2017届江苏高考化学一轮复习专题2《非金属元素及其化合物》8《碳、硅及其化合物》(苏教版)Word版含分解
课时8 碳、硅及其化合物
1硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是()
A. 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B. 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
C. 反应：Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂
D. 硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应
【答案】 A
【解析】粗硅提纯涉及的反应：Si+2Cl2SiCl4、SiCl4+2H2Si+4HCl都是氧化还原反应，B错误；该反应的实质是Si先与H2O反应：Si+3H2O H2SiO3+2H2↑，H2SiO3再与NaOH发生复分解反应生成Na2SiO3，故只有H2O是氧化剂，C错误；硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D错误。
2下列关于硅的说法不正确的是()
A. 硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
B. 硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D. 加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
【答案】 C
【解析】晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属，A正确；硅既有金属性又有非金属性，其导电性也介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料，B正确；硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应，C错误，D正确。
3二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(各种转化见下图)。下列说法正确的是()
A. SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
B. SiO2和Si都是光导纤维材料
C. 在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效
D. 图中所示转化反应都是非氧化还原反应
【答案】 C
【解析】两性氧化物与酸和碱反应均生成盐和水，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，A 错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D错误。
4下列说法正确的是()
A. 光导纤维的主要成分是硅
B. 常用氢氟酸(HF)来刻蚀玻璃
C. 制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英
D. 实验室用带玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液
【答案】 B
【解析】光导纤维的主要成分是二氧化硅，A错误；4HF+SiO 2SiF4↑+2H2O，所以可以用氢氟酸(HF)来刻蚀玻璃，B正确；制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英，C错误；玻璃中含有二氧化硅，二氧化硅与氢氧化钠反应生成具有黏性的硅酸钠，时间长了会打不开瓶塞，D错误。
5寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是()
A. 寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触
B. 寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物
C. 潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质
D. 置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质
【答案】 C
【解析】根据寿山石的主要成分可知其能与酸和碱发生反应，A正确；寿山石中主要成分为叶蜡石，含有不同形态的金属氧化物，造成其色彩丰富，B正确；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C错误；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D正确。
6月球的矿产资源极为丰富，仅月球表面层5cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，矿物有辉石CaMgSi2O6、斜长石KAlSi3O8和橄榄石(Mg或Fe)2SiO4等，下列说法或分析不正确的是()
A. 辉石、斜长石和橄榄石均属于硅酸盐矿
B. 斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2
C. 月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气
D. 橄榄石中铁为+2价
【答案】 B
【解析】辉石、斜长石和橄榄石成分中都含有硅元素和氧元素，所以均属于硅酸盐矿，A正确；斜长石的氧化物形式应该表示为K2O·Al2O3·6SiO2才符合化学式KAlSi3O8，B错误；游离态铁具有还原性容易被氧化，沙土中含有大量铁单质，说明月球的表面几乎没有氧气，C正确；橄榄石中硅为+4价，氧为-2价，只有铁为+2价才能满足化合价代数和为0，D正确。
7. 硅及其化合物已被广泛用于生产生活中，下列说法不正确的是()
图1 图2
A. 图1是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力源于以Si为原料的太阳能电池
B. 互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO2
C. 硅酸钠溶液的俗名是水玻璃，常用作木材的阻燃剂
D. 图2中这幅玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀玻璃形成的
【答案】 D
【解析】工艺师用氢氟酸刻蚀玻璃，D错误。
8. 下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是()
A. SiO2→Si
B. Na2SiO3→H2SiO3
C. SiO2→H2SiO3
D. Si→Na2SiO3
【答案】 C
【解析】SiO2+2C Si+2CO↑，A正确；Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3↓+Na2CO3，B正确；SiO2和H2O不能一步反应生成H2SiO3，C错误；Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑，D正确。
9. 判断下列说法是否正确。
(1) Si和SiO2都用于制造光导纤维。()
(2) NH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。()
(3) 硅胶可作袋装食品的干燥剂。()
(4) 漂白粉、石英都属于纯净物。()
(5) 因为晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。()
(6) 玻璃容器可长期盛放各种酸。()
(7) 浓硫酸可刻蚀石英制艺术品。()
(8) 含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封保存的过程中没有发生化学变化。()
(9) 氢氟酸刻蚀玻璃不涉及化学变化。()
【答案】(1) ?(2) √(3) √(4) ?(5) ?(6) ?(7) ?(8) ?(9) ?
【解析】(1) SiO2用于制造光导纤维，Si用于制造半导体材料。(2) NH4F水解产生HF，HF易和玻璃中的SiO2反应，所以NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。(3) 硅胶多孔，吸收水分能力强，可作袋装食品的干燥剂。(4) 漂白粉是次氯酸钙和氯化钙的混合物，石英是混合物，其主要成分是二氧化硅。(5) 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，可用于制作半导体材料。(6) HF 能与玻璃的成分SiO2发生反应(SiO2+4HF SiF4↑+2H2O)，所以玻璃容器不能长期盛放氢氟酸(HF)。(7) 浓硫酸不与玻璃的成分二氧化硅发生反应，工艺师用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品。(8) 硅胶具有吸水性，可防止食品受潮，属于物理变化；铁粉可防止食品氧化，属于化学变化。(9) HF能与玻璃的成分SiO2发生反应，因此用于雕刻玻璃，属于化学变化。
10. 我国目前制备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。由于三氯氢硅氢还原法具有一定优点，被广泛应用。其简化的工艺流程如下图所示。
(1) 由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式为。该生产工艺中可以循环使用的物质是(至少写出两种)。
(2) 由于SiH4具有易提纯的特点，因此硅烷热分解法是制备高纯硅很有发展潜力的方法。工业上广泛采用的合成硅烷的方法是让硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷，反应的化学方程式是。
整个制备过程必须严格控制无水，否则反应将不能生成硅烷，而是生成硅酸和氢气等，其化学方程式为。
整个系统必须与空气隔绝，其原因是。
【答案】(1) SiHCl3+H2Si+3HCl HCl、H2、SiHCl3等(任写两种)
(2)Mg2Si+4NH4Cl SiH4↑+2MgCl2+4NH3↑Mg2Si+4NH4Cl+3H2O2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸
【解析】(1) 根据三氯氢硅氢还原法制备多晶硅的工艺流程可知，发生的反应为Si+3HCl SiHCl3+H2，SiHCl3+H2Si+3HCl，反应过程中，HCl、H2、SiHCl3可循环使用。
11. 绿泥石的组成可表示为Al4Si4O x(OH)y，其中x、y分别为 ()
A. 108
B. 710
C. 810
D. 97
【答案】A
【解析】由化学式中各元素化合价的代数和为0可知：(+3)×4+(+4)×4+(-2)·x+(-2+1)·y=0，则有2x+y=28。将各选项中x、y的值代入验证，只有A项符合。
12. 下列表述正确的是()
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A. ①②③
B. ②④
C. ③④⑤
D. ③⑤
【答案】C
【解析】人造刚玉的成分是氧化铝；玛瑙的主要成分是二氧化硅；水泥是硅酸盐工业产品，属于硅酸盐材料；石英玻璃具有很好的折光性能，可以制作精密仪器和镜片；利用高纯硅的半导体性能制成的光电池，可将太阳光的光能直接转换成电能。
13. 硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法不正确的是 ()
A. 硅燃烧产物对环境产生的污染容易得到有效控制
B. 由Si(s)+O2(g)SiO2(s)ΔH=-858.6 kJ·mol-1可知，硅燃烧放出的热量较多
C. 自然界中硅的贮存量丰富，可以从自然界直接获得单质硅
D. 硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一
【答案】C
【解析】硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅不是气体，其污染容易得到有效控制，A正确；从热化学方程式来看，硅燃烧的热效应是非常大的，B正确；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，C错误；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易，D正确。
14. (2014·江西抚州三校联考)下列说法正确的是()
A. 单质氧化物酸或碱盐，碳或硅单质可以按上述关系进行转化
B. 若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现转化：b→c→a
C. 太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置
D. 单质硅常用于制造光导纤维
【答案】C
【解析】SiO2不与H2O反应，即“氧化物酸或碱”不能实现，A错误；b→c(SiO2→H2SiO3)，c→a(H2SiO3→Si)均不能通过一步反应实现转化，B错误；硅在元素周期表中处于第3周期ⅣA族，为金属元素与非金属元素的交界位置，C正确；SiO2用于制造光导纤维，Si用于制造半导体材料和太阳能电池，D错误。
15. 下列有关硅及其化合物的说法正确的是()
A. 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
SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3↓，反应②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，两
B. 反应①Na
反应是相互矛盾的，不可能都能发生
C. 普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D. 祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2
【答案】D
【解析】硅酸钠本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口黏结，A错误；两反应条件不同，反应①是在溶液中进行的，较强酸可以制较弱酸，反应②是在高温条件下进行的，CO2是气体，逸出促使反应发生，B错误；石英玻璃的成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐，石英玻璃不属于硅酸盐材料，C错误；Be3Al2Si6O18改写成氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2，D正确。
16. 从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：
粗硅的制取：①SiO2+2C Si+2CO↑
由粗硅制纯硅(常用方法)：②Si(粗)+2Cl2SiCl4；
③SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl
根据以上反应，下列说法不正确的是()
A. ①反应为置换反应，C作还原剂
B. ②、③反应分别为化合反应和置换反应
C. 在半导体行业上充分体现了“从沙滩到用户”
D. 在③反应中，SiCl4作氧化剂发生氧化反应
【答案】D
【解析】①反应为置换反应，C被氧化成CO，作还原剂，A正确；②、③反应分别为化合反应和置换反应，B正确；在半导体行业上实现了SiO2→Si，充分体现了“从沙滩到用户”，C正确；SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl中，Si元素化合价降低被还原，发生还原反应，D错误。
17. 判断下列说法是否正确(用“√”或“?”回答)。
(1)单质硅用于制造光导纤维。()
(2)制水泥和玻璃都用石灰石作原料。()
(3)Si可用作太阳能电池和光导纤维的材料。()
(4)SiO2既溶于NaOH溶液又溶于HF溶液，说明SiO2是两性氧化物。()
(5)涤纶、塑料、光导纤维都是有机高分子材料。()
(6)氢氟酸具有强酸性，可用于雕刻玻璃。()
(7)二氧化硅具有较强的导电性，可用于制造光导纤维。()
(8)高纯硅广泛应用于太阳能电池、计算机芯片和光导纤维。()
(9)工业制取粗硅是高温下用C还原SiO2。 ()
(10)二氧化硅是制造太阳能电池板的主要材料。()
【答案】(1) ?(2) √(3) ?(4) ?(5) ?(6) ?(7)?
(8) ?(9) √(10) ?
【解析】(1) SiO2用于制造光导纤维，Si用于制造半导体材料。(2) 制水泥原料是石灰石、黏土和石膏，制玻璃原料是纯碱、石灰石、石英。(3) SiO2用于制造光导纤维，Si用于制造太阳能电池。(4) SiO2与氢氟酸反应，生成物中没有盐，不属于两性氧化物。(5)涤纶、塑料是有机高分子材料，光导纤维成分是SiO2，不属于有机高分子材料。(6) 氢氟酸可用于雕刻玻璃，但氢氟酸属于弱酸。(7) 二氧化硅可用于制造光导纤维，但不具有较强的导电性。(8) 高纯硅广泛应用于太阳能电池、计算机芯片，但制造光导纤维是SiO2。(9) SiO2+2C Si+2CO↑。(10) 制造太阳
能电池板的主要材料是晶体硅。
18. (2015·北京海淀模拟)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450~500 ℃)，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：
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，除铁元素外还可能含有的杂质元素是(填元素符号)。
(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2+，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是
5Fe2++Mn
-
4
O
+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。
①滴定前是否要滴加指示剂?(填“是”或“否”)，请说明理由。
②某同学称取5.000 g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL试样溶液，用1.000×10-2mol·L-1KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则
残留物中铁元素的质量分数是。
【答案】(1) MnO2+4H++2Cl -Mn2++Cl2↑+2H2O(2) 平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气浓硫酸产物SiCl4沸点低，需要冷凝收集(3) Al、P、Cl(4) ①否KMnO4自身紫红色褪去可指示滴定终点②4.480%
【解析】(1) 装置A是氯气发生装置，A中的离子方程式为MnO2+4H++2Cl -Mn2++Cl2↑+2H2O。(2) 浓盐酸有挥发性，故分液漏斗要加盖，加盖后如没有g管，盐酸就不易流下，g管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；制得的氯气中含有氯化氢和水，装置B用饱和食盐水除去氯化氢，装置C用浓硫酸吸水；产物SiCl4沸点低，需要冷凝收集。(3) D中氯气与粗硅反应生成SiCl4，h瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl4气体时，BCl3早已成气体被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5的沸点或升华温度均高于SiCl4的沸点，所以当SiCl4蒸出后，AlCl3、FeCl3、PCl5还为固体留在
瓶里。(4) ①Mn
-
4
O
转变成Mn2+，溶液颜色由紫红色变成无色，KMnO4标准溶液在酸性条件下
进行氧化还原滴定时不需要指示剂。②n(Mn
-
4
O
)=1.000×10-2mol·L-1×0.02 L=2×10-4mol，
n(Fe2+)=5n(Mn
-
4
O
)=1×10-3mol，则残留物中n(Fe)=1×10-3mol×
100mL
25.00mL=4×10-3mol，
m(Fe)=4×10-3 mol×56 g·mol-1=0.224 g，铁元素的质量分数为0.224 g÷5.000 g×100%=4.480%。
19. (2015·湖北黄冈质检)硅在无机非金属材料中扮演着主要角色，请利用相关知识回答下列问题：
(1)硅有非常重要的用途，请写出其中的一种：。
(2)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(BaCuSi2O x，铜为+2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(填字母)。
A. 可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B. 性质稳定，不易脱色
C. x等于6
D. 易溶解于强酸和强碱
(3)工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如下：
①在电弧炉中发生的反应需要在高温条件进行，写出该反应的化学方程
式：，再利用化学反应进行的方向相关知识判断该反应的ΔH(填“<”、“>”或“=”)0。
②SiCl4极易水解，其完全水解的化学方程式为。
③在流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，有关物质的沸点数据如下表，分离SiCl4和其他杂质的方法为。
【答案】(1) 制半导体、电路板、太阳能电池板、硅钢等(任写一种)(2) D(3) ①2C+SiO22CO↑+Si>②SiCl4+3H2O H2SiO3↓+4HCl③蒸馏(或精馏)
【解析】(2) 硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A正确；硅酸铜钡中铜显+2价，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，B正确；硅酸铜钡中的铜元素化合价为+2，硅元素化合价为+4，氧元素化合价为-2，钡元素化合价为+2，则由化学式BaCuSi2O x，根据化合物中元素化合价的代数和为0可得：(+2)+(+2)+(+4)×2+(-2)×x=0，解得x=6，C正确；BaCuSi2O6是弱酸盐，所以能和强酸反应，和强碱不反应，D错误。(3) ①石英砂的主要成分是二氧化硅，制备粗硅发生置换反应：SiO2+2C Si+2CO↑，该反应生成气体，ΔS>0，该反应不能自发进行，ΔH-TΔS>0，所以ΔH>0。②SiCl4水解生成硅酸和氯化氢，反应的化学方程式为SiCl4+3H2O H2SiO3↓+4HCl。③利用沸点的不同提纯SiCl4属于蒸馏。
20. 粉煤灰是燃煤电厂排出的工业废渣，其中含莫来石(Al6Si2O13)的质量分数为42.6%，还有含量较多的SiO2(其他成分不含Al和Si)。用粉煤灰和纯碱在高温下烧结，可制取NaAlSiO4(霞石)、Na2SiO3和NaAlO2，已知有关化学方程式为
Al6Si2O13+3Na2CO32NaAlSiO4+4NaAlO2+3CO2↑①
Al6Si2O13+5Na2CO32Na2SiO3+6NaAlO2+5CO2↑②
Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑③
(1)粉煤灰中铝的质量分数为。根据Al2O3与纯碱反应的化学方程式，书写二氧化硅与纯碱反应的化学方程式：。
(2)用1 mol Al6Si2O13和4 mol SiO2制得5 mol NaAlO2、1 mol NaAlSiO4，还应制得Na2SiO3 mol，共消耗Na2CO3mol(得到的固体中无SiO2)。
(3)若粉煤灰中Al6Si2O13与SiO2的物质的量之比为1∶2，则1 kg粉煤灰与6 mol Na2CO3反应(反应
物全部参与反应)，可制得NaAlO2mol。【答案】(1) 16.2%SiO2+Na2CO 3Na2SiO3+CO2↑(2) 58(3) 5
【解析】(1) 根据Al6Si2O13~6Al，含Al质量分数为6×27
426×42.6%=16.2%。对比
Al2O3+Na2CO 32NaAlO2+CO2↑，不难写出：SiO2+Na2CO 3Na2SiO3+CO2↑。(2) 反应物是1 mol Al6Si2O13和4 mol SiO2，已经生成5 mol NaAlO2、1 mol NaAlSiO4，根据硅原子守恒，应该制得Na2SiO3 5 mol，根据钠原子守恒，共消耗Na2CO38 mol。(3) 因为Al6Si2O13与SiO2的物质的量之比为1∶2，1 kg粉煤灰(Al6Si2O13的质量分数为42.6%)含有Al6Si2O13 1 mol，含有SiO2 2 mol，反应物有6 mol Na2CO3，假设生成物NaAlSiO4、Na2SiO3和NaAlO2的物质的量分别是x、y、z，则x+z=6 mol(铝守恒)、x+y=4 mol(硅守恒)、x+2y+z=12 mol(钠守恒)，解得x=1 mol，y=3 mol，z=5 mol。