课时1　碳、硅及其重要化合物

一、选择题

1．下列关于C、Si两种非金属元素的说法中，正确的是(　　)

A．两者结合形成的化合物是共价化合物

B．在自然界中都能以游离态存在

C．氢化物的热稳定性比较：CH4＜SiH4

D．最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸

解析　C、Si都是非金属元素，结合形成的化合物是共价化合物，A正确；Si元素为亲氧元素，不能以游离态存在，故B错；非金属性C＞Si，故氢化物的热稳定性SiH4＜CH4，故C错；SiO2既不溶于水，也不和水反应，故D错。

答案　A

2．(2017·安徽合肥高三一次质检，2)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是(　　)

A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐

B．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂

C．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示

D．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池

解析　水晶的主要成分为SiO2，其不属于硅酸盐，A项错误；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，属于混合物，B项错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅，用于制造太阳能电池的是高纯硅，D项错误。

答案　C

3．下列物质性质与用途对应关系正确的是(　　)

解析　硅胶吸附水，与硅作半导体的材料无关，B错误；二氧化硅硬度大，与氢氟酸和玻璃反应无关，C错误；焦炭具有可燃性，与焦炭还原二氧化硅无关，D错误。

答案　A

4．(2016·南通二调)我国《可再生能源法》倡导碳资源的高效转化及循环利用(如图所示)。下列做法与上述理念相违背的是(　　)

A．大力发展煤的气化及液化技术

B．加快石油等化石燃料的开采和使用

C．以CO2为原料生产可降解塑料

D．将秸秆进行加工转化为乙醇燃料

解析　煤的气化和液化是通过化学变化将煤转化为气体和液体燃料的先进洁净煤技术，可以减少污染物的排放，A项正确；石油等化石燃料为不可再生能源，加快化石燃料的开采和使用，会破坏环境，加重环境污染，B项错误；可降解塑料不会造成“白色污染”，C项正确；将秸秆转化为乙醇燃料，可以减少PM2.5的产生，D项正确。

答案　B

5．(2017·吉林大学附中月考)下列有关说法错误的是(　　)

A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中

B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐

C．灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚，因为瓷坩埚中的SiO2能与NaOH反应

D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸

解析　氢氟酸能腐蚀玻璃，不能盛放在玻璃试剂瓶中，A正确，水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，B错误；SiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应，但不与水反应，C、D正确。

答案　B

6．(2017·济南联考)下列离子方程式的书写正确的是(　　)

A．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3

B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO

C．硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑

D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O

解析　Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiO，且应生成HCO，A错；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。

答案　D

7．下图表示物质通过一步反应的转化关系，下列说法正确的是(　　)

X酸性氧化物―→还原性盐

A．X可能是Si单质

B．X可能是含S元素的化合物

C．酸性氧化物可能为CO2

D．还原性盐可能为FeCl3

解析　若X为Si，则酸性氧化物为SiO2，由于硅元素处于其最高价态，故由其形成的盐不具有还原性，A错误；同理C错误；FeCl3中铁元素处于最高价，故其不具有还原性，且铁对应的氧化物也不是酸性氧化物，D错误；X可以是H2S，与O2反应可形成SO2，再与NaOH反应可生成还原性盐Na2SO3，B正确。

答案　B

8．下列有关说法中正确的是(　　)

A．碳酸、硅酸均是二元弱酸，均能使紫色石蕊变红色

B．硅胶就是硅酸形成的液溶胶

C．SiO2能溶解在NaOH溶液中但不能溶解在氨水中

D．硅、二氧化硅、硅酸对热均很稳定

解析　硅酸难溶于水，不能使指示剂变色，A错误；硅胶是固体，B错误；SiO2可与强碱溶液反应但不与弱碱溶液反应，C正确；硅酸受热易分解，D错误。

答案　C

9．分别向Na2SiO3溶液中加入下列物质，能生成不溶于NaOH溶液的白色沉淀的是(　　)

A．K　　　　　　　　　　 B．稀盐酸

C．CaCl2溶液　　　　 D．KNO3溶液

解析　盐酸与Na2SiO3反应生成的硅酸可溶解在NaOH溶液中，B错误；CaCl2与Na2SiO3反应生成硅酸钙，该物质不溶于水也不溶于NaOH溶液。

答案　C

10．下列除杂方法正确的是(　　)

A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去

B．CO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热

C．CO2中含有HCl杂质，可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶

D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤

解析　A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，D项，Na2CO3与CO2反应生成NaHCO3。

答案　B

11．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是(　　)

A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料

B．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

C．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

D．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

解析　无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。

答案　D

12．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(　　)

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，常用于制造光导纤维

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，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。

答案　C

二、填空题

13．工业上，用二氧化硅与焦炭在高温下反应制Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑，副反应为Si＋CSiC(金刚砂)。

请回答下列问题：

(1)工业上，冶炼粗硅时焦炭的作用是________。(填序号)

①氧化剂　　　②还原剂　　　③燃料　　　④催化剂

若粗硅中含有较多的碳化硅，主要原因是__________________________ ________________________________________________。

(2)碳化硅俗名金刚砂，它具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。

若用二氧化硅与焦炭制备金刚砂，产品中混有杂质硅和二氧化硅，主要原因是_______________________________________________________。

(3)某碳化硅样品中混有Si、SiO2。将20.0 g该样品加入到过量的氢氧化钠溶液中，充分反应，收集到2 240 mL氢气(标准状况)，过滤得到11.4 g SiC固体，滤液稀释至500 mL。写出有关反应的离子方程式：_____________ ___________________________________________；

稀释后溶液中硅酸钠的物质的量浓度为________。

解析　(1)在粗硅冶炼中，焦炭作还原剂和燃料，焦炭燃烧提供能量。若焦炭投料较多，部分碳与硅反应生成碳化硅。(2)如果制备碳化硅，投入焦炭量较少，二氧化硅、硅会残留在产品中。

(3)n(H2)＝＝0.1 mol，由Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑知，样品中硅单质的物质的量为0.05 mol，质量为0.05 mol×28 g·mol－1＝1.4 g，所以样品中二氧化硅的质量为20.0 g－1.4 g－11.4 g＝7.2 g，物质的量为7.2 g÷60 g·mol－1＝0.12 mol，生成的硅酸钠的物质的量为0.05 mol＋0.12 mol＝0.17 mol，溶液体积为0.5 L，故硅酸钠溶液的物质的量浓度为0.34 mol·L－1。

答案　(1)②③　焦炭投料较多

(2)焦炭投料较少

(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O　0.34 mol·L－1

14．(2016·福州质检)晶体硅是一种重要的非金属材料。

模拟制备纯硅的主要步骤如下：

①高温下用碳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 ℃反应制得纯硅。

可能用到的信息如下：

已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃；步骤②中粗硅与HCl反应时会生成少量SiCl4。

请回答下列问题：

(1)粗硅与HCl反应完全后，依据上表所示沸点差异提纯SiHCl3，该提纯方法为_____________________________________________。

(2)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依次连接的合理顺序为________(填写字母序号)；装置D中g管的作用是________________；装置B中的试剂是________________；装置C中的烧瓶加热的目的是________________。

②装置A中发生反应的化学方程式为____________________________

__________________________________________________________。

③操作时应先打开装置________(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞，理由是_____________________________________________________________。

(3)请设计实验证明产品硅中是否含微量铁单质：将产品用稀盐酸溶解，取上层清液后_______________________________________________。

解析　(1)根据沸点差异可知提纯SiHCl3的方法为蒸馏。

(2)①根据SiHCl3能与H2O强烈反应，故制得的H2要先干燥，再与SiHCl3反应，仪器的连接顺序为DBCAE；装置D中g管的作用是平衡压强，使分液漏斗中液体能顺利滴下；装置B中的试剂为浓硫酸，用于干燥氢气；装置C中的烧瓶加热的目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化。②装置A中SiHCl3、H2发生置换反应，制得纯硅。③因为SiHCl3容易在空气中自燃，故操作时应先打开装置D中分液漏斗的旋塞，使生成的H2排尽装置中的空气。(3)用盐酸溶解后，可以检验上层清液中是否含有Fe2＋来证明产品硅中是否含微量铁单质。

答案　(1)蒸馏

(2)①DBCAE　平衡压强(其他合理答案均可)　浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化　②SiHCl3＋H2Si＋3HCl　③D　SiHCl3容易在空气中自燃，实验中要注意先通一段时间H2排尽装置中的空气

(3)先滴加氯水，再滴加硫氰化钾溶液，溶液显红色(或加入氢氧化钠溶液，出现白色沉淀后变灰绿色最后变红褐色，合理答案均可)

15．(2016·鄂豫晋冀陕五省高三二次联考，18)某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。

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)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为_____________。

(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强： ________________。

解析　(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要通入足够长时间的N2将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知，B装置的作用是作安全瓶，防止倒吸。(3)根据质量守恒，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C装置是用来检验有没有二氧化碳生成，D装置是用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛放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，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，由于检测到两气体产物的物质的量相等，根据质量守恒可写出化学方程式为3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有吸收CO的尾气处理装置。(5)18 g SiO2的物质的量为＝0.3 mol，8.4 g焦炭的物质的量为＝0.7 mol，充分反应后收集到标准状况下13.44 L CO的物质的量为＝0.6 mol，则参与形成SiC的碳的物质的量为0.1 mol，若固体产物只有Si和SiC，则有：

SiO2 　＋　2C　 　2CO↑　＋　 Si

0.3 mol　　　0.6 mol　　　0.6 mol　　　0.3 mol

则剩余C的物质的量为 n(C)＝0.7 mol－0.6 mol＝0.1 mol，

Si　＋　C　　SiC

0.1 mol　0.1 mol　　 0.1 mol

故得到Si和SiC的物质的量之比为(0.3 mol－0.1 mol)∶0.1 mol＝2∶1。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱可利用强酸制弱酸的原理，产生的CO2气体先通过饱和的碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液，若产生白色沉淀，说明酸性H2CO3＞H2SiO3。

答案　(1)要用氮气将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰

(2)作安全瓶，防止倒吸

(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si

(4)没有尾气处理装置将CO吸收

(5)2∶1

(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸

2019版步步高高中化学一轮复习练习：第四章 第1课时 碳、硅及其重要化合物