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三、 无机非金属材料
高中化学 必修 第二册
化工生产中的重要非金属元素
第五章
必备知识练
1. (2024·湖州二中高一检测)世界瓷都——泉州德化盛产陶
瓷，下列说法中，错误的是(　　)
A. 陶瓷的化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
B. 陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
C. 闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
D. 高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物
D
2. (2024·余杭中学高一检测)下列关于硅及其化合物的叙述，
错误的是(　　)
A. 普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料在玻璃窑中熔融制成的
B. 玻璃、陶瓷、水泥、碳化硅都属于传统的硅酸盐产品
C. 因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液
D. 太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能
B
3. 下列关于水玻璃的性质和用途的说法，错误的是(　　)
A. 水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B. 在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C. 木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D. 水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
D
4. (2024·温州中学高一检测)下列关于二氧化硅的说法，正确
的是(　　)
A. 工业上用二氧化硅制取单质硅时，理论上1 mol C能置换出
1 mol Si
B. 二氧化硅具有酸性氧化物的通性
C. 二氧化硅能与碱反应，不能与任何酸反应
D. 由于硅酸比碳酸的酸性弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应
B
【解析】 由SiO2＋2CSi＋2CO↑可知，1 mol C理论上能置换出0.5 mol Si，A错误；SiO2能与氢氟酸反应，C错误；硅酸的酸性比碳酸弱，所以SiO2不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应，D错误。
5. (2024·杭州高级中学高一检测)贵州三大代表性陶器品类包括平塘牙舟陶、织金砂陶和遵义余庆陶。下列有关陶瓷的说
法，错误的是(　　)
A. 陶瓷烧制过程中发生了化学变化
B. 新型陶瓷和传统陶瓷一样都是硅酸盐材料
C. 新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术
D. 高温结构陶瓷可应用于火箭发动机
B
6. 碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的单层或多层的直径为2~20 nm的中空管状结构。下列说法中，错误的是(　　)
A
A. 碳纳米管是一种胶体
B. 石墨烯卷成管状结构发生了化学变化
C. 石墨烯和碳纳米管互为同素异形体
D. 根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体
7. (2024·知临中学高一检测)下列表述正确的是(　　)
A. SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物
B. 因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C. CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D. CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以二者的物理性质相似
C
【解析】 二氧化硅与HF反应不生成盐，则二氧化硅不是两性氧化物，A错误；CO2与碳反应生成一氧化碳，二氧化碳中碳元素的化合价降低，作氧化剂，SiO2与碳反应生成一氧化碳和硅，二氧化硅中硅元素化合价降低，作氧化剂，C正确；CO2是由分子构成的化合物，SiO2是由原子构成的化合物，二者的物理性质不同，D错误。
关键能力练
8. (2024·杭州师大附中高一检测)由粗SiO2制备纯SiO2的流程
如图所示。下列说法中，错误的是(　　)
D
A. SiO2可用于制造光导纤维
B. 步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4====H2SiO3↓＋Na2SO4
C. 步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代
D. 若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在蒸发皿中进行
【解析】 步骤Ⅱ中硅酸钠和稀硫酸反应生成硅酸沉淀，化学方程式为Na2SiO3＋H2SO4====H2SiO3↓＋Na2SO4，B正确；碳酸的酸性强于硅酸，因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，C正确；若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行，蒸发皿不能用于灼烧固体，D错误。
9. (2024·瑞安中学高一检测)下列关于硅元素及其化合物的说
法，正确的是(　　)
①硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水等特点
②现代建筑物大量使用的沙子和水泥都是硅酸盐材料
③水晶项链和石英玻璃都是硅酸盐材料
④陶瓷是具有悠久历史的硅酸盐材料
⑤光导纤维的主要原料是二氧化硅
⑥高纯度的硅单质具有非常好的导电能力
A. ①④⑤ B. ①②③⑥
C. ①②④⑤ D. ②③④⑥
A
10. (2024·镇海中学高一检测)实验室用H2还原SiHCl3(沸点为31.85 ℃，密度为1.34 g·cm－3)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置已略去)，下列说法中，正确的是
(　　)
A. 装置Ⅲ的烧杯中盛装的是冰水
B. 实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C. 该实验中滴加13.55 mL SiHCl3，制得高纯硅2.814 g，则SiHCl3的利用率为75%
D. 为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾溶液
C
【解析】 装置Ⅰ用于制备氢气，氢气中混有水蒸气，会对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中混有的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，应在水浴中加热，A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危险，B错误；SiHCl3的密度为1.34 g·cm－3，体积为13.55 mL，则SiHCl3的质量为18.157 g，根据SiHCl3＋H2Si＋3HCl，实际消耗SiHCl3的质量为×135.5 g·mol－1=13.61 775 g，则 SiHCl3的利用率为×100%=75%，C正确；铁单质与盐酸反应生成亚铁离子，不能用硫氰化钾溶液检验，D错误。
11. 氮化硅(Si3N4)是一种重要的高温结构陶瓷材料，用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图所示(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)：
下列叙述错误的是(　　)
A. “还原”反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B. 粗硅提纯所得的高纯硅是制造光导纤维的材料
C. “操作X”可将原料气通过灼热的铜网
D. “稀酸Y”可选用稀硝酸
B
拓展突破练
12. (2024·慈溪中学高一检测)高纯硅用于制作光伏电池，如图所示为一种生产高纯硅的工艺流程图：
已知：①流化床反应器的主反应为Si＋3HClSiHCl3＋H2；②还原炉的主反应为SiHCl3＋H2Si＋3HCl；③SiHCl3极易水解。
(1)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为________________
__________________。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生
成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质
的量之比为__________。
(2)整个操作流程都须隔绝空气，原因是____________________ ______________________________________________________ (答出两种即可)。
SiO2＋2C
Si＋2CO↑
1∶2
防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条)
(3)SiHCl3极易发生水解反应，其生成物之一是一种可燃性气
体，则SiHCl3水解的化学方程式为________________________
_________________。
(4)上述操作流程中可以循环利用的物质是__________。
SiHCl3＋3H2O====H2↑＋
H2SiO3↓＋3HCl
H2、HCl
【解析】 (1)石英砂与焦炭在高温下反应制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2C Si＋2CO↑；石英砂和焦炭生成SiC的化学方程式为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。(2)SiHCl3极易水解，反应产生的氢气与氧气反应易发生爆炸，并且硅也与O2反应，因此整个操作流程都须隔绝空气。
(3)根据题意，SiHCl3极易发生水解反应生成H2，同时产生HCl、H2SiO3，则SiHCl3水解的化学方程式为SiHCl3＋3H2O====H2↑＋H2SiO3↓＋3HCl。(4)还原炉中SiHCl3与H2发生反应生成硅单质和HCl，化学方程式为SiHCl3＋ H2 Si＋3HCl，根据流程转化分析可知上述操作流程中可以循环利用的物质是H2、HCl。
13. (2024·舟山中学高一检测)某实验小组设计了如图所示装置来探究焦炭还原二氧化硅。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O====CO2＋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)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：________________
____________________________。
排尽装置中的
O2、CO2、水蒸气，避免其对实验产生干扰
作安全瓶，防止倒吸
澄清石灰水
PdCl2溶液
3SiO2＋4C2CO2↑
＋2CO↑＋3Si
无尾气吸收装置
向Na2SiO3溶液
中通入CO2气体，溶液变浑浊
【解析】 (3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以装置C用来检验是否生成二氧化碳，装置D用来检验是否生成一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)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＋H2O＋Na2SiO3====Na2CO3＋H2SiO3↓，可知酸性：H2CO3＞ H2SiO3。
14. 晶体硅是一种重要的无机非金属材料，有科学家认为硅是“21世纪的能源”与“未来的石油”。请回答下列问题：
(1)工业上生产纯硅的工艺流程如图所示。
石英砂的主要成分是SiO2，制备粗硅时，焦炭的作用是______
_____(填“作氧化剂”或“作还原剂”)；在该反应中，若消
耗了3.0 g SiO2，则转移电子的总数为__________（设NA为阿伏加德罗常数的值）。
作还
原剂
0.2NA
(2)某实验室利用SiHCl3(沸点33.0 ℃)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。装置如图所示(热源及夹持装置已略去)。
①装置B中的试剂是__________。装置C中的烧瓶需要加热，
其目的是___________________________。
浓硫酸
使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________
_____；装置D中发生反应的化学方程式为_________________
_______________________。
③为检验产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，
取上层清液后需加入的试剂有__________(填字母)。
A.碘水 B.氯水
C.Na2SO3溶液 D.KSCN溶液
有固体物质
生成
SiHCl3＋H2
Si＋3HCl
BD
【解析】 (1)根据流程图可知，化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，碳的化合价升高，作还原剂， 1 mol SiO2参加反应转移的电子数为4 mol，反应中消耗了3.0 g SiO2 ，n===0.05 mol，转移电子为0.2 mol，即0.2NA。
(2)①SiHCl3能与H2O强烈反应，需要用浓硫酸干燥氢气，反应需要的温度比较高，在装置D中反应，SiHCl3的沸点较低，装置C中的烧瓶需要加热是为了使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化；②装置D中有硅单质生成，即有固体物质生成，此反应为SiHCl3＋H2Si＋3HCl；③亚铁离子的检验通常用的方法是先向溶液中加入KSCN，溶液不变红色，再加入氯水溶液变红色，即可确定有亚铁离子，B、D符合题意。5.3 无机非金属材料
1. (2024·湖州二中高一检测)世界瓷都——泉州德化盛产陶瓷，下列说法中，错误的是( )
A. 陶瓷的化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
B. 陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
C. 闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
D. 高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物
2. (2024·余杭中学高一检测)下列关于硅及其化合物的叙述，错误的是( )
A. 普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料在玻璃窑中熔融制成的
B. 玻璃、陶瓷、水泥、碳化硅都属于传统的硅酸盐产品
C. 因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液
D. 太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能
3. 下列关于水玻璃的性质和用途的说法，错误的是( )
A. 水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B. 在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C. 木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D. 水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
4. (2024·温州中学高一检测)下列关于二氧化硅的说法，正确的是( )
A. 工业上用二氧化硅制取单质硅时，理论上1 mol C能置换出1 mol Si
B. 二氧化硅具有酸性氧化物的通性
C. 二氧化硅能与碱反应，不能与任何酸反应
D. 由于硅酸比碳酸的酸性弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应
5. (2024·杭州高级中学高一检测)贵州三大代表性陶器品类包括平塘牙舟陶、织金砂陶和遵义余庆陶。下列有关陶瓷的说法，错误的是( )
A. 陶瓷烧制过程中发生了化学变化
B. 新型陶瓷和传统陶瓷一样都是硅酸盐材料
C. 新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术
D. 高温结构陶瓷可应用于火箭发动机
6. 碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的单层或多层的直径为2~20 nm的中空管状结构。下列说法中，错误的是( )
A. 碳纳米管是一种胶体
B. 石墨烯卷成管状结构发生了化学变化
C. 石墨烯和碳纳米管互为同素异形体
D. 根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体
7. (2024·知临中学高一检测)下列表述正确的是( )
A. SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物
B. 因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C. CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D. CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以二者的物理性质相似
8. (2024·杭州师大附中高一检测)由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示。下列说法中，错误的是( )
A. SiO2可用于制造光导纤维
B. 步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4====H2SiO3↓＋Na2SO4
C. 步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代
D. 若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在蒸发皿中进行
9. (2024·瑞安中学高一检测)下列关于硅元素及其化合物的说法，正确的是( )
①硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水等特点
②现代建筑物大量使用的沙子和水泥都是硅酸盐材料
③水晶项链和石英玻璃都是硅酸盐材料
④陶瓷是具有悠久历史的硅酸盐材料
⑤光导纤维的主要原料是二氧化硅
⑥高纯度的硅单质具有非常好的导电能力
A. ①④⑤
B. ①②③⑥
C. ①②④⑤
D. ②③④⑥
10. (2024·镇海中学高一检测)实验室用H2还原SiHCl3(沸点为31.85 ℃，密度为1.34 g·cm－3)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置已略去)，下列说法中，正确的是( )
A. 装置Ⅲ的烧杯中盛装的是冰水
B. 实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C. 该实验中滴加13.55 mL SiHCl3，制得高纯硅2.814 g，则SiHCl3的利用率为75%
D. 为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾溶液
11. 氮化硅(Si3N4)是一种重要的高温结构陶瓷材料，用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图所示(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)：
下列叙述错误的是( )
A. “还原”反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B. 粗硅提纯所得的高纯硅是制造光导纤维的材料
C. “操作X”可将原料气通过灼热的铜网
D. “稀酸Y”可选用稀硝酸
12. (2024·慈溪中学高一检测)高纯硅用于制作光伏电池，如图所示为一种生产高纯硅的工艺流程图：
已知：①流化床反应器的主反应为Si＋3HClSiHCl3＋H2；②还原炉的主反应为SiHCl3＋H2Si＋3HCl；③SiHCl3极易水解。
(1)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为 。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。
(2)整个操作流程都须隔绝空气，原因是 (答出两种即可)。
(3)SiHCl3极易发生水解反应，其生成物之一是一种可燃性气体，则SiHCl3水解的化学方程式为 。
(4)上述操作流程中可以循环利用的物质是 。
13. (2024·舟山中学高一检测)某实验小组设计了如图所示装置来探究焦炭还原二氧化硅。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O====CO2＋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)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强： 。
14. 晶体硅是一种重要的无机非金属材料，有科学家认为硅是“21世纪的能源”与“未来的石油”。请回答下列问题：
(1)工业上生产纯硅的工艺流程如图所示。
石英砂的主要成分是SiO2，制备粗硅时，焦炭的作用是 (填“作氧化剂”或“作还原剂”)；在该反应中，若消耗了3.0 g SiO2，则转移电子的总数为 。
(2)某实验室利用SiHCl3(沸点33.0 ℃)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。装置如图所示(热源及夹持装置已略去)。
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中发生反应的化学方程式为 。
③为检验产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需加入的试剂有 (填字母)。
A.碘水
B.氯水
C.Na2SO3溶液
D.KSCN溶液5.3 无机非金属材料
1. (2024·湖州二中高一检测)世界瓷都——泉州德化盛产陶瓷，下列说法中，错误的是(　D　)
A. 陶瓷的化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
B. 陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
C. 闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
D. 高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物
2. (2024·余杭中学高一检测)下列关于硅及其化合物的叙述，错误的是(　B　)
A. 普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料在玻璃窑中熔融制成的
B. 玻璃、陶瓷、水泥、碳化硅都属于传统的硅酸盐产品
C. 因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液
D. 太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能
3. 下列关于水玻璃的性质和用途的说法，错误的是(　D　)
A. 水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B. 在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C. 木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D. 水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
4. (2024·温州中学高一检测)下列关于二氧化硅的说法，正确的是(　B　)
A. 工业上用二氧化硅制取单质硅时，理论上1 mol C能置换出1 mol Si
B. 二氧化硅具有酸性氧化物的通性
C. 二氧化硅能与碱反应，不能与任何酸反应
D. 由于硅酸比碳酸的酸性弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应
【解析】 由SiO2＋2CSi＋2CO↑可知，1 mol C理论上能置换出0.5 mol Si，A错误；SiO2能与氢氟酸反应，C错误；硅酸的酸性比碳酸弱，所以SiO2不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应，D错误。
5. (2024·杭州高级中学高一检测)贵州三大代表性陶器品类包括平塘牙舟陶、织金砂陶和遵义余庆陶。下列有关陶瓷的说法，错误的是(　B　)
A. 陶瓷烧制过程中发生了化学变化
B. 新型陶瓷和传统陶瓷一样都是硅酸盐材料
C. 新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术
D. 高温结构陶瓷可应用于火箭发动机
6. 碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的单层或多层的直径为2~20 nm的中空管状结构。下列说法中，错误的是(　A　)
A. 碳纳米管是一种胶体
B. 石墨烯卷成管状结构发生了化学变化
C. 石墨烯和碳纳米管互为同素异形体
D. 根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体
7. (2024·知临中学高一检测)下列表述正确的是(　C　)
A. SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物
B. 因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C. CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D. CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以二者的物理性质相似
【解析】 二氧化硅与HF反应不生成盐，则二氧化硅不是两性氧化物，A错误；CO2与碳反应生成一氧化碳，二氧化碳中碳元素的化合价降低，作氧化剂，SiO2与碳反应生成一氧化碳和硅，二氧化硅中硅元素化合价降低，作氧化剂，C正确；CO2是由分子构成的化合物，SiO2是由原子构成的化合物，二者的物理性质不同，D错误。
8. (2024·杭州师大附中高一检测)由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示。下列说法中，错误的是(　D　)
A. SiO2可用于制造光导纤维
B. 步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4====H2SiO3↓＋Na2SO4
C. 步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代
D. 若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在蒸发皿中进行
【解析】 步骤Ⅱ中硅酸钠和稀硫酸反应生成硅酸沉淀，化学方程式为Na2SiO3＋H2SO4====H2SiO3↓＋Na2SO4，B正确；碳酸的酸性强于硅酸，因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，C正确；若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行，蒸发皿不能用于灼烧固体，D错误。
9. (2024·瑞安中学高一检测)下列关于硅元素及其化合物的说法，正确的是(　A　)
①硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水等特点
②现代建筑物大量使用的沙子和水泥都是硅酸盐材料
③水晶项链和石英玻璃都是硅酸盐材料
④陶瓷是具有悠久历史的硅酸盐材料
⑤光导纤维的主要原料是二氧化硅
⑥高纯度的硅单质具有非常好的导电能力
A. ①④⑤
B. ①②③⑥
C. ①②④⑤
D. ②③④⑥
10. (2024·镇海中学高一检测)实验室用H2还原SiHCl3(沸点为31.85 ℃，密度为1.34 g·cm－3)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置已略去)，下列说法中，正确的是(　C　)
A. 装置Ⅲ的烧杯中盛装的是冰水
B. 实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C. 该实验中滴加13.55 mL SiHCl3，制得高纯硅2.814 g，则SiHCl3的利用率为75%
D. 为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾溶液
【解析】 装置Ⅰ用于制备氢气，氢气中混有水蒸气，会对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中混有的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，应在水浴中加热，A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危险，B错误；SiHCl3的密度为1.34 g·cm－3，体积为13.55 mL，则SiHCl3的质量为18.157 g，根据SiHCl3＋H2Si＋3HCl，实际消耗SiHCl3的质量为×135.5 g·
mol－1=13.61775 g，则 SiHCl3的利用率为×100%=75%，C正确；铁单质与盐酸反应生成亚铁离子，不能用硫氰化钾溶液检验，D错误。
11. 氮化硅(Si3N4)是一种重要的高温结构陶瓷材料，用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图所示(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)：
下列叙述错误的是(　B　)
A. “还原”反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B. 粗硅提纯所得的高纯硅是制造光导纤维的材料
C. “操作X”可将原料气通过灼热的铜网
D. “稀酸Y”可选用稀硝酸
12. (2024·慈溪中学高一检测)高纯硅用于制作光伏电池，如图所示为一种生产高纯硅的工艺流程图：
已知：①流化床反应器的主反应为Si＋3HClSiHCl3＋H2；②还原炉的主反应为SiHCl3＋H2Si＋3HCl；③SiHCl3极易水解。
(1)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为　SiO2＋2CSi＋2CO↑　。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为　1∶2　。
(2)整个操作流程都须隔绝空气，原因是　防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条)　(答出两种即可)。
(3)SiHCl3极易发生水解反应，其生成物之一是一种可燃性气体，则SiHCl3水解的化学方程式为　SiHCl3＋3H2O====H2↑＋H2SiO3↓＋3HCl　。
(4)上述操作流程中可以循环利用的物质是　H2、HCl　。
【解析】 (1)石英砂与焦炭在高温下反应制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2C Si＋2CO↑；石英砂和焦炭生成SiC的化学方程式为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。(2)SiHCl3极易水解，反应产生的氢气与氧气反应易发生爆炸，并且硅也与O2反应，因此整个操作流程都须隔绝空气。(3)根据题意，SiHCl3极易发生水解反应生成H2，同时产生HCl、H2SiO3，则SiHCl3水解的化学方程式为SiHCl3＋3H2O====H2↑＋H2SiO3↓＋3HCl。(4)还原炉中SiHCl3与H2发生反应生成硅单质和HCl，化学方程式为SiHCl3＋ H2Si＋3HCl，根据流程转化分析可知上述操作流程中可以循环利用的物质是H2、HCl。
13. (2024·舟山中学高一检测)某实验小组设计了如图所示装置来探究焦炭还原二氧化硅。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O====CO2＋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　排尽装置中的O2、CO2、水蒸气，避免其对实验产生干扰　。
(2)装置B的作用是　作安全瓶，防止倒吸　。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为　澄清石灰水　、　PdCl2溶液　，若装置C、D中溶液均变浑浊，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　3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si　。
(4)该装置的缺点是　无尾气吸收装置　。
(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：　向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊　。
【解析】 (3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以装置C用来检验是否生成二氧化碳，装置D用来检验是否生成一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)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＋H2O＋Na2SiO3====Na2CO3＋H2SiO3↓，可知酸性：H2CO3＞ H2SiO3。
14. 晶体硅是一种重要的无机非金属材料，有科学家认为硅是“21世纪的能源”与“未来的石油”。请回答下列问题：
(1)工业上生产纯硅的工艺流程如图所示。
石英砂的主要成分是SiO2，制备粗硅时，焦炭的作用是　作还原剂　(填“作氧化剂”或“作还原剂”)；在该反应中，若消耗了3.0 g SiO2，则转移电子的总数为　0.2NA　。
(2)某实验室利用SiHCl3(沸点33.0 ℃)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。装置如图所示(热源及夹持装置已略去)。
①装置B中的试剂是　浓硫酸　。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化　。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是　有固体物质生成　；装置D中发生反应的化学方程式为　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　。
③为检验产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需加入的试剂有　BD　(填字母)。
A.碘水
B.氯水
C.Na2SO3溶液
D.KSCN溶液
【解析】 (1)根据流程图可知，化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，碳的化合价升高，作还原剂， 1 mol SiO2参加反应转移的电子数为4 mol，反应中消耗了3.0 g SiO2 ，n===0.05 mol，转移电子为0.2 mol，即0.2NA。
(2)①SiHCl3能与H2O强烈反应，需要用浓硫酸干燥氢气，反应需要的温度比较高，在装置D中反应，SiHCl3的沸点较低，装置C中的烧瓶需要加热是为了使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化；②装置D中有硅单质生成，即有固体物质生成，此反应为SiHCl3＋H2Si＋3HCl；③亚铁离子的检验通常用的方法是先向溶液中加入KSCN，溶液不变红色，再加入氯水溶液变红色，即可确定有亚铁离子，B、D符合题意。

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