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第1讲　碳、硅及无机非金属材料
[考纲要求]　1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
考点一　碳、硅单质的存在与性质
1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
(1)自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
(2)单质的结构、物理性质与用途比较
碳 硅
结构 金刚石：空间网状结构石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构
物理性质 金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高
用途 金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池
2.碳、硅单质的化学性质
碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
(2)Si
深度思考
1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？
答案　没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。
2．硅单质有广泛的用途，用化学方程式表示工业上获取硅单质的过程。
答案　粗硅的制取：SiO2＋2CSi＋2CO↑
由粗硅制取纯硅(常用方法)：
Si(粗)＋2Cl2SiCl4
SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
题组一　新材料、新技术下C、Si的考查
1．下列关于硅的说法中，不正确的是 (　　)
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，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　硅在常温下能与F2、氢氟酸等发生反应。
2．石墨烯的结构示意图如图所示，下列关于石墨烯的叙述正确的是(　　)
A．石墨烯可导电，说明它是电解质
B．石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质
C．由于C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＝1.9 kJ·mol－1知金刚石比石墨烯稳定
D．尽量使用含C的产品，减少使用含C的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨
答案　B
解析　“石墨烯可由石墨剥离而成”故石墨烯是可以导电的非金属单质，它既不是电解质，也不是非电解质，A项错；石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”都是由碳元素形成的不同的单质，它们互为同素异形体，B项正确；C项中由于石墨转化为金刚石的ΔH>0，是吸热过程，即石墨的能量较金刚石低，因而石墨烯稳定，C项错；C和C都是碳元素，故D项错。
题组二　工业制取高纯硅
3．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HClSiHCl3＋H2
ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)第ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为________。
(2)粗硅与HCl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)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是_______。
装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_____________________________。
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为_________________________________________。
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__________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是______。
a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液
e．Na2SO3溶液
答案　(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑　(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化
②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃会软化
SiHCl3＋H2Si＋3HCl
③排尽装置中的空气　④bd
解析　(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑。
(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行。
(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 000～1 100 ℃，此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应产生Fe2＋，其检验方法常常采用先将Fe2＋氧化为Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。
考点二　碳、硅的氧化物
1．一氧化碳
(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。
(2)化学性质
①燃烧：2CO＋O22CO2，淡蓝色火焰；
②还原CuO：CuO＋COCu＋CO2(冶炼金属)。
2．二氧化碳和二氧化硅的比较
物质 二氧化硅 二氧化碳
结构 空间立体网状结构，不存在单个分子 存在单个CO2分子
主要物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化 学 性 质 ①与水反应 不反应 CO2＋H2O??H2CO3
②与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反应
③与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3
④与盐反应 如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ 如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3
⑤与碱性氧化物反应 如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3 如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3
用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐
深度思考
1．除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：
(1)CO(CO2)：_________________________________________________________。
(2)CO2(CO)：_________________________________________________________。
(3)CO2(O2)：_________________________________________________________。
(4)CO2(SO2)：________________________________________________________。
(5)CO2(HCl)：________________________________________________________。
(6)CO2(H2S)：_________________________________________________________。
答案　(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶　(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管　(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管　(4)通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液　(5)通过饱和NaHCO3溶液　(6)通过CuSO4溶液
2．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着)。
可供选择的试剂：A.盐酸　B．氢氧化钠溶液　C．氧气
D．水　E．二氧化碳
可选用的操作：①水洗；②加热；③高温灼烧；④过滤；⑤结晶。
粉末状混合物 选择的试剂 选用的操作
(1) CaCO3(SiO2)
(2) NaCl(SiO2)
(3) SiO2(Fe2O3)
(4) SiO2(CaCO3)
(5) SiO2(H2SiO3)
(6) SiO2(NH4Cl)
答案　(1)B　④　(2)D　④⑤　(3)A　④　(4)A　④　(5)③　(6)②
解析　可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸(氢氟酸除外)反应；它受热不分解等性质。而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应；硅酸、氯化铵能受热分解。通过一定操作，除去杂质。除杂过程中所发生反应的化学方程式如下：
(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O
(3)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
(4)H2SiO3SiO2＋H2O
(5)NH4ClNH3↑＋HCl↑
题组一　二氧化硅的结构与性质
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 (　　)
(2011·江苏，3A)
(2)SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应 (　　)
(2010·山东理综，13A)
(3)二氧化硅是生产光纤制品的基本原料 (　　)
(2010·江苏，4A)
(4)二氧化硅的分子式是SiO2 (　　)
(2010·上海，2B)
答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×
2．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括
号内。
(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (　　)
(2)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ (　　)
(3)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (　　)
(4)SiO2＋3CSiC＋2CO↑ (　　)
(5)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (　　)
A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B．氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E．未参加氧化还原反应
答案　(1)C　(2)D　(3)B　(4)E　(5)A
解析　本题较全面考查SiO2的性质，将所给选项结合实际一一对应查找，A用来雕刻玻璃，应有氢氟酸(HF)参与反应；B中氧化性是指反应中SiO2中Si得电子，化合价降低；D中挥发性酸酐，应为CO2而不是CO；C中表现酸性氧化物通性是指SiO2与碱的反应。
题组二　二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律
3．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　)
选项 操作及现象 溶液
A 通入CO2，溶液变浑浊，再升温至65 ℃以上，溶液变澄清 C6H5ONa溶液
B 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液
C 通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液
D 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液
答案　B
解析　A项，CO2＋ONa＋H2O―→OH＋NaHCO3，升温至65 ℃以上，C6H5OH完全溶解，溶液变澄清；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。
4．下列实验过程中，始终无明显现象的是 (　　)
A．NH3通入FeSO4溶液中
B．CO2通入CaCl2溶液中
C．AlCl3溶液中滴入NaHCO3溶液
D．向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2
答案　B
熟记可用CO2制取的弱酸
碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、、Na[Al(OH)4]盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。如：
CO2—
CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
(或CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3)
CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO
CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3
CO2(过量)＋Na[Al(OH)4]===Al(OH)3↓＋NaHCO3
CO2(少量)＋2Na[Al(OH)4]===2Al(OH)3↓＋Na2CO3＋H2O
易错警示　CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。
题组三　CO2与碱溶液反应产物的定量判断
5．标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解) (　　)
A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶3
答案　B
解析　n(CO2)＝＝0.150 mol
n(NaOH)＝0.200 L×1.00 mol·L－1＝0.200 mol
＝＝即1<<2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则　解得，所以＝。
6．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(0 ℃，1.01×105 Pa)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) (　　)
答案　C
解析　本题涉及的化学反应方程式：
Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O ①
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O ②
BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2 ③
Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3 ④
当未通入CO2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol OH－；当通入2.24 L CO2气体时，发生反应①，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.2 mol OH－；当通入4.48 L CO2时，发生反应②，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.1 mol CO；当通入6.72 L CO2时，发生反应④，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.2 mol HCO；当通入8.96 L CO2时，发生反应③，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol HCO。对比图像可知选项C正确。
1．反应顺序的判断
当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。
如将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba(OH)2反应。
2．CO2与碱反应产物的定量判断
CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关，当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，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：
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2＋NaOH===NaHCO3
当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：
考点三　硅酸及硅酸盐
1．硅酸
硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。
(1)硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。
(2)硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。
2．硅酸盐
(1)概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
(3)硅酸钠(Na2SiO3)
①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
②它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为
与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
与CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
3．无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
常见硅酸盐材料
水泥 玻璃 陶瓷
生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃熔窑 陶瓷窑
(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
题组一　无机非金属材料的组成和性质
1．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是 (　　)
A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土
B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
答案　A
解析　制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱和石英，A项不正确；普通玻璃是混合物，没有固定的熔点，B正确。
2．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为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．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原
答案　B
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，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。
3．开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是 (　　)
A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料
C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
D．单晶硅常用于制造光导纤维
答案　A
解析　C60是分子晶体，不是原子晶体，B项不正确；纤维素乙酸酯是人工合成的，不是天然高分子材料，C项错误；制造光导纤维的材料是SiO2而不是Si，D项不正确；答案选A。
(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途
用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。
(2)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。
题组二　碳、硅及其化合物的综合推断
4．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。
请回答下列问题：
(1)写出各物质的化学式：A__________；B__________；C__________；D__________；E__________。
(2)写出反应①的化学方程式：__________________________________________，
该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(3)写出反应④的离子方程式：_________________________________________。
(4)写出反应⑤的离子方程式：__________________________________________。
(5)H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：
_____________________________________________________________________。
答案　(1)SiO2　CaSiO3　Na2SiO3　Si　H2SiO3
(2)SiO2＋2CSi＋2CO↑　1∶2
(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑
(4)SiO＋Ca2＋===CaSiO3↓
(5)SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO
解析　解答本题的“突破口(1)”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口(2)”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。从而顺藤摸瓜推知B为CaSiO3，D为Si，E为H2SiO3。
(1)解答无机推断题的思维模型
(2)解答硅及其化合物的推断题，高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色沉淀等往往是推断题的“突破口”。
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维 (×)
(2012·广东理综，12B)
解析　SiO2不能导电。
(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 (√)
(2012·新课标全国卷，8B)
(3)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 (×)
(2012·新课标全国卷，8D)
解析　合成纤维不是无机非金属材料而是有机物。
(4)变色硅胶干燥剂含有CoCl2，干燥剂呈蓝色时，表示不具有吸水干燥功能 (×)
(2011·浙江理综，8A)
(5)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中 (×)
(2012·海南，4B)
解析　应用橡胶塞。
(6)SiO2与酸、碱均不反应 (×)
(2012·天津理综，2B)
解析　SiO2与氢氟酸、NaOH均反应。
(7)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，则H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强 (×)
(2012·江苏，13C)
解析　酸性H2CO3>H2SiO3。
(8)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂 (√)
(2010·江苏，4B)
2．(2011·海南，9改编)“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示(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
答案　D
解析　①，该方法中高温反应炉分离出CO2，需要消耗较多能量；②，整个过程中NaOH和CaO均可循环利用；③，从捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCO3，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通过过滤的方法即可分离；④，捕捉到的CO2可与H2反应制备甲醇：CO2＋3H2CH3OH＋H2O。
3．[2009·浙江理综，28(1)(2)(3)]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：
物质 SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5
沸点/℃ 57.7 12.8 － 315 －
熔点/℃ －70.0 －107.2 － － －
升华温度/℃ － － 180 300 162
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)。
答案　(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
(2)平衡气压　浓H2SO4　SiCl4沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4
(3)Al、B、P
解析　依题中信息可知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SiCl4用E收集，B中为饱和食盐水将氯化氢气体除去，C中应为浓H2SO4除水，由表中数据可知SiCl4沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4；由题中信息粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，即可轻松完成第(3)问。
1．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是 (　　)
A．高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片
B．硅可由二氧化硅还原制得
C．低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应
D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅
答案　D
解析　自然界中不存在单质硅。
2．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是 (　　)
A．其氧化物都能与NaOH溶液反应
B．其单质在加热时都能跟O2反应
C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸
D．碳和硅两种元素共有两种单质
答案　B
解析　CO不能与NaOH溶液反应；SiO2不能溶于水，也不生成相应的酸；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅，所以两种元素有多种单质。
3．下列叙述正确的是 (　　)
A．高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强
B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸
C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同
D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳
答案　D
解析　二氧化硅在高温下能与碳酸钠反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，但不能说明硅酸的酸性比碳酸强，上述反应之所以能进行，是因为CO2不断逸出，反应向右进行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应；石灰抹墙发生反应CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬。
4．向一定浓度的下列物质澄清溶液中通入过量的CO2气体，最后肯定没有沉淀生成的是 (　　)
①Ca(OH)2　②Na2CO3　③CaCl2　④Ca(ClO)2
A．①③④ B．②③④ C．①②③ D．①②③④
答案　A
解析　向Ca(OH)2、Ca(ClO)2溶液分别通入过量CO2，最终生成Ca(HCO3)2，没有沉淀生成；饱和Na2CO3溶液中通入CO2，会析出NaHCO3晶体；CO2与CaCl2不反应。
5．在①浓硝酸　②水　③浓硫酸　④氢氟酸　⑤氢氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是 (　　)
A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④
答案　C
解析　硅能与F2、HF、强碱在常温下反应，在加热或高温条件下也能与Cl2、O2、H2发生反应。
6．下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是 (　　)
A．都是共价化合物
B．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
答案　C
解析　二氧化硅不溶于水，硅酸是利用可溶性硅酸盐与酸反应制得的。
7．下列说法中正确的是 (　　)
A．CO2和CH4都是引起“温室效应”的气体
B．CO2和SO2都是产生酸雨的气体
C．使用天然气可避免CO2的排放
D．CO2是一种有害而无益的气体
答案　A
解析　A项，正确；B项，二氧化碳不是产生酸雨的气体；C项，天然气的主要成分是甲烷，燃烧产物中也有二氧化碳，不正确；D项，二氧化碳是光合作用的原料之一，故不正确。
8．用足量的CO还原13.7 g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0 g，则此铅氧化物的化学式是 (　　)
A．PbO B．Pb2O3
C．Pb3O4 D．PbO2
答案　C
解析　设此铅氧化物的化学式为PbxOy，
PbxOy～y[O]～yCO～yCO2～yCaCO3
16y 100y
m(O)＝1.28 g 8.0 g
所以m(Pb)＝13.7 g－1.28 g＝12.42 g
x∶y＝∶＝3∶4。
9．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 (　　)
答案　D
解析　CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，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，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通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，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此应是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。
10．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是 (　　)
A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为C
B．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2
C．该反应中转移的电子数为12e－
D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为1∶2
答案　D
解析　反应产物SiC中Si、C的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成－4价(SiC)和＋2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，两者的物质的量之比为2∶1；根据化学方程式，电子转移数目为4e－。
11．如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。
请回答下列问题：
(1)B的化学式是____________，目前B已被用作________的主要原料。
(2)B和a溶液反应的离子方程式是___________________________________。
(3)A和a溶液反应的离子方程式是___________________________________。
(4)C和过量的盐酸反应的离子方程式是_______________________________。
审题分析　本题应抓住框图中的转化关系，以题设条件C＋过量盐酸―→E(白色沉淀)为突破口进行推断，并结合已有知识进行设定与推测。
答案　(1)SiO2　光导纤维
(2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑
(4)SiO＋2H＋===H2SiO3↓
解析　C与过量的盐酸反应生成白色沉淀E，则E可能是硅酸或氯化银，若E是氯化银，则C是硝酸银，A为银，则根据已有知识，银可以与硝酸反应生成硝酸银，而银与硝酸反应能生成三种产物，不符合框图中物质间的转化关系。则E只能为硅酸，则C为硅酸盐，A为硅，a溶液为强碱的水溶液，进一步推出B为二氧化硅。
12．世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋混凝土、7 000多块红色铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝________(填“是”或“不是”)红色的，铝板和玻璃均易被烧碱腐蚀，原因是_______________________________、__________________________________(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是__________。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特种玻璃，石英玻璃的主要成分是____________；有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)实际上不是硅酸盐材料，而是一种__________(选填“橡胶”、“纤维”或“塑料”)。
答案　(1)不是　2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑　
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)CaCO3　(3)SiO2　塑料
13．(2010·上海，26)CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。大理石主要成分为CaCO3，另外有少量的含硫化合物。实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。
完成下列填空：
(1)用浓盐酸配制1∶1(体积比)的稀盐酸(约6 mol·L－1)，应选用的仪器是_________。
a．烧杯 b．玻璃棒 c．量筒 d．容量瓶
(2)上述装置中，A是____________，NaHCO3溶液可以吸收________。
(3)上述装置中，B物质是__________。用这个实验得到的气体测定CO2的分子量，如果B物质失效，测定结果________(填“偏高”、“偏低”或“不受影响”)。
(4)一次性饭盒中石蜡(高级烷烃)和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：
剪碎、称重→浸泡溶解→过滤→残渣烘干→冷却、称重→恒重
为了将石蜡和碳酸钙溶出，应选用的试剂是__________。
a．氯化钠溶液 b．稀醋酸 c．稀硫酸 d．正己烷
(5)在溶出量测定实验中，为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量，应先溶出________，后溶出__________。
(6)上述测定实验中，连续__________，说明样品已经恒重。
答案　(1)abc　(2)CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液　HCl气体或酸性气体　(3)无水CaCl2　偏低　(4)bd　(5)石蜡　CaCO3　(6)两次称量的结果相差不超过(或小于)0.001 g
解析　(1)考查等体积比浓度的溶液配制，用量筒量取等体积水与浓盐酸，倒入烧杯，搅拌混匀即可。
(2)由于制备得到的CO2中含H2S以及反应挥发出的HCl，因此可通过CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液除去H2S，通过饱和NaHCO3溶液除去HCl。
(3)固体B应为无水CaCl2，可除去CO2中的H2O(g)。如果CaCl2失效，则气体为CO2与H2O(g)的混合气体，其平均分子量小于CO2的分子量，因此测定结果偏低。
(4)要溶解CaCO3应选用稀醋酸，不能用稀H2SO4，因为H2SO4与CaCO3反应生成CaSO4，微溶于水。正己烷用于溶解石蜡。
(5)先用正己烷溶解石蜡，才能使其中的CaCO3与醋酸充分接触发生反应，使二者达到最大溶出量。
(6)两次称量的质量差不超过0.001 g，说明已经恒重。
14．硅单质及其化合物应用范围很广。
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，工业上可以按如下步骤制备高纯硅。
Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ.粗硅与干燥的氯气在450～500 ℃条件下反应制得SiCl4；
Ⅲ.SiCl4液体经精馏提纯后与过量H2在1 100～1 200 ℃条件下反应制得高纯硅。
已知SiCl4沸点为57.6 ℃，能与H2O强烈反应。1 mol H2与SiCl4气体完全反应吸收的热量为120.2 kJ。
请回答下列问题：
①第Ⅲ步反应的热化学方程式为_______________________________________。
②整个制备纯硅的过程中必须严格控制在无水无氧的条件下。SiCl4在潮湿的空气中因水解而产生白色烟雾，其生成物是__________；H2还原SiCl4过程中若混入O2，可能引起的后果是_______________________________________________。
(2)二氧化硅被大量用于生产玻璃。工业上用SiO2、Na2CO3和CaCO3共283 kg在高温下完全反应时放出CO2 44 kg，生产出的玻璃可用化学式Na2SiO3·CaSiO3·xSiO2表示，则其中x＝________。
答案　(1)①2H2(g)＋SiCl4(g)Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝240.4 kJ·mol－1　②H2SiO3(或H4SiO4)和HCl　爆炸　(2)4
15．在工业中利用镁制取硅：2Mg＋SiO22MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：
(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用__________(填序号)。
a．石灰石　　　b．锌粒　　　　c．纯碱
(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是___________________
_____________________________________________________，
当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是___________________
____________________________________________________________________。
(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为
①___________________________________________________________________；
②____________________________________________________________________。
答案　(1)b
(2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行
(3)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑　②SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O
解析　(1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而可用H2，那么试管中应选用的固体药品为锌粒。
(2)实验开始时应先通入氢气排出装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响。然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行。
(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，生成的SiH4可自燃，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O，所以会观察到闪亮的火星。

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