1、第9讲碳、硅及其重要化合物A组基础必做题(40分)一、选择题(本题包括4小题，每题4分，共16分)1(2021山东青岛高三检测)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8NaCCl4SiCl4=SiC8NaCl。下列说法不正确的是(B)ASiC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CSiO2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解析SiC和SiO2中Si元素的化合价均为4，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S
2、i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。2(2020课标，9)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(C)A海水酸化能引起HCO浓度增大、CO浓度减小B海水酸化能促进CaCO3的溶解，导致珊瑚礁减少CCO2能引起海水酸化，其原理为HCOHCOD使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境解析海水酸化会引起H浓度增大，H与CO结合生成HCO，故HCO浓度增大、CO浓度减小；海水酸化会使CO浓度减小，平衡CaCO3(s)Ca2(aq)CO(a
3、q)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CO2H2OH2CO3HHCO；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(2021广西高三检测)SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是(C)A图中所有反应都不属于氧化还原反应B硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维C可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高解析图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应
4、，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。4(2021湖北武汉模拟)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)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发生改变D反应器中发生的复分解反应为SiO22NaOH=Na2SiO3H2O解析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，A正确；操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操
5、作，B错误；二氧化硅中，硅元素的化合价是4，硅酸钠中，硅元素的化合价是4，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C错误；由复分解反应的概念可知，SiO22NaOH=Na2SiO3H2O不属于复分解反应，D错误。二、非选择题(本题包括2小题，共24分)5(2021山东烟台检测)光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅(一种无机涂层)的工艺流程如下：回答下列问题：(1)反应的化学方程式为SiO22CSi2CO，氧化剂为SiO2(填化学式)。(2)经反应所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下：组分名称SiCl4SiHCl3SiH2Cl2HClBCl3PCl3质量分数0.5450.
6、4050.046 20.000 30.001 930.001 57沸点/57.631.88.28512.575.5图中“操作X”的名称为精馏(或蒸馏)；PCl3的电子式为。(3)反应和中尾气的用途为制取盐酸(或其他合理答案)；反应的化学方程式为3SiCl44NH3Si3N412HCl。解析(1)反应是焦炭还原SiO2，反应方程式为SiO22CSi2CO；氧化剂是所含元素化合价降低的物质，根据反应方程式可知，二氧化硅中硅的化合价由4价0价，即SiO2是氧化剂。(2)根据表格数据，除HCl、BCl3和SiH2Cl2常温下是气体外，其余为液体，因此采用精馏(或蒸馏)的方法得到SiCl4，PCl3是共
7、价化合物，最外层都满足8电子稳定结构，其电子式为。(3)反应中得到的物质为SiO2和HCl，尾气是HCl，反应中发生的反应是3SiCl44NH3Si3N412HCl，尾气是HCl，因此尾气的用途是制备盐酸。6(2021山东滨州高三检测)从“南澳一号”沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿烂的中华文明。青花瓷胎体的原料高岭土Al2Si2O5(OH)x可掺进瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1 300 左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。(1)下列说法正确的是CD(填序号)。A高岭土化学式中x2B钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液C烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变
8、化和化学变化D青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品(2)在“南澳一号”考古过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。洗涤石英砂的目的是除去石英砂中的NaCl杂质。二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是SiO22OH=SiOH2O。在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率。工业上常用纯净石英砂与C在高温下发生反应制备粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为11。下列说法正确的是B(填序号)。ASiC是一种传统的无机非金属材料B制造粗硅时的反应为2
9、SiO25CSiSiC4COC在以上流程中，将盐酸改为NaOH溶液，也可达到目的D纯净的SiO2只能用于制造光导纤维解析(1)选项A，根据化合物中各元素的正、负化合价代数和等于零的原则，可得(3)2(4)2(2)5(1)x0，解得x4，A错；选项B，钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液，B错；选项C，根据陶瓷的制作过程可推测出烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，C正确；选项D，青花瓷，玻璃、水泥都属于硅酸盐产品，D正确。(2)石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质，洗涤石英砂可使NaCl与SiO2分离。SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。
10、将洗净的石英砂研磨成粉末后能增大反应物的表面积，从而增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率。选项A，SiC是一种新型无机非金属材料。选项B，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为11，根据元素的原子个数守恒和得失电子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO25CSiSiC4CO。选项C，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离。选项D，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等，正确答案为B。B组能力提升题(60分)一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)1(2020山东，4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是(C)A键能
11、CCSiSi、CHSiH，因此C2H6稳定性大于Si2H6B立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度CSiH4中Si的化合价为4，CH4中C的化合价为4，因此SiH4还原性小于CH4DSi原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成pp 键解析A项，分子内的键能越大，键长越短，分子越稳定，正确；B项，SiC共价晶体内只存在强度很大的CSi共价键，并且原子之间形成稳定的空间立体网状结构，故硬度很高，正确；C项，非金属性CSi，则键能CHSiH，键长SiHCH，稳定性CH4SiH4，气态氢化物稳定性越强，其还原性越弱，故还原性SiH4CH4，错误；
12、D项，Si原子半径较大，p轨道电子云肩并肩重叠程度小，很难形成pp 键，正确。2(2021山东临沂模拟改编)某学习小组拟探究CO2和锌粒反应是否生成CO，已知CO能与银氨溶液反应产生黑色固体。实验装置如图所示：下列说法正确的是(D)A实验开始时，先点燃酒精灯，后打开活塞KBb、c、f中试剂依次为氢氧化钠溶液、浓硫酸、银氨溶液C装置e的作用是收集一氧化碳气体D用上述装置(另择试剂)可以制备氢气并探究其还原性解析根据题意分析可知装置图中各个装置的作用分别是a装置是二氧化碳气体发生装置，生成的二氧化碳气体含有氯化氢和水蒸气，通过b中饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢，通过装置c中浓硫酸除去水蒸气，通过d加热
13、和锌发生反应，生成的气体通过装置e分离二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳进入装置f中的银氨溶液产生黑色固体，验证一氧化碳的存在。实验开始时，装置内含有空气，若先点燃酒精灯，锌与空气反应产生ZnO，无法使CO2与Zn反应，所以应该先打开活塞K，使CO2充满整个装置后再点燃酒精灯，A错误；b中饱和碳酸氢钠溶液用来除去HCl，c中浓硫酸用来干燥CO2气体；f中试剂为银氨溶液，验证一氧化碳的存在，B错误；装置e的作用是分离二氧化碳与一氧化碳的混合气体，C错误；由于在实验室中是用稀盐酸与Zn粒反应制取氢气，反应不需要加热，因此也可以使用启普发生器制取，然后用饱和食盐水或水除HCl杂质，用浓硫酸干燥氢气，再通过
14、盛有CuO的硬质玻璃管来验证H2的还原性，e作安全瓶，可以防止倒吸现象的发生，氢气是可燃性气体，在排放前要进行尾气处理，D正确。3(2021天津高三检测)二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(制备流程如图所示)。下列说法正确的是(B)ASiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物B盛放Na2CO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞C硅胶吸水后不能重复使用D图中所示转化反应都是氧化还原反应解析二氧化硅与NaOH反应的化学方程式为SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，生成了盐和水，SiO2只能与HF反应，即只能与特殊酸反应，与其他酸不反应，所以二氧化硅不是两性氧化物，
15、故A错误；Na2CO3溶液呈碱性，二氧化硅能与碱反应生成具有黏合性的硅酸钠，使玻璃塞无法打开，故B正确；硅胶吸附水分后，可通过热脱附方式将水分除去重复使用，故C错误；图中二氧化硅与氢氟酸、氢氧化钠、碳酸钠的反应，硅酸钠与盐酸的反应，硅酸的分解反应，这些反应中元素的化合价都没有发生变化，属于非氧化还原反应，故D错误。4(2021北京十中月考)我国化学家侯德榜创立了著名的“侯氏制碱法”(流程图如图所示)，促进了世界制碱技术的发展。下列有关说法正确的是(D)A沉淀池中的反应物共含有五种元素B过滤得到的“母液”中一定只含有两种溶质C图中X可能是氨气D通入氨气的作用是使溶液呈碱性，促进二氧化碳的吸收，更
16、多地析出沉淀解析沉淀池中的反应物是氯化钠、氨气、二氧化碳和水，所以含有Na、Cl、N、H、C、O六种元素，故A项错误；过滤得到的“母液”中含有的溶质有碳酸氢钠、氯化铵，还可能含有过量的氯化钠，故B项错误；碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水、二氧化碳，所以X是二氧化碳，故C项错误；氨气的水溶液显碱性，能更好地吸收二氧化碳，更多地析出沉淀，故D项正确。二、非选择题(本题包括2小题，共36分)5(2021广西高三检测)水泥是重要的建筑材料。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
17、溶剂，以氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2氧化为Fe3，还可使用H2O2代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是SiO2(或H2SiO3)，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SiO24HF=SiF42H2O(或H2SiO34HF=SiF43H2O)。(3)加氨水过程中加热的目的是防止胶体生成，易沉淀分离。沉淀B的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3(写化学式)。(4)草酸钙沉淀经稀硫酸处理后，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MnOHH2C2O4Mn2CO2H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴
18、定时消耗了0.050 0 molL1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为45.0%。解析(1)在此过程中需将铁元素转化为Fe3，再通过调节pH45使其转化为Fe(OH)3而除去，所以加入硝酸的目的是将Fe2氧化为Fe3，还可以用H2O2代替硝酸，不会产生其他杂质。(2)A为SiO2或H2SiO3，SiO2、H2SiO3均能与HF反应，反应的化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O或H2SiO34HF=SiF43H2O。(3)加热使得Fe3、Al3的水解平衡正向移动，促进Fe3、Al3的水解，能防止胶体生成，易沉淀分离，沉淀B的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)
19、3。(4)滴定反应的离子方程式为2MnO6H5H2C2O4=2Mn210CO28H2O，由方程式可得关系式5Ca25H2C2O42MnO5 2n0.050 036103 moln4.5103 mol，所以m(Ca)4.5103 mol40 gmol10.18 g所以w(Ca2)100%45.0%。6(2021浙江高三检测)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：3SiCl4
20、2N26H2=Si3N412HCl。(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：净化N2和H2时，铜屑的作用是除去原料气中的氧气，硅胶的作用是除去生成的水蒸气。在氮化炉中发生反应3SiO2(s)2N2(g)=Si3N4(s)3O2(g)H727.5 kJmol1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；体系中要通入适量的氢气是为了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)。X可能是硝酸(填“盐酸”“
21、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：假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应中HCl的利用率为90%，反应中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51。解析(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式：3SiCl42N26H2=Si3N412HCl。(2)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。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。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)反应生成1 mol纯硅需补充HClmol，需补充H2mol，补充HCl与H2的物质的量之比为51。