盐和水，不是复分解反应，故A项错误，符合题意。活性炭具有优异的吸附能力，在净化水、防毒面具生产方面具有重要作用，经济价值较高，故B项正确，不符合题意。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，故C项正确，不符合题意。水玻璃广泛应用于耐火材料、黏合剂生产等领域，是一种重要的工业原料，故D项正确，不符合题意。

5．(2019改编，6分)下列离子方程式中书写正确的是(

) A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O=== 2Na＋CO3＋H2SiO3

B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2=== Ca2＋2HCO3

＋＋2C．雕刻师用某无机酸刻蚀玻璃：SiO2＋4H＋4F=== SiF4↑＋2H2O D．盛放NaOH溶液的试剂瓶误用玻璃塞：SiO2＋2OH=== SiO3＋H2O 答案：D 解析：Na2SiO3为强电解质，书写离子方程式时应拆为Na和SiO3，硅酸是弱酸且不溶于水，不可拆且标沉淀符号，同时CO2过量，产物为碳酸氢钠，正确书写：SiO3＋2CO2＋2H2O=== 2HCO3＋H2SiO3↓

，故A项错误。澄清的石灰水，Ca(OH)2应拆分为离子，正确书写：OH＋CO2=== HCO3，故B项错误。HF是弱酸，不可拆，正确书写：SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O，故C项错误。NaOH溶液能与玻璃塞中的SiO2反应生成硅酸钠，故D项正确。

6．(经典题，6分)青石棉是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，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，下列说法不正确的是(

) A．青石棉是一种硅酸盐材料

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．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原

D．由青石棉的氧化物表示形式可知，青石棉是混合物

答案：D 解析：硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，青石棉是一种硅酸盐材料，故A项正确，不符合题意。根据硅酸盐的氧化物书写规则可知，Na2Fe5Si8O22(OH)2改写为氧化物的形式为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，＋故B项正确，不符合题意。1 mol青石棉含3 mol＋2价Fe，用稀硝酸溶液处理时，Fe2被＋－氧化成Fe3，失3 mol e，还原1 mol稀硝酸，故C项正确，不符合题意。硅酸盐表示成氧－＋－＋－222

化物形式只是为了方便，不代表其构成，青石棉是单一硅酸盐组分的纯净物，故D项错误，符合题意。

7．(经典题，6分)室温下将一定体积的CO2通入V L NaOH溶液中，已知NaOH完全反应，若在反应后的溶液中加入足量石灰水，得到a

g沉淀；若在反应后的溶液中加入足量CaCl2溶液，得到b g沉淀，则下列说法正确的是(

) A．参加反应的CO2的体积为0.224a L B．用上述数据不能确定NaOH溶液的物质的量浓度

C．若a＝b，则CO2与NaOH溶液反应的产物盐只有Na2CO3

D．b可能等于a、小于a或大于a

答案：C 解析：当CO2少量时，发生反应CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，当CO2过量时，发生反应CO2＋NaOH===NaHCO3。加入足量石灰水，溶液中的CO3、HCO3全部生成CaCO3沉淀，a g质量为a g，n(CaCO3)＝－，根据原子守恒

100 g·mol1

CO2

～

CO3、HCO3

～

CaCO3

1

1 可知，n(CO2)＝n(CaCO3)＝a g－

，所以参加反应的CO2在标准状况下的体积为100 g·mol122a g－mol1＝0.224a L，而题干的条件是在常温下，故A项错误。加入足量－1× 22.4 L·100 g·molb g2CaCl2溶液，只能使溶液中的CO3生成沉淀，所以a≥b，n(Na2CO3)＝－＝0.01b mol，100 g·mol1n(NaHCO3)＝0.01a mol－0.01b mol，则原溶液中n(Na)＝2×0.01b mol＋(0.01a mol－0.01b

mol)＝(0.01a＋0.01b) mol，NaOH物质的量为(0.01a＋0.01b) mol，进而可求得NaOH溶液的物质的量浓度，故B、D项错误。由前述可知，当a、b相等时，CO2与NaOH溶液反应的产物盐只有Na2CO3，故C项正确。

8. (2015北京理综，10分)研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3占95%，写出CO2溶于水产生HCO3的方程式：________________________________________________________________。

(2)在海洋循环中，通过如图所示的途径固碳。

①

写出钙化作用的离子方程式：___________________________________________________。

②

同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O，用18O标记物质的光合作用的化18学方程式如下，将其补充完整：________＋________=====(CHO)＋xO2＋xH2O 2x叶绿体＋光照

(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机碳，可采用如下方法：

①气提、吸收CO2，用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)，将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。

②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x mol·L1 HCl溶液滴定，消耗y mL －HCl溶液，海水中溶解无机碳的浓度＝________mol·L1。

－答案：(1)CO2＋H2O＋H2CO3，H2CO3HCO3＋H(2分) ＋(2)①Ca2＋2HCO3=== CaCO3↓＋CO2↑＋H2O(2分) ②xCO2

2xH2O(2分) 18(3)①xy(2分)

②(2分) zH2CO3，H2CO3的第一步电离：H2CO3HCO3解析：(1)CO2溶于水：CO2＋H2O＋H。

＋(2)①依据题目信息，反应物是HCO3

，生成物是CaCO3和CO2，则钙化作用的离子方程式为Ca2＋2HCO3===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据元素守恒及示踪原子的标记可知方程＋式中的填空为xCO2、2xH2O。

18

(3)①酸化的试剂要用硫酸，不能用盐酸，HCl会挥发出来影响后续的滴定，装置图见答案。②该滴定过程转化的关系式为：

CO2

～

HCO3

～

HCl

1

1 xy－－n(CO2)＝xy×103mol，所以c(CO2)＝

mol·L1。

z

B组(冲刺满分)

9．(经典题，6分)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：Si24是硅单质的一种同素异形体，属于单质，故A项错误，B项正确。同素异形体的物理性质有差异，但化学性质相似，所以Si24不与稀硫酸反应，故C项错误。太阳能电池是利用光电效应将太阳能转化为电能，原电池是通过氧化还原反应将化学能转化为电能，二者原理不同，故D项错误。

10．(2018岳阳模拟，6分)将足量CO2气体通入水玻璃中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体是(

) A．Na2SiO3

B．Na2CO3、Na2SiO3

C．Na2CO3、SiO2

D．SiO2

答案：A 解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，足量CO2与Na2SiO3反应：CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，高温下充分灼烧，发生反应：H2SiO3=====SiO2＋H2O，2NaHCO3 =====CO2↑＋Na2CO3＋H2O，随即产生的SiO2和Na2CO3发生反应：Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，且恰好完全反应，所以最后得到的固体是Na2SiO3，故A项正确。

11.(经典题，6分)向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L (标准状况下)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气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)(

) 高温△△

答案：C ＋＋－解析：

当未通入CO2气体时，溶液中的离子为0.2 mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol OH；开始通入CO2气体，首先发生的反应是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O，当通入2.24 L CO2＋－气体时，Ba(OH)2消耗完，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.2 mol OH；继续通入CO2气体，发生的反应是2NaOH＋CO2=== Na2CO3＋H2O，当通入4.48 L CO2气体时，NaOH消耗完，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol CO3；继续通入CO2气体，发生的反应是Na2CO3＋CO2＋H2O=== 2NaHCO3，当通入6.72 L CO2时，Na2CO3消耗完，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.2 mol HCO3；继续通入CO2气体，发生的反应是BaCO3 ＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2，当通入8.96 L CO2时，BaCO3消耗完，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol HCO3，故C项正确。

＋＋＋＋2

12．(2019汇编，4分)按要求回答下列问题。

(1)在一定条件下，由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料____________(写化学式)。(2018天津理综) (2)三氯化硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。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____________________ ______________________________________________。(2018全国Ⅲ) 答案：(1)SiC(2分)

(2)2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl(2分) 解析：(1)SiH4和CH4在一定条件下反应生成H2和一种固体耐磨材料，由原子守恒知，另一种产物为SiC。

(2)根据SiHCl3遇潮气时发烟生成(HSiO)2O，可知该反应的反应物为SiHCl3和H2O，生成物之一为(HSiO)2O，根据原子守恒可知另一种产物为HCl，并配平可知化学方程式为2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl。

13. (2019改编，16分)硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活

中有广泛应用。回答下列问题：

(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”，这种“金属”可能是__________________________。

(2)玻璃是常用的硅酸盐材料，生产普通玻璃的主要材料有_____________________________，其制备过程中涉及的主要化学方程式为_____________________________________________。工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。

(3)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用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为_______________________________________________________________________________，

碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。

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，写出配平的化学反应方程式____________________________________；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_______________________________________________。

答案：(1)含有硅碳的铁合金(1分) (2)纯碱、石英、石灰石(2分)

Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3 ＋CO2↑(2分) CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑(2分)

氢氟酸(1分) (3)①SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑(2分)

金刚砂(1分)

金刚石(1分) ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑(2分)

氢气与氧气发生爆炸(2分) 解析：(1)石英砂的主要成分是二氧化硅，加热石英砂、木炭和铁时，发生反应：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑，所以在加热石英砂、木炭和铁时，可能得到含有硅碳的铁合金。

(2)制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，在玻璃窑中加强热时主要发生反应：Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑。氢氟酸可用于刻蚀玻璃。

(3)①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反应中生成碳化硅，反应为SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑，碳化硅又称金刚砂，其晶体结构与金刚石相似。②SiHCl3水解反应方程式为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑，生成硅酸、氢气和氯化氢。氢气与氧气高温下可能会发生爆炸。

14．(2018海淀模拟，9分)高纯硅晶体是信息技术的重要材料。

(1)工业上用石英和焦炭可以制得粗硅。已知反应过程的能量变化如图所示：

高温高温高温高温高温高温高温

写出用石英和焦炭制取粗硅的热化学方程式_________________________________________。

(2)某同学设计下列流程制备高纯硅：

①Y的化学式为____________。

②写出反应Ⅰ的离子方程式________________________。

③写出反应Ⅳ的化学方程式_______________________________________________________。

④甲烷分解的温度远远高于硅烷(SiH4)，用原子结构解释其原因________________________ _______________________________________________________________________________。

－答案：(1)SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)

ΔH＝＋638.4 kJ·mol1(2分) (2)①H2SiO3或H4SiO4(1分)

②SiO2＋2OH===SiO3＋H2O(2分) ③SiO2＋4Mg=====Mg2Si＋2MgO(2分)

④元素周期表中，硅与碳属于同主族元素，原子半径Si大于C，硅元素的非金属性弱于碳元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷(2分) －解析：(1)由题图可写出热化学方程式Si(s)＋O2(g)===SiO2(s)

ΔH＝－859.4 kJ·mol1①，2C(s)－＋O2(g)===2CO(g)

ΔH＝－221.0 kJ·mol1②，根据盖斯定律，由②－①得出：SiO2(s)＋－2C(s)===Si(s)＋2CO(g)

ΔH＝＋638.4 kJ·mol1。

(2)①砂粒中含有SiO2，与NaOH反应生成Na2SiO3，往X中加入稀硫酸，发生反应Ⅱ：SiO3＋－2高温2＋2H===H2SiO3↓或SiO3＋2H＋H2O===H4SiO4↓，即Y为H2SiO3或H4SiO4。②反应Ⅰ的离子方程式为SiO2＋2OH===SiO3＋H2O。③根据流程图可知，反应Ⅳ的化学方程式为SiO2＋4Mg=====Mg2Si＋2MgO。④元素周期表中，硅与碳属于同主族元素，原子半径Si大于C，硅元素的非金属性弱于碳元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷，因此甲烷分解的温度远远高于硅烷(SiH4)。

高温－2＋2

15. (2019改编，9分)氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得。

根据题意完成下列各题：

(1)配平化学反应方程式：□SiO2＋□C＋□N2=====□Si3N4＋□CO (2)为了保证石英和焦炭尽可能的转化，氮气要适当过量。某次反应用了20 mol氮气，反应生成了5 mol一氧化碳，则反应中转移电子数为________NA，此时混合气体的平均相对分子质量是________。

(3)分析反应可推测碳、氮气的氧化性：C________N2(填“＞”“＜”“＝”)。

(4)氮化硅陶瓷的机械强度高，硬度接近于刚玉(Al2O3)，热稳定性好，化学性质稳定。以下用途正确的是________(多选)。

A．可以在冶金工业上制成坩埚、铝电解槽衬里等设备

B．在电子工业上制成耐高温的电的良导体

C．研发氮化硅的全陶发动机替代同类型金属发动机

D．氮化硅陶瓷的开发受到资源的限制，没有发展前途

(5)氮化硅的化学性质稳定，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。氮化硅与氢氟酸发生复分解反应(产物包含一种有刺激性气味、易液化的气体)，写出二者反应的化学方程式_______________________________________________________________________________。

答案：(1)3 6 2 1 6(2分)

(2)10(1分)

28(1分)

(3)＜(1分)

(4)AC(2分) (5)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑(2分) 解析：(1)反应物中C失电子，被氧化，N2得电子被还原，根据得失电子守恒，C和N2的化学计量数之比为3∶1，得SiO2＋3C＋N2

→ Si3N4＋CO，再根据原子守恒，补齐其他物质的3高温1高温计量数：SiO2＋3C＋N2=====Si3N4＋3CO，即3SiO2＋6C＋2N2=====

Si3N4＋6CO。

22(2)反应中只有C的价态升高，根据反应方程式可知，氮气过量，所以根据CO计算电子转移，C由0价升为＋2价，转移电子的物质的量是生成的CO的物质的量的2倍，即10 mol，所以反应中转移电子数为10 NA；N2和CO的相对分子质量都是28，所以混合气体的平均相对分子质量是28。

(3)反应中N2将C氧化，故氧化性C ＜

N2。

(4)氮化硅的热稳定性好，可以制成坩埚等热工设备，故A项正确。氮化硅没有导电性，故B项错误。氮化硅机械强度高，耐高温，可代替同类型的金属发动机，故C项正确。制备氮化硅的资源丰富，具有广阔的发展前景，故D项错误。

(5)结合本题背景可知该有刺激性气味、易液化的气体为NH3，且发生的反应为复分解反应，故反应方程式为Si3N4＋12HF=== 3SiF4↑＋4NH3↑。

高温