第13講　碳、硅及其化合物　無機非金屬材料-2025年高考化學(xué)全國一輪

第13講碳、硅及其化合物無機非金屬材料備考導(dǎo)航復(fù)習(xí)目標1.了解C、Si單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解Si、SiO2的結(jié)構(gòu)特點，了解Si的制備方法。3.了解硅酸鹽工業(yè)，了解無機非金屬材料和新型無機非金屬材料。復(fù)習(xí)策略本專題的復(fù)習(xí)宜采用：1.遷移法。如晶體硅、二氧化硅屬于原子晶體，應(yīng)具有較高的熔點等；二氧化碳、二氧化硅屬于酸性氧化物，能與堿溶液反應(yīng)生成鹽和水。2.比較法。如二氧化硅與二氧化碳晶體結(jié)構(gòu)不同，二者物理性質(zhì)有較大的差異。3.特殊法。如硅及其化合物有許多反應(yīng)是在高溫下的固態(tài)反應(yīng)。又如硅單質(zhì)及其化合物在生活及高科技發(fā)展中起著重要的作用：硅是半導(dǎo)體材料、二氧化硅是制備光導(dǎo)纖維的材料。4.聯(lián)系實際法。如CO、CO2與綠色化學(xué)；Si、SiO2、硅酸鹽與無機非金屬材料。以新材料、新技術(shù)應(yīng)用為背景進行命題。熟記網(wǎng)絡(luò)課前思考問題1(2021·浙江卷)已知3種共價晶體的熔點數(shù)據(jù)如下表：共價晶體金剛石碳化硅晶體硅熔點/℃＞355026001415金剛石的熔點比晶體硅高的原因是均為共價晶體，原子半徑：C＜Si(或鍵長：C—C＜Si—Si)，鍵能：C—C＞Si—Si。問題2粗硅提純的常見方法有哪些？【答案】1.判斷正誤(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。(1)(2020·浙江卷)SiO2可用來制造光導(dǎo)纖維(√)(2)(2019·新課標Ⅲ卷)高純硅可用于制作光感電池(√)(3)(2021·廣東卷)氫氟酸可與SiO2反應(yīng)，利用氫氟酸刻蝕石英制作藝術(shù)品(√)(4)制作鉆桿用的SiC增強鋁基材料屬于復(fù)合材料(√)(5)(2019·江蘇卷)向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸的離子方程式：Na2SiO3＋2H＋=H2SiO3↓＋2Na＋(×)(6)(2020·海南卷)SiO2的熔點比干冰高的原因是SiO2分子間的范德華力大(×)(7)(2018·海南卷)設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。12g金剛石中含有化學(xué)鍵的數(shù)目為4NA(×)(8)(2019·新課標Ⅰ卷)陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽(√)(9)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑(√)(10)[SiO4]四面體廣泛存在于硅的含氧化合物中(√)(11)將SO2通入Na2SiO3溶液中有膠狀沉淀產(chǎn)生，說明酸性：H2SO3＞H2SiO3(√)(12)(2019·浙江卷)天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅(√)(13)晶體硅熔點高、硬度大，所以可用于制作半導(dǎo)體材料(×)(14)石英坩堝耐高溫，可用來加熱熔融燒堿、純堿等固體(×)(15)(2020·浙江卷)單晶硅和石英互為同素異形體(×)(16)(2022·山東泰安一模)用如圖儀器盛裝Na2SiO3溶液：(×)2．(2023·廣東統(tǒng)考)我國航天航空事業(yè)迎來飛速發(fā)展。下列說法正確的是(D)A.月球探測器使用的硅太陽能電池板，其主要成分是SiO2B.月球探測器中的瞄準鏡使用的光導(dǎo)纖維，其主要成分是SiC.宇宙飛船返回艙表面使用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料D.火箭使用碳納米管可以減輕火箭質(zhì)量，這種材料屬于新型無機非金屬材料【解析】硅太陽能電池板，其主要成分是硅，A錯誤；月球探測器中的瞄準鏡使用的光導(dǎo)纖維，其主要成分是SiO2，B錯誤；高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無機非金屬材料，C錯誤。3．(2023·廣東期末)硅與碳同主族，是組成地殼的主要元素之一。下列說法正確的是(A)A.單質(zhì)硅和金剛石中的鍵能：Si—Si<C—CB.CH4和SiH4中C、Si化合價均為－4C.SiO2中Si原子的雜化方式為sp雜化D.碳化硅硬度很大，屬于分子晶體【解析】原子半徑：Si＞C，鍵長：Si—Si＞C—C，則鍵能：Si—Si＜C—C，A正確；H元素的電負性大于Si元素，SiH4中Si元素的化合價為＋4，B錯誤；SiO2為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，中心Si原子的價層電子對數(shù)為4，雜化方式為sp3雜化，C錯誤；碳化硅的硬度很大，屬于共價晶體，D錯誤。4．(2023·湖北統(tǒng)考)工業(yè)制備高純硅的主要過程如下。石英砂eq\o(→,\s\up7(焦炭),\s\do5(1800～2000℃))粗硅eq\o(→,\s\up7(HCl),\s\do5(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(1100℃))高純硅下列說法錯誤的是(B)A.制備粗硅的化學(xué)方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑B.1molSi含Si—Si的數(shù)目約為4×6.02×1023C.原料氣HCl和H2應(yīng)充分去除水和氧氣D.生成SiHCl3的反應(yīng)為熵減過程【解析】在晶體硅中，每個Si原子與其周圍的距離最近4個Si原子形成共價鍵并形成立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，平均每個Si原子形成2個共價鍵，1molSi含Si—Si的數(shù)目約為2×6.02×1023，B錯誤?？键c1碳、硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)知識梳理碳、硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)比較碳硅元素存在形態(tài)游離態(tài)、化合態(tài)化合態(tài)結(jié)構(gòu)金剛石石墨C60金剛石：正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于共價晶體。石墨：平面正六邊形層狀結(jié)構(gòu)，屬于過渡型晶體。C60分子：球形對稱結(jié)構(gòu)，屬于分子晶體硅硅：正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于共價晶體物理性質(zhì)金剛石：熔點高、硬度大，石墨：硬度小，是電的良導(dǎo)體灰黑色固體，有金屬光澤，熔點高、硬度大，有脆性用途金剛石用作切割刀具，石墨用作電極、鉛筆芯硅用于制造半導(dǎo)體材料和合金材料化學(xué)性質(zhì)1．碳、硅在參與化學(xué)反應(yīng)時，一般表現(xiàn)還原性2．由石英砂制取并獲得高純硅的主要反應(yīng)SiO2＋2Ceq\o(==,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl解疑釋惑25有關(guān)C60分子結(jié)構(gòu)的計算1.C60分子由60個C原子形成的封閉籠狀分子，共有32個面：其中有20個六邊形和12個五邊形。2.C60中有60個C—C，有30個C=C。[計算說明]利用歐拉公式。①3頂＝2棱→(3×60＝2棱，所以有90個棱)；②頂＋面－棱＝2→(60＋面－90＝2，所以有32個面)；③設(shè)5邊形為x個，6邊形為y個→所以5x＋6y＝90，x＋y＝32。[及時鞏固](1)(2023·全國甲卷)如圖所示的幾種碳單質(zhì)，它們互為________，其中屬于共價晶體的是________，C60間的作用力是________。(2)右圖立方體中心的“·”表示硅晶體中的一個原子，請在立方體的頂點用“·”表示出與之緊鄰的硅原子?！敬鸢浮?1)同素異形體金剛石范德華力(2)或(2023·潮州二模)提純粗硅時可通過反應(yīng)SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl獲取晶體硅。下列說法正確的是(A)A.1molSi晶體中含有2mol非極性鍵B.基態(tài)Si原子的軌道表示式：C.SiHCl3的空間填充模型為D.HCl的電子式為H＋[︰eq\o(Cl,\s\up12(‥),\s\do12(‥))︰]－【解析】3p能級的2個電子自旋方向應(yīng)該相同，B錯誤；該模型為球棍模型，C錯誤；HCl為共價化合物，其電子式為H︰eq\o(Cl,\s\up12(‥),\s\do12(‥))︰，D錯誤。深度指津碳、硅的特殊性1.金剛石、硅、碳化硅的都屬于共價晶體?？梢酝ㄟ^比較它們的共價鍵的鍵長來比較熔、沸點的高低，鍵長越短，原子結(jié)合的越牢固，熔、沸點就越高。所以熔、沸點：金剛石＞SiC＞Si。2.一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。3．一般情況下，較強氧化劑＋較強還原劑→較弱氧化劑＋較弱還原劑，而碳卻能還原出比它更強的還原劑：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，2FeO＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋CO2↑。4.硅為非金屬單質(zhì)，卻可以和強堿反應(yīng)，得到氫氣：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。5.非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，而Si卻能與HF發(fā)生反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。6.一般情況下，只有非常活潑的金屬(Na、K等)才能夠置換出水中的氫，但碳單質(zhì)卻能與水蒸氣反應(yīng)：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO(g)＋H2(g)?？键c2碳、硅的主要化合物知識梳理SiO2與CO2化學(xué)式SiO2CO2晶體類型共價晶體分子晶體用途SiO2是制造光導(dǎo)纖維的主要原料干冰可用于人工降雨化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2＋H2OH2CO3與C反應(yīng)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO與HF反應(yīng)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O不反應(yīng)與堿反應(yīng)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O盛堿性溶液的試劑瓶要用橡皮塞(或軟木塞)，堿性溶液只能裝在堿式滴定管中CO2少量：CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2OCO2過量：CO2＋NaOH=NaHCO3與鹽反應(yīng)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(Na2SiO3的水溶液俗稱為水玻璃，可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑)Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClOCO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3CO2＋Na2O=Na2CO3一氧化碳(CO)1.物理性質(zhì)：無色氣體，有毒，難溶于水。2.化學(xué)性質(zhì)——還原性(1)燃燒：2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))2CO2，淡藍色火焰。(2)還原CuO：CuO＋COeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2(冶煉金屬、檢驗CO等)。3.實驗裝置設(shè)計：除去混合氣體(CO、CO2)中CO2氣體，進行CO還原氧化銅實驗。硅酸與碳酸1．碳酸分子中碳原子的雜化方式為sp2。固體H2CO3是分子晶體。COeq\o\al(2－,3)中碳原子的雜化方式為sp2，COeq\o\al(2－,3)的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。2．硅酸與碳酸的比較物質(zhì)硅酸碳酸化學(xué)式H2SiO3H2CO3顏色與狀態(tài)白色、粉末狀無色，只存在于水溶液中水溶性不溶于水只存在于水溶液中制法Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaClCO2＋H2OH2CO3揮發(fā)性不揮發(fā)揮發(fā)酸性硅酸<碳酸穩(wěn)定性硅酸>碳酸相互轉(zhuǎn)化CO2＋H2O＋Na2SiO3=Na2CO3＋H2SiO3↓[及時鞏固](2022·濟南1月模擬)我國科學(xué)家成功利用CO2人工合成淀粉，使淀粉生產(chǎn)方式從農(nóng)業(yè)種植轉(zhuǎn)為工業(yè)制造成為可能，其原理如圖所示。下列說法錯誤的是(A)A.甲醇可用作燃料電池的正極活性物質(zhì)B.化妝品中添加二羥基丙酮的主要作用為保濕C.淀粉可用于制備葡萄糖D.該過程有利于實現(xiàn)“碳達峰，碳中和”【解析】甲醇燃料中通甲醇的一極為負極，通O2的一極為正極，故甲醇可用作燃料電池的負極活性物質(zhì)，A錯誤；二羥基丙酮中的羥基能與H2O之間形成分子間氫鍵，故化妝品中添加二羥基丙酮的主要作用為保濕，B正確；淀粉在一定條件下水解可生成葡萄糖，故淀粉可用于制備葡萄糖，C正確；該過程消耗CO2，制備淀粉，故有利于實現(xiàn)“碳達峰，碳中和”，D正確。下列關(guān)于SiO2和CO2的說法正確的是(A)A.CO2是分子晶體，SiO2是共價晶體B.常溫下，鹽酸、氫氟酸均能與SiO2反應(yīng)C.CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物D.常溫下，CO2和SiO2都能與水反應(yīng)生成相應(yīng)的含氧酸【解析】常溫下，鹽酸與二氧化硅不反應(yīng)，B錯誤；二氧化硅是酸性氧化物，C錯誤；SiO2不能與水反應(yīng)生成相應(yīng)的含氧酸，D錯誤。SiO2是一種化工原料，如圖所示可以制備一系列物質(zhì)。下列說法錯誤的是(A)A.圖中所涉及反應(yīng)都不屬于氧化還原反應(yīng)B.硅是半導(dǎo)體材料，二氧化硅是光導(dǎo)纖維主要成分C.用鹽酸可除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D.盛放氫氧化鈉溶液的試劑瓶不能用玻璃塞【解析】二氧化硅和碳反應(yīng)、硅和氯氣反應(yīng)、四氯化硅和氫氣反應(yīng)都屬于氧化還原反應(yīng)，A錯誤?！皽厥倚?yīng)”是全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此，控制和治理CO2是解決溫室效應(yīng)的有效途徑。(1)下列措施中，有利于降低大氣中CO2濃度的有________(填字母，下同)。a.減少化石燃料的使用b.植樹造林，增大植被面積c.采用節(jié)能技術(shù)d.利用太陽能、風(fēng)能(2)將CO2轉(zhuǎn)化成有機物可有效實現(xiàn)碳循環(huán)。CO2轉(zhuǎn)化成有機物的例子很多，如：a.6CO2＋6H2Oeq\o(→,\s\up7(光合作用))C6H12O6＋6O2b．CO2＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH3OH＋H2Oc．CO2＋CH4eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH3COOHd．2CO2＋6H2eq\o(→,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH2=CH2＋4H2O以上反應(yīng)中，最節(jié)能的是______，原子利用率最高的是______。(3)在海洋碳循環(huán)中，通過如圖所示的途徑固碳。寫出鈣化作用的離子方程式：____________________________________?！敬鸢浮?1)abcd(2)ac(3)Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O(1)FeSO4溶液中加入NH4HCO3，反應(yīng)生成FeCO3，并且產(chǎn)生一種無色氣體，寫出離子方程式：_____________________________________。(2)50℃時，MnSO4溶液中加入NH4HCO3，生成沉淀MnCO3(3)根據(jù)流程圖，寫出沉鈷的離子方程式：_________________________。(4)以粉煤灰(主要成分為Al2O3、SiO2，還含少量Fe2O3等)為原料制取氯化鋁的部分工藝流程如下。寫出“除鐵”生成Fe(OH)3的離子方程式：_________________________。(5)在50℃時ZnSO4溶液中加入NH4HCO3碳化，生成ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O、CO2和(NH4)2SO4_______________________________________________________________?！敬鸢浮?1)Fe2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=FeCO3↓＋CO2↑＋H2O(2)MnSO4＋2NH4HCO3eq\o(=,\s\up7(50℃))MnCO3↓＋CO2↑＋(NH4)2SO4＋H2O(3)Co2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=CoCO3↓＋CO2↑＋H2O(4)Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑(5)3ZnSO4＋6NH4HCO3=ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓＋3(NH4)2SO4＋5CO2↑考點3無機非金屬材料知識梳理傳統(tǒng)無機非金屬材料(水泥、玻璃、陶瓷)——硅酸鹽材料硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷原料石灰石、黏土、石膏石英(SiO2)、純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)黏土主要成分硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸鹽玻璃生產(chǎn)發(fā)生的主要反應(yīng)：①SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑②SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料有高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等)。解疑釋惑26硅酸鹽的書寫硅酸鹽的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其組成的表示方法有兩種：1.鹽化學(xué)式法如硅酸鈉(Na2SiO3)，硅酸鈣(CaSiO3)等。此法一般用于組成較簡單的硅酸鹽。2.氧化物法(1)氧化物的順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。(2)硅酸鹽用氧化物的形式表示時，遵循各元素化合價不變的原則，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。(3)當(dāng)計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應(yīng)化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8，不能寫成eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。[及時鞏固]屬于新型無機非金屬材料的是(D)A.水泥、玻璃、陶瓷 B.玻璃鋼C.鎂鋁合金材料 D.氮化硅【解析】水泥、玻璃、陶瓷是傳統(tǒng)無機非金屬材料；玻璃鋼是復(fù)合材料；鎂鋁合金材料是金屬材料；D選。(1)胃舒平主要成分是氫氧化鋁，同時含有三硅酸鎂(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。①三硅酸鎂的氧化物形式為__________________________。②Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是________(填字母)。a.Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔點b.Al2O3、MgO和SiO2都是白色固體c.Al2O3、MgO和SiO2都是堿性氧化物(2)石棉(CaMg3Si4O12)是耐火材料，用氧化物的形式表示其組成為___________________________________________________________。(3)青花瓷胎體的原料——高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示為__________________?！敬鸢浮?1)①2MgO·3SiO2·nH2O②a(2)CaO·3MgO·4SiO2(3)Al2O3·2SiO2·2H2O深度指津金屬離子與酸式碳酸鹽反應(yīng)的歸納類型1：金屬離子M2＋與HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)生成碳酸鹽MCO3沉淀、CO2氣體和水。二價離子M2＋主要有：Ca2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋、Co2＋等。類型2：金屬離子Al3＋、Fe3＋與HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀和CO2氣體。Al3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Al(OH)3↓＋3CO2↑Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑類型3：金屬離子M2＋與HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)生成堿式碳酸鹽M2(OH)2CO3沉淀或帶結(jié)晶水的堿式碳酸鹽沉淀[如：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O]和CO2氣體。二價離子M2＋主要有：Cu2＋、Zn2＋等。[解題策略]1.金屬離子與碳酸氫鹽反應(yīng)，根據(jù)文字和圖片信息提示均有CO2生成，再根據(jù)信息提示確定金屬離子的沉淀形式。2.利用電荷守恒和原子守恒法配平離子方程式。例如：3Zn2＋＋5HCOeq\o\al(－,3)=6CO2↑＋ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓先根據(jù)鋅原子守恒配平鋅離子，然后根據(jù)電荷守恒配平碳酸氫根離子，接著根據(jù)碳原子守恒配平CO2，最后根據(jù)氫原子和氧原子守恒判斷該離子方程式中沒有水生成。3.根據(jù)離子方程式書寫化學(xué)方程式，將金屬離子換成對應(yīng)的鹽，碳酸氫根離子換成對應(yīng)的鹽，右邊補上生成的一種鹽。1.芯片主要由單晶硅構(gòu)成。如圖是硅及其化合物的價類二維圖，根據(jù)要求填空。(1)利用焦炭在電爐中還原二氧化硅的化學(xué)方程式為_____________________________________________________________________________。(2)利用氫氟酸刻蝕玻璃的化學(xué)方程式為_____________________________________________________________。(3)硅酸鈉轉(zhuǎn)化為原硅酸的離子方程式為_____________________________________________________________。(4)二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。(5)石英與石灰石在玻璃熔爐里加強熱發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________。【答案】(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(2)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(3)SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋＋H2O=H4SiO4↓(4)2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O(5)CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑2.(2022·揭陽期末)化學(xué)對提高人類生活質(zhì)量和促進社會發(fā)展具有重要作用。下列說法正確的是(C)A.焰色試驗、海帶提碘、石油裂化都有化學(xué)變化的過程B.嫦娥五號返回艙用到的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于傳統(tǒng)硅酸鹽材料C.利用CO2人工合成淀粉能有效促進“碳中和”目標的實現(xiàn)D.我國發(fā)射的火星探測器，其使用的太陽能電池板的主要成分是二氧化硅【解析】焰色試驗中沒有新物質(zhì)生成，所以是物理變化，A錯誤；傳統(tǒng)硅酸鹽包含水泥、玻璃、陶瓷，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無機非金屬材料，B錯誤；太陽能電池板的主要成分是單質(zhì)硅，光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，D錯誤。3．(2023·江門臺山一中)工業(yè)上由石英砂(主要成分為SiO2)制備高純硅的過程中涉及反應(yīng)：SiO2＋2Ceq\o(====,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑；Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2，下列說法正確的是(B)A.SiHCl3的球棍模型為B.28g晶體硅中含有2molSi—SiC.HCl中化學(xué)鍵為s－sσ鍵D.碳的同素異形體金剛石和C60均屬于共價晶體【解析】SiHCl3是四面體結(jié)構(gòu)，并且原子半徑：Si＞Cl＞H，圖示中半徑：H＞Cl，A錯誤；28g晶體硅中含有eq\f(28g,28g/mol)×2＝2molSi—Si，B正確；氯原子利用p軌道成鍵，HCl中化學(xué)鍵為s－pσ鍵，C錯誤；碳的同素異形體金剛石屬于共價晶體，但C60屬于分子晶體，D錯誤。4．(2023·山東卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高純硅的重要原料，常溫下為無色液體，沸點為31.8℃，熔點為－126.5℃，易水解。實驗室根據(jù)反應(yīng)Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(△))SiHCl3＋H2，利用如圖裝置制備SiHCl3粗品(加熱及夾持裝置略)?；卮鹣铝袉栴}：(1)制備SiHCl3時進行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中；(ⅲ)通入HCl，一段時間后接通冷凝裝置，加熱開始反應(yīng)。操作(ⅰ)為__________________________；判斷制備反應(yīng)結(jié)束的實驗現(xiàn)象是________________________________________。圖示裝置存在的兩處缺陷是______________________________________________________________。(2)已知電負性：Cl>H>Si，SiHCl3在NaOH濃溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________。(3)采用如下方法測定溶有少量HCl的SiHCl3純度。m1g樣品經(jīng)水解、干燥等預(yù)處理過程得硅酸水合物后，進行如下實驗操作(填操作名稱)：①________，②________，③稱量等操作，測得所得固體氧化物質(zhì)量為m2g，從下列儀器中選出①②中需使用的儀器，依次為__________(填字母)。測得樣品純度為____________________(用含m1、m【答案】(1)檢查裝置氣密性管式爐中沒有固體剩余C、D之間沒有干燥裝置，沒有處理氫氣的裝置(2)SiHCl3＋5NaOH=Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O(3)高溫灼燒冷卻ACeq\f(135.5m2,60m1)×100%【解析】(1)制備SiHCl3時，由于氯化氫、SiHCl3和氫氣都是氣體，所以組裝好裝置后，要先檢查裝置氣密性，然后將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中，通入氯化氫氣體，排出裝置中的空氣，一段時候后，接通冷凝裝置，加熱開始反應(yīng)，當(dāng)管式爐中沒有固體剩余，燒瓶中無液體滴下時，即硅粉完全反應(yīng)。SiHCl3易水解，所以需要在C、D之間加一個干燥裝置，防止D中的水蒸氣進入裝置C中，另外氫氧化鈉溶液不能吸收氫氣，需要在D后面加處理氫氣的裝置。(3)m1g樣品經(jīng)水解、干燥等預(yù)處理過程得到硅酸水合物后，高溫灼燒，在干燥器中冷卻后，稱量，所用儀器包括坩堝和干燥器，A、C選。所得固體氧化物為二氧化硅，質(zhì)量為m2g，則二氧化硅的物質(zhì)的量為n(SiO2)＝eq\f(m2,60)mol，樣品純度為eq\f(\f(m2,60)×28＋1＋35.5×3,m1)×100%＝eq\f(135.5m2,60m1)×100%。第13講碳、硅及其化合物無機非金屬材料1.下列說法不正確的是(C)A.硅晶片是生產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)材料B.芯片制造中的“光刻技術(shù)”是利用光敏樹脂在曝光條件下成像，該過程涉及化學(xué)變化C.硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在D.硅是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料【解析】硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在，不存在硅單質(zhì)，C錯誤。2.(2023·浙江卷)材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，下列材料主要成分屬于有機物的是(D)A.石墨烯 B.不銹鋼C.石英光導(dǎo)纖維 D.聚酯纖維【解析】石墨烯為碳單質(zhì)，屬于無機物，A不符合題意；不銹鋼是Fe、Cr、Ni等的合金，屬于金屬材料，B不符合題意；石英光導(dǎo)纖維的主要成分為SiO2，屬于無機非金屬材料，C不符合題意。3.下列關(guān)于硅的說法錯誤的是(C)A.晶體硅是共價晶體，灰黑色有金屬光澤B.常溫下硅可以與氫氟酸反應(yīng)生成2種氣體C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)D.加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)4.“中國芯”的主要原材料是高純單晶硅，反應(yīng)SiCl4(g)＋2H2(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(s)＋4HCl(g)可用于純硅的制備。下列有關(guān)說法正確的是(B)A.SiCl4為極性分子B.HCl的電子式為H︰eq\o(Cl,\s\up12(‥),\s\do12(‥))︰C.單晶硅為分子晶體D.Si原子的結(jié)構(gòu)示意圖為【解析】SiCl4和CH4的空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形，結(jié)構(gòu)對稱，為非極性分子，A錯誤；單晶硅與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)相似，為共價晶體，C錯誤；Si原子的結(jié)構(gòu)示意圖為，D錯誤。5.(2022·廣東質(zhì)檢)近年來科學(xué)家制造出大量的新物質(zhì)，對下列三種物質(zhì)的相關(guān)說法錯誤的是(D)石墨烯：從石墨中分離出來，是最薄、最堅硬的物質(zhì)石墨炔：平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全碳分子，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性納米碳管：具有優(yōu)良的場發(fā)射性能，制作陰極顯像管、儲氫材料A.石墨烯具有良好的導(dǎo)電性B.上述三種物質(zhì)與金剛石互為同素異形體C.石墨炔孔徑略大于H2分子的直徑，可作H2的提純薄膜D.上述三種物質(zhì)與濃硫酸都能發(fā)生反應(yīng)，但反應(yīng)產(chǎn)物不同【解析】碳與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物均為二氧化碳、水和二氧化硫，上述三種物質(zhì)與金剛石都是碳的單質(zhì)，互為同素異形體，與濃硫酸都能發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物相同，D錯誤。6.硅及其化合物在人類進步中發(fā)揮了重要作用。Si和SiC用于制造芯片，SiO2用于制造光纖，Na2SiO3用作木材防火劑。下列說法正確的是(D)A.Si在自然界以游離態(tài)存在B.Si和SiC具有優(yōu)良的導(dǎo)電性C.SiO2不與酸反應(yīng)D.Na2SiO3溶液可與CO2反應(yīng)【解析】硅在自然界中以化合態(tài)存在，A錯誤；Si和SiC屬于半導(dǎo)體，導(dǎo)電能力弱，B錯誤；SiO2能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，C錯誤。7.(2023·湖南婁底期末)氮化硅(Si3N4)是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。用石英砂和原料氣(含N2和少量O2)制備Si3N4的操作流程如下(粗硅中含少量Fe、Cu的單質(zhì)及化合物)：下列敘述不正確的是(A)A.“還原”主要被氧化為CO2B.“高溫氮化”反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Si＋2N2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N4C.“操作X”可將原料氣通過灼熱的銅粉D.“稀酸Y”可選用稀硝酸【解析】焦炭與石英砂發(fā)生反應(yīng)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO，焦炭被氧化成CO，A錯誤；原料氣中含有N2和少量的O2，氧氣能與Cu反應(yīng)生成CuO，N2不與Cu反應(yīng)，將原料氣通過灼熱的銅粉可以得到純凈氮氣，C正確；粗硅中含有少量Fe和Cu，即Si3N4中含有少量Fe和Cu，F(xiàn)e、Cu與稀硝酸反應(yīng)，得到可溶于水的Fe(NO3)3和Cu(NO3)2，稀硝酸可以除去Si3N4中Fe和Cu，D正確。8.下列說法正確的是(D)A.SiO2是酸性氧化物，所以不能與任何酸反應(yīng)B.下列每一步轉(zhuǎn)化均可實現(xiàn)：SiO2(s)eq\o(→,\s\up7(H2Ol))H2SiO3(s)eq\o(→,\s\up7(NaOHaq))Na2SiO3(aq)C.石英玻璃主要成分是硅酸鹽，可制作化學(xué)精密儀器D.盛放燒堿的試劑瓶不能用玻璃塞的原因：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O【解析】SiO2是酸性氧化物，但是二氧化硅能和氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，A錯誤；SiO2不溶于水也不能與水反應(yīng)，B錯誤；石英玻璃主要成分是二氧化硅，而不是硅酸鹽，C錯誤。9.(2023·湖南郴州三模)地球上的硅大部分以二氧化硅及硅酸鹽的形式存在，它們的基本結(jié)構(gòu)單位是硅氧四面體[SiO4](圖1)。石英晶體中的硅氧四面體相連構(gòu)成螺旋鏈(圖2)。天然硅酸鹽組成復(fù)雜，硅、氧原子通過共用氧原子形成各種不同的硅酸根陰離子，一種層狀硅酸根陰離子結(jié)構(gòu)如圖3所示。下列說法正確的是(D)圖1圖2圖3A.基態(tài)Si原子核外電子有14種空間運動狀態(tài)B.二氧化硅中硅原子的配位數(shù)是2C.圖2中Si原子的雜化軌道類型是sp2D.圖3層狀硅酸根陰離子結(jié)構(gòu)中硅和氧的原子個數(shù)之比為2∶5【解析】基態(tài)Si原子的電子排布式為1s22s22p63s23p2，原子核外的電子有8種空間運動狀態(tài)，A錯誤；二氧化硅中硅原子的配位數(shù)是4，B錯誤；SiO2晶體的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體，所以Si原子的雜化軌道類型是sp3，C錯誤；由圖3可知，每個硅氧四面體分別以三個頂角氧和其他相鄰的三個硅氧四面體共享，根據(jù)均攤法，每個硅氧四面體含有的氧原子數(shù)為3×eq\f(1,2)＋1＝2.5，含有的硅原子數(shù)為1，則硅和氧的原子個數(shù)比為1∶2.5＝2∶5，D正確。10.(2023·廈門一中)下列敘述正確的是(C)A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以二者物理性質(zhì)相似B.因為CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強C.CO2和SiO2都能與碳反應(yīng)，且都作氧化劑D.SiO2既能和NaOH反應(yīng)，又能和HF反應(yīng)，所以二氧化硅屬于兩性氧化物【解析】CO2和SiO2都是酸性氧化物，化學(xué)性質(zhì)相似，但物理性質(zhì)差別很大，A錯誤；硅酸的酸性比碳酸弱，反應(yīng)之所以發(fā)生，是因為CO2為氣體，可以脫離反應(yīng)體系，B錯誤；SiO2與堿反應(yīng)生成鹽和水，與HF反應(yīng)不能生成鹽，所以SiO2沒有兩性，它屬于酸性氧化物，D錯誤。11.下列關(guān)于硅及其化合物的敘述正確的是(B)A.晶體硅可用于制造石英光導(dǎo)纖維B.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸鹽產(chǎn)品C.二氧化硅在電子工業(yè)中是重要的半導(dǎo)體材料D.二氧化硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料【解析】二氧化硅可用于制造光導(dǎo)纖維，A錯誤；晶體硅在電子工業(yè)中是重要的半導(dǎo)體材料，C錯誤；硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料，D錯誤。12.(2023·湖北聯(lián)考)氮化硅(Si3N4)常用作飛船返回艙耐高溫結(jié)構(gòu)材料，可由石英和焦炭在高溫的氮氣中通過以下反應(yīng)制備：3SiO2＋6C＋2N2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N4＋6CO。下列說法錯誤的是(D)A.SiO2和Si3N4均屬于共價晶體B.基態(tài)硅原子核外電子有8種空間運動狀態(tài)C.對石英進行X射線衍射實驗可確定其是否為晶體D.C3N4與Si3N4結(jié)構(gòu)相似，硬度：C3N4<Si3N4【解析】SiO2和Si3N4均是由原子通過共價鍵形成的共價晶體，A正確；基態(tài)硅原子電子排布式為1s22s22p63s23p2，核外電子有8種空間運動狀態(tài)；B正確；X射線衍射實驗是檢驗晶體的科學(xué)方法，C正確；C3N4與Si3N4結(jié)構(gòu)相似，都是共價晶體，共價鍵鍵能：C—N＞C—Si，故硬度：C3N4>Si3N4，D錯誤。13.(2023·湖北統(tǒng)考)多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。已知：SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯誤的是(C)A.Y、Z分別為H2、Cl2B.制取粗硅過程中可能發(fā)生反應(yīng)：SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑C.提純SiHCl3可采用萃取、分液的方法D.為防止SiHCl3水解而損失及氫氣爆炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進行【解析