1、第四章非金属及其化合物第1讲碳、硅及其化合物课时集训测控导航表考点基础题组能力题组挑战题组碳、硅的性质及其应用214CO2、SiO2的性质与应用4,57,8,9硅酸及其盐和无机非金属材料310综合应用1,611,12,13151.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式或用途不相符的一组是(A)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用作油漆和涂料解析:石英主要用于生产玻璃和光导纤维等,晶体硅才用于制作集成电路。2.下列有关硅及其化合物的说法正确的是(C)A.单晶硅太阳能电池的
2、光电转换效率为100%B.硅在地壳中含量居第二位,在地球上有丰富的硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅C.硅相对于氢气便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的燃料D.一种硅酸盐云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2用氧化物形式可表示为K2O3Al2O36SiO2H2O解析:由光的反射和散射,正常日光照射,单晶硅太阳能电池的光电转换效率远达不到100%,A错误;B 中石英、水晶、玛瑙的主要成分都是SiO2,错误;硅常温下为固体,性质较稳定,便于贮存,较为安全,硅是有开发价值的燃料,C正确;KAl2(AlSi3O10)(OH)2写成氧化物形式要保证各元素的原子个数比不变,氧化
3、物形式可表示为K2O3Al2O36SiO22H2O,D错误。3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的事实是(B)A.CO2溶于水形成碳酸,SiO2难溶于水B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2D.CO2是气体,而SiO2是固体解析:往硅酸盐溶液通入二氧化碳,可以看到溶液变浑浊,是因为生成了难溶的硅酸沉淀,如Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3,反应原理是强酸制弱酸,说明碳酸比硅酸酸性强,B正确。4. 我国科学家制得了SiO2超分子纳米管,微观结构如图。下列叙述正确的是(C)A.SiO2与干冰的晶体结构相似B.SiO2耐腐蚀,不与任何酸反应
4、C.工业上用SiO2制备粗硅D.光纤主要成分是SiO2,具有导电性解析:SiO2是由Si、O原子形成的空间网状结构,干冰是由CO2分子构成的,两者结构不同;光纤主要成分是SiO2,但它不导电。5.(2016山东济南联考)下列离子方程式的书写正确的是(D)A.水玻璃中通入过量二氧化碳:Na2SiO3+CO2+H2O2Na+C+H2SiO3B.澄清石灰水中通入过量二氧化碳:Ca(OH)2+2CO2Ca2+2HCC.硅与氢氟酸的反应:Si+4H+4F-SiF4+2H2D.二氧化硅溶于烧碱溶液中:SiO2+2OH-Si+H2O解析:Na2SiO3是强电解质,应拆成Na+、Si,且应生成HC,A错;B项
5、正确的写法是CO2+OH-HC;C项,氢氟酸是弱酸,不能拆分成H+和F-。6.硅及其化合物对人类现代文明具有特殊贡献。请回答下列有关问题:(1)硅原子的结构示意图为 。(2)下列物品或设备所用材料属于硅酸盐的是(填字母)。长江三峡水泥大坝光导纤维陶瓷坩埚 普通玻璃硅太阳能电池A. B.C. D.(3)下列说法正确的是。A.在粗硅的制取中发生2C+SiO22CO+Si,硅被还原,所以碳的还原性强于硅的还原性B.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CO2D.由Na2CO3+SiO2CO2+Na2SiO3可
6、知硅酸的酸性大于碳酸(4)常温下,SiCl4为液态,沸点为57.6 ,在空气中冒白雾。制备高纯度硅的中间产物SiCl4中溶有液态杂质,若要得到高纯度SiCl4,应采用的方法是;用化学方程式及必要的文字解释SiCl4在空气中冒白雾的原因: 。解析:(3)A项反应主要是因为CO是气态物质,从混合物中逸出而发生,实际上Si还原性强于C,A错;硅酸钠本身即为矿物胶,可作黏合剂,使瓶塞、瓶口黏合不易打开,B错;C正确;强酸制取弱酸的适用对象是水溶液中的复分解反应,D错。(4)分离液态混合物可用蒸馏的方法。答案:(1)(2)D(3)C(4)蒸馏SiCl4+3H2O4HCl+H2SiO3,生成的HCl与水蒸
7、气结合形成盐酸小液滴,形成白雾7.(2016吉林长春第十一中期中)将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中,生成沉淀与通入CO2的量的关系可表示为(C)解析:混合溶液中通入二氧化碳,按先后顺序发生的反应为:氢氧化钡和二氧化碳反应生成碳酸钡沉淀、氢氧化钾和二氧化碳反应生成碳酸钾、偏铝酸钾和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀、碳酸钾和二氧化碳反应生成碳酸氢钾、碳酸钡和二氧化碳反应生成碳酸氢钡,沉淀溶解,最后还有氢氧化铝沉淀,所以选C。8.将足量CO2气体通入水玻璃中,然后蒸干,再在高温下充分灼烧,最后所得固体物质是(A)A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3C.
8、Na2CO3、SiO2 D.SiO2解析:CO2与水玻璃反应生成Na2CO3和H2SiO3,在高温条件下H2SiO3变为SiO2,Na2CO3与SiO2反应又生成Na2SiO3和CO2,所以最后得到的固体物质是Na2SiO3,故A正确。9.证明生石灰中既混有石英,又混有石灰石的方法是(D)A.加入过量盐酸,观察是否有气泡冒出B.加入过量烧碱溶液,观察是否有固体溶解C.加热至高温,观察是否有气泡冒出,是否有硅酸钙生成D.先加过量盐酸搅拌,观察是否有不溶物剩余及气泡出现;若有不溶物则滤出,投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解解析:SiO2不溶于除氢氟酸以外的酸,可用氢氧化钠溶液检验石英是否存在;CaO、
9、CaCO3均可溶于盐酸且CaCO3溶于盐酸有气泡生成,可用盐酸检验石灰石是否存在。10.歌曲青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目,但古瓷中所用颜料成分一直是个谜,近年来科学家才得知大多为硅酸盐,如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox,铜的化合价为+2),下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(C)A.可用氧化物形式表示为BaOCuO2SiO2B.性质稳定,不易脱色C.易溶于强酸和强碱D.x等于6解析:在硅酸铜钡中,铜元素化合价为+2,硅元素化合价为+4,氧元素的化合价为-2,钡元素的化合价为+2,则x=6,其可用氧化物形式表示为BaOCuO2Si
10、O2,A、D正确。BaCuSi2O6中铜显+2价,二价铜离子不容易被还原,性质较稳定,不易脱色,B正确。BaCuSi2O6是弱酸盐,所以能和强酸反应,和强碱不反应,C不正确。11.(2016四川绵阳模拟)欲除去下表中各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质),所用试剂、操作名称及化学方程式或原因错误的是(D)选项样品所用试剂操作名称化学方程式或原因ASiO2(CaCO3)盐酸过滤CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2BCaCO3(SiO2)NaOH溶液过滤2NaOH+SiO2Na2SiO3+H2OCSiO2(Si)氧气加热Si+O2SiO2DSiO2(H2SiO3)水过滤硅酸溶于水,而Si
11、O2不溶于水解析:SiO2和H2SiO3均不溶于水,所以不能通过加水过滤的方法除去SiO2中的H2SiO3,正确的除杂方法是加热,使硅酸分解:H2SiO3SiO2+H2O。12.化学家指出Si与NaOH溶液的反应,首先是Si与OH-反应,生成Si,然后Si迅速水解生成H4SiO4。下列有关说法正确的是(D)A.原硅酸钠(Na4SiO4)能迅速水解,溶液呈碱性,故Na4SiO4为弱电解质B.石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品C.2HCl+Na2SiO3H2SiO3+2NaCl,说明Cl的非金属性强于SiD.半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅解析:盐酸不是Cl的最
12、高价氧化物对应的水化物,无法通过盐酸与硅酸钠的反应比较Cl、Si的非金属性强弱。13.导学号 16972093某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。已知:PdCl2溶液可用于检验CO,反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2OCO2+2HCl+Pd(产生黑色金属钯粉末,使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的N2,其原因是 。(2)装置B的作用是 。(3)装置C、D中所盛试剂分别为 、,若装置C、D中溶液均变浑浊,且经检测两气体产物的物质的量相等,则该反应的化学方程式为 。(4)该装置的缺点是 。(5)资料表明,上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。取18
13、 g SiO2和8.4 g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L,假定气体产物只有CO,固体产物只有Si和SiC,则Si和SiC的物质的量之比为。(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强: 。解析:(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行,而高温下碳与空气中氧气反应,所以实验前要通入足够长时间的N2将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知,B装置作安全瓶,防止倒吸。(3)碳与二氧化硅反应可能生成CO也可能生成CO2,所以C装置用来检验CO2,D装置用来检验CO,所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液;若装置C、D中溶液均变浑浊,说明既有CO2又有CO,由于两气体产物的物质的量相等,根据
14、元素守恒可知化学方程式为3SiO2+4C2CO2+2CO+3Si。(4)CO有毒,不能直接排放到空气中,而该装置缺少尾气吸收装置吸收未反应的CO。(5)n(SiO2)=0.3 mol,n(C)=0.7 mol,充分反应后收集到0.6 mol气体,假定气体产物只有CO,固体产物只有Si和SiC,则有:SiO2+ 2C2CO+Si0.3 mol0.6 mol0.6 mol 0.3 molSi+CSiC1 1 10.1 mol 0.1 mol 0.1 mol故Si和SiC的物质的量之比为0.2 mol0.1 mol=21。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱,将CO2气体通入硅酸钠溶液,发生反应CO2+H
15、2O+Na2SiO3Na2CO3+H2SiO3,溶液变浑浊,说明酸性H2CO3H2SiO3。答案:(1)将装置中的空气排尽,避免空气中的氧气等对实验产生干扰(2)作安全瓶,防止倒吸(3)澄清石灰水PdCl2溶液3SiO2+4C2CO2+2CO+3Si(4)缺少尾气吸收装置(5)21(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体,溶液变浑浊,证明碳酸酸性大于硅酸14. 导学号 16972094从石墨中分离出来的石墨烯是最薄、最坚硬、几乎透明的物质,可制成电阻率最小的纳米材料,其结构如图所示。下列关于石墨烯的说法不正确的是(B)A.具有良好的导电性和透光性B.石墨烯属于新型有机化合物,熔沸点较高C.石墨烯、
16、金刚石互为同素异形体D.在氧气中燃烧可能生成CO2、CO或两者的混合物解析:石墨烯可制成电阻率最小的纳米材料,说明石墨烯具有良好的导电性,A正确;石墨烯属于碳的单质,不是高分子化合物,B不正确;石墨烯、金刚石是同种元素形成的不同单质,互为同素异形体,C正确;碳能在氧气中燃烧,石墨烯属于碳的单质,能与氧气反应,D正确。15.导学号 16972095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450500 ),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下:a.四氯化
17、硅遇水极易水解;b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;c.有关物质的物理常数见下表:物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/-70.0-107.2升华温度/180300162请回答下列问题:(1)写出装置A中发生反应的离子方程式: 。(2)装置A中g管的作用是;装置C中的试剂是;装置E中的h瓶需要冷却的理由是 。(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是 (填写元素符号)。解析:根据题中信息可知A为Cl2的发生装置,B、C为Cl2净化装置,D中发生反应2Cl2+SiSiCl4,生成的SiCl4用E收集。B中为饱和食盐水将氯气中的氯化氢气体除去,C中应为浓H2SO4,干燥氯气,由表中数据可知SiCl4沸点较低,用冷却液冷却可得到液态SiCl4。由题中表格中物质升华温度数据可知,AlCl3、FeCl3、PCl5的熔点均高于SiCl4的沸点,而BCl3的沸点低于SiCl4的沸点,所以蒸出SiCl4后,剩余的是AlCl3、FeCl3、PCl5等物质。答案:(1)MnO2+4H+2Cl-Mn2+Cl2+2H2O(2)平衡压强浓H2SO4SiCl4沸点较低,用冷却液冷却可得到液态SiCl4(3)Al、Cl、P