2018届一轮复习人教版碳、硅及无机非金属材料学案(1) 20页

第14讲　碳、硅及无机非金属材料 考纲要求 ‎1.掌握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　应用广泛的非金属单质——碳、硅 ‎1．碳、硅元素在自然界中的存在形态 ‎(1)碳：既有游离态又有化合态。‎ ‎(2)硅：只有化合态。硅在地壳中的含量排第二位。‎ ‎2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较 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 金刚石用于制造切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料，制造硅芯片和硅太阳能电池 ‎3.碳、硅单质的化学性质 ‎4．硅的工业制法 ‎(1)粗硅的制备原理：SiO2＋2CSi＋2CO ‎(2)粗硅提纯原理 ‎①Si(粗)＋2Cl2SiCl4‎ ‎②SiCl4＋2H2Si＋4HCl ‎1．(RJ必修1·P81,9改编)单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为①SiO2＋2CSi＋2CO↑‎ ‎②Si＋2Cl2SiCl4　③SiCl4＋2H2Si＋4HCl。‎ 下列对上述三个反应的叙述不正确的是 (　　)‎ A．①③为置换反应 B．②为化合反应 ‎ C．①②③均为氧化还原反应 ‎ D．三个反应的反应物中硅元素均被还原 答案：　D ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)金刚石和石墨物理性质有较大差别的原因是碳原子的排列不同(　　)‎ ‎(2)Si和SiO2都可用于制造光导纤维(　　)‎ ‎(3)碳燃烧可生成CO或CO2，但硅与氧气反应只能生成SiO2(　　)‎ ‎(4)非金属性：C>Si，则稳定性CH4>SiH4(　　)‎ ‎(5)晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料(　　)‎ ‎(6)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体(　　)‎ 答案：　(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×‎ ‎3．将碳、硅的单质和其物理性质或用途用短线连接起来。‎ 答案：　(1)—③　(2)—①　(3)—⑤　(4)—②　(5)—④‎ 考向一　硅单质的性质及应用 ‎1．下列物质能与单质硅起化学反应的是 (　　)‎ ‎①浓硝酸　②水　③浓硫酸　④氢氟酸　⑤氢氧化钠溶液 A．①②　　　　　　 B．②④‎ C．④⑤ D．③④‎ 解析：　Si与水、浓H2SO4、浓HNO3均不发生反应，但Si能与氢氟酸、NaOH溶液反应放出H2。‎ 答案：　C ‎2．硅被誉为无机非金属材料的主角。有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．硅的含量居第二位，在地球上有丰富的单质硅资源，如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅 B．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 C．存放NaOH溶液的试剂瓶应用细口玻璃瓶并配磨口玻璃塞 D．硅是一种良好的半导体材料，所以是制造光导纤维的基本原料 解析：　 硅在自然界中全部以化合物的形式存在，石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅，A不正确；C不正确，应该用橡皮塞；D不正确，制造光导纤维的是二氧化硅，答案选B。‎ 答案：　B 速记卡片 熟记硅单质的特性 ‎(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。‎ ‎(2)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。‎ ‎(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。‎ ‎(4)非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。 ‎ 考向二　硅的工业制法 ‎3．制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：‎ ‎(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式 ‎________________________________________________________________________；‎ H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)H2还原SiHCl3得到Si和HCl。‎ ‎(2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，依据原子守恒，判断另一物质是H2。因H2还原SiHCl3的反应条件是高温(1 357 K)，若混入O2，则H2与O2混合加热可能发生爆炸，同时，O2也可能氧化SiHCl3。‎ 答案：　(1)SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎(2)SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑‎ 氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3‎ 速记卡片 提纯粗硅的两种方法 方法一　Si＋2Cl2SiCl4，‎ SiCl4＋2H2Si＋4HCl。‎ 方法二　Si＋3HClSiHCl3＋H2，‎ SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎ 考点二　碳和硅的化合物 ‎1．CO的性质 ‎(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水。能使人中毒的原因是与人体中血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。‎ ‎(2)化学性质 ‎①可燃性：2CO＋O22CO2。‎ ‎②还原性：CO还原Fe2O3的反应为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。‎ ‎2．CO2与SiO2的结构、物理性质比较 ‎(1)结构：二氧化碳是由分子构成的；二氧化硅是由原子构成的空间网状结构，不存在单个分子。‎ ‎(2)熔沸点：CO2的熔沸点比SiO2的熔沸点低。‎ ‎(3)溶解性：CO2可溶于水；SiO2不溶于水。‎ ‎3．二氧化碳和二氧化硅的比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 化学性质 与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3‎ 与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反应 与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞)‎ CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ‎ CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3‎ 与盐反应 如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑‎ 如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3‎ 与碱性氧化物反应 如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3‎ 如与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3‎ 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐 　‎ Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2C＋SiO2Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。‎ ‎4．硅酸 ‎(1)物理性质：不溶于水。‎ ‎(2)化学性质 H2SiO3— ‎(3)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。‎ ‎1．(RJ必修1·P81,10改编)下列关于碳、硅的叙述正确的是(　　)‎ A．碳、硅都是ⅣA族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在 B．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似 C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐 D．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料 答案：　C ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)将足量CO2通入含K＋、SiO、Cl－、NO的溶液中，离子将不能大量共存(　　)‎ ‎(2)常温下，SiO2既能与KOH溶液反应又能与稀盐酸反应(　　)‎ ‎(3)SiO2分子是由一个硅原子和两个氧原子构成(　　)‎ ‎(4)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化(　　)‎ ‎(5)不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化(　　)‎ ‎(6)SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维(　　)‎ 答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×‎ ‎3．有人认为SiO2既能与酸反应又能与碱反应，所以认为它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？ ‎ 答案：　该看法是错误的。SiO2和碱溶液反应体现了SiO2为酸性氧化物的性质，但SiO2与氢氟酸反应时并没有生成盐，另外其他酸难与SiO2反应，故SiO2不具备两性氧化物的性质，不属于两性氧化物。‎ ‎4．(LK必修1·P144,2改编)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、可自燃的气体。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气体一段时间，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)防止在加热条件下H2和O2混合发生爆炸　SiO2和Mg的反应是放热反应 ‎(3)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑‎ ‎②SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 考向一　SiO2的性质及用途 ‎1．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．盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶 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CO2‎ D．由Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑可知，硅酸的酸性强于碳酸 解析：　选项A、D的反应在高温下均生成了气体，使平衡正移，致使反应能顺利进行，但不能说明C、Si的还原性强弱，也不能说明H2SiO3与H2CO3酸性的强弱，故错误；NaOH能与玻璃成分中的SiO2反应生成Na2SiO3而使瓶塞粘在一起。 由SiO2制取H2SiO3‎ 的过程为：SiO2Na2SiO3H2SiO3。‎ 答案：　C ‎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 速记卡片 SiO2的特殊性 ‎1．SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。‎ ‎2．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 ‎ 考向二　CO2与盐或碱溶液反应的规律 ‎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 饱和Na2CO3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 澄清石灰水 答案：　B ‎4．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 解析：　n(CO2)＝＝0.15 mol，n(NaOH)＝0.2 L×1.00 mol·L－1＝0.2 mol 由于1<<2，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液 设n(Na2CO3)＝x，n(NaHCO3)＝y 则有 解得x＝0.05 mol，y＝0.1 mol 答案：　B 速记卡片 CO2与NaOH溶液反应产物的判断 ‎(1)将CO2通入一定量的NaOH溶液中至过量的反应原理：‎ ‎①转化示意图：NaOHNa2CO3NaHCO3‎ ‎②有关化学方程式：‎ Ⅰ.2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O Ⅱ.Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3‎ ‎(2)反应后溶质成分的判断：‎ ‎ ‎ ‎[拓展]‎ 将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，在给定的坐标系中，画出生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系。‎ 答案：　‎ 考点三　硅酸盐及无机非金属材料 ‎1．硅酸盐 ‎(1)由硅、氧和金属元素组成化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。‎ ‎(2)硅酸钠 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓‎ 硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。‎ ‎(3)硅酸盐组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，‎ 钾长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。‎ ‎2．无机非金属材料 ‎(1)传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 黏土、石灰石 纯碱、石灰石、石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃熔炉 陶瓷窑 生产条件 高温 ‎(2)玻璃的生产 ‎①反应原理：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑‎ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑‎ ‎②主要成分：SiO2、CaSiO3、Na2SiO3。‎ ‎(3)特殊功能的含硅物质 ‎①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。‎ ‎②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。‎ ‎③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。‎ ‎(4)新型无机非金属材料 如高温陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷、光导纤维等。‎ 　‎ ‎(1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。‎ ‎(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。‎ ‎1．(LK必修1·P113,1改编)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：“至少在距今3 000年以前，中国就已经使用玻璃了。”下列关于普通玻璃的叙述中，正确的是 (　　)‎ A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料 B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点 C．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英 D．普通玻璃的成分主要是Na2O、CaO和SiO2‎ 答案：　C ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点(　　)‎ ‎(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱 (　　)‎ ‎(3)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强 (　　)‎ ‎(4)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料(　　)‎ ‎(5)新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点(　　)‎ ‎(6)高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 (　　)‎ ‎(7)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 (　　)‎ 答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√‎ ‎(7)×‎ ‎3．探究由SiO2制取H2SiO3的最佳方案(用流程图表示)。‎ 答案：　SiO2Na2SiO3溶液H2SiO3。‎ 考向一　硅酸盐 ‎1．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是(　　)‎ A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中 B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，两个反应是相互矛盾的，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 ‎2．(2016·湖北大联考)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．Na2SiO3　　　　　 B．Na2CO3、Na2SiO3‎ C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2‎ 解析：　CO2与水玻璃反应生成Na2CO3(NaHCO3)和H2SiO3，在高温条件下H2SiO3变为SiO2，NaHCO3变为Na2CO3，Na2CO3与SiO2又反应生成Na2SiO3和CO2，所以最后得到的固体物质是Na2SiO3，故A项正确。‎ 答案：　A 速记卡片 硅酸盐改写成氧化物形式的方法 ‎(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。‎ ‎(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“·”隔开。‎ ‎(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如钾长石：KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。 ‎ 考向二　无机非金属材料 ‎3．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是 (　　)‎ ‎①硅是非金属元素，但硅单质能导电　②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ‎④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 A．①② B．②③ ‎ C．①④ D．③④‎ 解析：　光导纤维、沙子的主要成分均是SiO2。‎ 答案：　C ‎4．氮化硅(Si3N4)是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮气在1 300 ℃时反应获得。‎ ‎(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________(填序号)。‎ A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制陶瓷发动机 ‎(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)现用SiCl4和N2(在H2气氛下)，加强热发生反应，可获得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　由Si3N4的硬度大、熔点高、化学性质稳定，可知Si3N4的用途符合A项、C项、D项。‎ 答案：　(1)ACD　(2)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑(或Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH4F)‎ ‎(3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl 速记卡片 无机非金属材料分类 无机非金属材料 ‎ ‎[天津高考题]晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅的过程如下：‎ Si(粗)SiCl4SiCl4(纯)Si(纯) ‎ ‎[高考还可以这样考]‎ ‎(1)工业上用焦炭与石英砂在高温下反应制取粗硅，其反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 上述反应中的氧化剂是________，还原剂是______。‎ ‎(2)用焦炭和石英砂制取粗硅为什么要隔绝空气进行？‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)粗硅与Cl2加热到460 ℃时发生反应，写出该反应的化学方程式 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)在1 100 ℃时，SiCl4被H2还原的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)如何通过实验除去SiO2中混有少量的CaCO3杂质？‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)石英既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，它是两性氧化物吗？试分别写出它与NaOH溶液、氢氟酸发生反应的化学方程式。‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(7)中学化学中能与NaOH溶液反应生成H2的单质有哪些？‎ 试分别写出反应的化学方程式。‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(8)陶瓷、水泥、玻璃是常用的硅酸盐材料，其中，生产普通玻璃的主要原料是什么？‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：　(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑　SiO2　C ‎(2)焦炭能与空气中的氧气发生反应 ‎(3)Si＋2Cl2SiCl4‎ ‎(4)2H2＋SiCl4Si＋4HCl ‎(5)加入过量盐酸后过滤 ‎(6)不是　SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ‎(7)Al和Si　2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑‎ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑‎ ‎(8)石英砂、纯碱和石灰石 ‎[课堂随笔]　　‎ 课时训练　碳、硅及无机非金属材料 ‎1．下列所列各物质的用途不正确的是(　　)‎ A．分子筛：吸附剂、催化剂 B．硅胶：干燥剂、吸附剂、催化剂载体 C．碳化硅：砂纸、砂轮 D．硅酸：黏合剂、耐火材料 解析：　硅胶和分子筛均为疏松多孔物质，表面积大，可作为吸附剂以及催化剂的载体等，A、B项正确；碳化硅硬度大，可制作砂纸、砂轮等，C项正确；硅酸不能作耐火材料，D项错误。‎ 答案：　D ‎2．(2016·陕西西安模拟)下列关于材料的说法不正确的是(　　)‎ A．太阳能电池板中含有硅单质，硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界位置 B．二氧化硅可用于制作光导纤维 C．石英玻璃耐强酸强碱，可用于制造化学仪器 D．Si3N4是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机 解析：　硅元素在第三周期第Ⅳ A族，处于金属与非金属的交界位置，A项正确；二氧化硅是制作光导纤维的主要原料，B项正确；石英玻璃含二氧化硅，而二氧化硅能与强碱反应，C项错误；Si3N4是一种新型无机非金属材料，硬度大，可作耐磨材料，可用于制造发动机，D项正确。‎ 答案：　C ‎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 ‎4．SiO2属于酸性氧化物，理由是(　　)‎ A．硅是非金属元素 B．SiO2与水反应生成硅酸 C．SiO2与强碱反应生成盐和水 D．SiO2不能与H2SO4反应 解析：　金属元素也可以形成酸性氧化物，如Mn2O7，A项错误；SiO2难溶于水，也不与水反应，B项错误；酸性氧化物是指与水反应只生成酸或与碱反应只生成盐和水的氧化物，C项正确，D项错误。‎ 答案：　C ‎5．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．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨 C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸 D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应 解析：　SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误。‎ 答案：　C ‎6．下列试剂中，能贮存在带磨口塞的玻璃试剂瓶里的是(　　)‎ A．KOH溶液　　　　 B．液溴 C．Na2SiO3溶液 D．氢氟酸 解析：　A项KOH与SiO2反应生成矿物胶K2SiO3，C项Na2SiO3本身就属于矿物胶，D项HF与SiO2反应。‎ 答案：　B ‎7．下列离子方程式不正确的是(　　)‎ A．向烧碱溶液中通入过量的二氧化碳：2OH－＋CO2===CO＋H2O B．向纯碱溶液中通入足量的二氧化碳：CO＋CO2＋H2O===2HCO C．向水玻璃中通入少量二氧化碳：SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO D．向氢氧化钠溶液中加入硅：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑‎ 解析：　向烧碱溶液中通入过量的CO2的离子方程式为OH－＋CO2===HCO，A项错误。‎ 答案：　A ‎8．某氧化物X难溶于水，能与烧碱反应，生成易溶于水的化合物Y，将少量Y溶液滴入盐酸中能生成一种白色的胶状沉淀，则X是(　　)‎ A．SiO2　　　　　　　　　 B．Al2O3‎ C．MgO D．P2O5‎ 解析：　SiO2难溶于水，能与烧碱反应，生成易溶于水的化合物硅酸钠，将少量硅酸钠溶液滴入盐酸中能生成白色的胶状沉淀硅酸，A项正确；Al2O3与烧碱反应，生成偏铝酸钠，将少量偏铝酸钠溶液滴入盐酸中生成易溶于水的氯化铝，B项错误；MgO与烧碱不反应，C项错误；P2O5与烧碱反应，生成磷酸钠，将少量磷酸钠溶液滴入盐酸中生成易溶于水的磷酸，D项错误。‎ 答案：　A ‎9．已知A是一种单质，在一定条件下可发生如图所示的转化关系，则下列叙述正确的是(　　)‎ ‎①A可能是铝或硅　②A只可能是金属单质　③D是一种两性物质　④D晶体熔点极高 A．①②③ B．①②④‎ C．②③ D．①④‎ 解析：　在中学阶段，与强碱溶液反应有H2产生的常见单质只有Si与Al，对应Na2SiO3和NaAlO2转化成的H2SiO3和Al(OH)3均为白色胶状沉淀，它们煅烧后生成的SiO2和Al2O3也均为白色固体，故D选项正确。‎ 答案：　D ‎10．二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，硅及其化合物的转化见下图。下列说法中正确的是(　　)‎ 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 解析：　两性氧化物的定义为：与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B项错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C项正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误。‎ 答案：　C ‎11．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：‎ 容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)===SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2===Si(纯)＋3HCl。下列说法正确的是(　　)‎ A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B．最好用分液的方法分离Si和SiHCl3‎ C．反应①和②中HCl均作氧化剂 D．反应①和②属于可逆反应 答案：　A ‎12．(2016·浙江杭州重点中学模拟)‎ 将CO2气体缓缓地通入到含KOH、Ba(OH)2和KAlO2的混合溶液中直至过量，生成沉淀的物质的量与所通CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应进程中的各种描述不正确的是(　　)‎ A．O～A段反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O B．A～B段反应的离子方程式是2OH－＋CO2===CO＋H2O C．A～B段与C～D段所发生的反应相同 D．D～E段沉淀的减少是由于碳酸钡固体的溶解所致 解析：　 二氧化碳气体通入含有KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，CO2先与Ba(OH)2反应，离子方程式为Ba2＋＋CO2＋2OH－===H2O＋BaCO3↓，当Ba(OH)2消耗完毕后再与KOH反应，离子方程式为2OH－＋CO2===CO＋H2O；然后与KAlO2反应，离子方程式为2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO。 继续通入的CO2与溶液中的CO反应转化为HCO，最后，CO2再与BaCO3反应生成Ba(HCO3)2，最终只能剩余氢氧化铝沉淀。则根据以上分析可知，O～A段发生反应：Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O，A项正确；A～B段发生反应2KOH＋CO2===K2CO3＋H2O，B项正确；C～D段发生反应CO＋CO2＋H2O===2HCO，与A～B段反应不相同，C项错误；D～E段发生反应BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2，导致沉淀减少，D项正确。‎ 答案：　C ‎13．欲除去下表中各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)请填写所用试剂、操作名称及化学方程式。‎ 样品 所用试剂 操作名称 化学方程式 SiO2(CaCO3)‎ CaCO3(SiO2)‎ SiO2(Si)‎ SiO2(H2SiO3)‎ 答案：　‎ 样品 所用试剂 操作名称 化学方程式 SiO2(CaCO3)‎ 盐酸 过滤 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑‎ CaCO3(SiO2)‎ NaOH溶液 过滤 ‎2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O SiO2(Si)‎ 氧气 高温 Si＋O2SiO2‎ SiO2(H2SiO3)‎ ‎—‎ 加热 H2SiO3SiO2＋H2O ‎14.A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。‎ ‎(1)易与C发生化学反应的酸是________(填名称)，反应的化学方程式是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。‎ ‎①写出生成F的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是________。‎ A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 解析：　(1)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。‎ ‎(2)SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与NaOH在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔化NaOH。‎ 答案：　(1)氢氟酸　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ‎(2)①Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓　②D ‎15．(2016·辽宁沈阳统考)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：‎ ‎①高温下用焦炭还原二氧化硅制得粗硅。‎ ‎②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：‎ Si＋3HClSiHCl3＋H2。‎ ‎③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃条件下反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)第①步制备粗硅的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(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的方法为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下图所示(热源及夹持装置均已略去)：‎ ‎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 解析：　(1)高温下，SiO2和C反应生成Si和CO，化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。‎ ‎(2)这几种物质沸点不同，所以可以采用蒸馏的方法分离。‎ ‎(3)①为防止SiHCl3与H2O剧烈反应，需要干燥剂干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应，所以可以用作干燥剂；升高温度能使SiHCl3汽化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应。‎ ‎②D中发生反应，SiHCl3＋H2Si＋3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成。‎ ‎③氢气是可燃性气体，当氢气达到一定浓度时易发生爆炸，为防止安全事故的发生，所以先通氢气，将装置中的空气排尽后才能对D装置加热。‎ ‎④向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性，可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。‎ 答案：　(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑‎ ‎(2)蒸馏 ‎(3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ‎②有固体物质生成　SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎③先通一段时间氢气，排尽装置中的空气　④bd