專題2-3-碳、硅及其化合物(解析版)

專題2.3碳、硅及其化合物一、碳、硅及其重要化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化1．掌握一條知識主線C→CO→CO2→Na2CO3→NaHCO3SiCl4←Si→SiO2→Na2SiO32．明確轉(zhuǎn)化關(guān)系（1）碳及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖（2）硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖碳、硅的存在形式、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途【核心知識梳理】1.碳、硅的存在、物理性質(zhì)和用途碳硅原子結(jié)構(gòu)示意圖在元素周期表中位置第二周期第ⅣA族第二周期第ⅣA族存在形式游離態(tài)和化合態(tài)化合態(tài)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)金剛石：立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；石墨：層狀結(jié)構(gòu)；C60：足球形分子晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石：熔點(diǎn)很高、硬度很大；石墨：硬度較小、電的良導(dǎo)體晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、熔點(diǎn)高、硬度大、有脆性用途金剛石用于制造切割刀具，石墨用于制造電極、鉛筆芯。C60可作催化劑或催化劑載體晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽能電池注意：硅為親氧元素，在自然界中無游離態(tài)，地殼中含量僅次于氧。2．碳、硅的化學(xué)性質(zhì)(1)碳的化學(xué)性質(zhì)(2)硅的化學(xué)性質(zhì)①與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。②與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。③與O2反應(yīng)：Si＋O2SiO2。④與Cl2反應(yīng)生成SiCl4?！局R點(diǎn)辨析.正誤判斷】(1)金剛石、石墨、C60為碳的同位素。 ()(2)金剛石的熔點(diǎn)比C60的高，金剛石與石墨的沸點(diǎn)相同。 ()(3)根據(jù)2C＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑可知C的還原性強(qiáng)于Si。 ()(4)碳、硅均可與濃硝酸反應(yīng)。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×三、碳、硅的氧化物【核心知識梳理】1、一氧化碳的性質(zhì)及應(yīng)用（1）物理性質(zhì)：無色無味的氣體，難溶于水，能使人中毒。中毒的原因是與人體內(nèi)血紅蛋白相結(jié)合，使人因缺氧而中毒。（2）化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用(寫出有關(guān)化學(xué)方程式)a．可燃性：2CO＋O2eq\o(=====,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO2，可作燃料。b．還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3CO＋Fe2O3eq\o(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2，可用于冶煉金屬。2、二氧化碳和二氧化硅的比較物質(zhì)二氧化碳二氧化硅化學(xué)式CO2，表示一個分子的組成SiO2，沒有分子，只表示組成及其原子比例晶體類型分子晶體原子晶體主要物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水學(xué)科*網(wǎng)硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)CO2＋H2OH2CO3不反應(yīng)與酸反應(yīng)不反應(yīng)只與HF反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O與碳反應(yīng)CO2＋C2COSiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up17(高溫),\s\do15(電爐))Si＋2CO↑化學(xué)性質(zhì)與堿反應(yīng)CO2(少量)＋2NaOH=Na2CO3＋H2O，CO2(足量)＋NaOH=NaHCO3SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶不用玻璃塞而用橡皮塞的原因)與鹽反應(yīng)H2O＋CO2(不足)＋Na2SiO3=H2SiO3↓＋Na2CO3,2H2O＋2CO2(足量)＋Na2SiO3=H2SiO3↓＋2NaHCO3SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑與堿性氧化物反應(yīng)CO2＋Na2O=Na2CO3SiO2＋CaOCaSiO33、SiO2與CO2的用途（1）CO2：制飲料、碳酸鹽，作滅火劑，干冰用作制冷劑，也可用于人工降雨。（2）SiO2：光導(dǎo)纖維、制光學(xué)儀器、電子部件，水晶可制作飾品。4、CO2的實(shí)驗(yàn)室制法用大理石與稀鹽酸或稀硝酸發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O。注意：①用大理石制CO2時，不能用稀硫酸，因?yàn)樯傻腃aSO4微溶，覆蓋大理石表面阻止反應(yīng)進(jìn)行。②可以用啟普發(fā)生器作發(fā)生裝置制CO2。③除去CO2中的HCl可以用飽和NaHCO3溶液。【知識點(diǎn)辨析.正誤判斷】(1)CO2、SiO2與NaOH溶液反應(yīng)均只能生成正鹽。 ()(2)SiO2與NaOH、HF均反應(yīng)，故SiO2為兩性氧化物。 ()(3)CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，可說明非金屬性C>Si。 ()(4)SiO2是酸性氧化物，與H2O反應(yīng)生成H2SiO3。 ()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×【深度思考】1．利用石英和碳為主要原料，設(shè)計(jì)制備純硅的主要化學(xué)過程，并寫出每步化學(xué)方程式。[答案]石英(SiO2)eq\o(――→,\s\up11(碳C),\s\do4(高溫))粗硅eq\o(――→,\s\up11(Cl2),\s\do4(△))SiCl4eq\o(――→,\s\up11(H2),\s\do4(△))Si(純)SiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑Si＋Cl2SiCl4SiCl4＋2H2Si＋4HCl2．用化學(xué)方程式回答下列問題：(1)保存燒堿溶液不能用磨口玻璃塞的理由。(2)氫氟酸可用于在玻璃器皿上雕刻花紋的理由。(3)水煤氣的制備反應(yīng)方程式。[答案](1)2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O(2)4HF＋SiO2=SiF4↑＋2H2O(3)C＋H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(高溫))CO＋H2【精準(zhǔn)訓(xùn)練1】題組一碳、硅及其氧化物的主要性質(zhì)及應(yīng)用1．下列說法中正確的是()A．單質(zhì)eq\o(――→,\s\up7(O2))氧化物eq\o(――→,\s\up7(H2O))酸或堿eq\o(――――――→,\s\up7(NaOH或HCl))鹽，碳、硅單質(zhì)均可以按上述關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化B．若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系C．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3.36LCO2氣體通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，溶液中溶質(zhì)有2種D．用二氧化硅制取單質(zhì)硅的反應(yīng)中硅元素被氧化[答案]C[A項(xiàng)，SiO2與H2O不反應(yīng)；B項(xiàng)，SiO2不能直接轉(zhuǎn)化為H2SiO3，H2SiO3也不能直接轉(zhuǎn)化為Si；D項(xiàng)，SiO2與C反應(yīng)制取Si，硅元素被還原。]2．(2020·河南期末)下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，故不能與酸反應(yīng)B．二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電能力強(qiáng)而被用于制造光纜C．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應(yīng)D．對于2C＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑中，氧化劑與還原劑質(zhì)量比為1∶2[答案]C[A項(xiàng)，SiO2與氫氟酸反應(yīng)；B項(xiàng)，光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光不導(dǎo)電；D項(xiàng)，反應(yīng)中氧化劑(SiO2)與還原劑(C)的物質(zhì)的量比為1∶2，質(zhì)量比為60∶24。]3．(2020·湖南六校聯(lián)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芯片的主要原料。已知第三代工業(yè)制取多晶硅流程如圖所示：下列說法錯誤的是()A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅的過程中焦炭與石英會發(fā)生副反應(yīng)生成碳化硅，在該副反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶1C．SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為H2SiO3、H2、HCl，據(jù)此推測SiHCl3中硅元素的化合價為＋4D．Y與SiHCl3制備多晶硅的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)[答案]B[B項(xiàng)中的反應(yīng)為3C＋SiO2SiC＋2CO↑，氧化劑與還原劑均為C，二者之比為1∶2。](1)數(shù)軸法判斷CO2與強(qiáng)堿(OH－)反應(yīng)的產(chǎn)物當(dāng)n(OH－)∶n(CO2)的值不同時產(chǎn)物如下：(2)硅及其氧化物的性質(zhì)理解①一般情況，堿性氧化物＋酸→鹽＋水，SiO2是酸性氧化物，卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。但SiO2不是兩性氧化物。②一般情況，較強(qiáng)酸＋較弱酸鹽→較弱酸＋較強(qiáng)酸鹽。雖然酸性：H2CO3>H2SiO3，卻能發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑。其原理為難揮發(fā)性物質(zhì)制備易揮發(fā)性物質(zhì)。③一般情況，非?；顫娊饘?Na、K等)才能夠置換出水中的氫，但卻能發(fā)生反應(yīng)：C＋H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(高溫))CO＋H2。④一般情況，非金屬氧化物與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)。⑤Si的還原性強(qiáng)于C，但C能還原SiO2生成Si，且氧化產(chǎn)物為CO：2C＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，其原因是產(chǎn)物CO為氣體，它的放出降低了生成物濃度，促使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。題組二CO、CO2的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究4．確定混合氣體(CO、CO2)中含有CO氣體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法如圖所示。請回答下列問題：(1)填寫下列指定裝置的作用。A：。B：。E：。F：。(2)寫出C中的化學(xué)方程式：。(3)確定混合氣體中含有CO氣體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：。(4)該裝置存在一定的安全隱患，改進(jìn)方法為。[答案](1)A：除去混合氣體中的CO2氣體B：檢驗(yàn)混合氣體中CO2是否除盡E：除去尾氣中的CO2氣體F：除去尾氣中的CO氣體，防止污染環(huán)境(2)CO＋CuOCu＋CO2(3)B中無明顯現(xiàn)象，C中的物質(zhì)由黑色變成紅色，D中的澄清石灰水變渾濁(4)在裝置C、D之間加一防倒吸裝置檢驗(yàn)CO2中CO是否存在的思維模板各裝置的作用是：A——除去混合氣體中的CO2B——檢驗(yàn)混合氣體中CO2是否除盡C——除去氣體中的水蒸氣D——CO還原CuO：CO＋CuOCu＋CO2E——安全瓶，防倒吸F——驗(yàn)證CO的氧化產(chǎn)物CO2G——除去尾氣中的CO，防止污染環(huán)境確定混合氣體中含有CO的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：D中的物質(zhì)由黑色變成光亮的紅色，B中無明顯現(xiàn)象，F(xiàn)中的澄清石灰水變渾濁。【特別強(qiáng)調(diào)】1、CO2與鹽溶液的常見反應(yīng)碳酸是一種弱酸，其酸性比鹽酸、醋酸要弱，因此，鹽酸、醋酸能與碳酸鹽反應(yīng)；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏鋁酸等強(qiáng)，因此，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等鹽溶液中，均能發(fā)生反應(yīng)而生成相應(yīng)的弱酸和碳酸(氫)鹽，這就是“強(qiáng)酸制弱酸”原理的應(yīng)用。如：①CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3當(dāng)CO2過量時，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO當(dāng)CO2過量時，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O=Ca(HCO3)2＋2HClO④CO2＋＋H2O→＋NaHCO3⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2過量時)CO2＋2NaAlO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量時)易錯警示：①CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不會產(chǎn)生白色沉淀，因?yàn)樘妓岬乃嵝匀跤邴}酸。②CO2與溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與CO2的用量無關(guān)，都生成NaHCO3，因?yàn)樗嵝訦2CO3>>HCOeq\o\al(－,3)。③CO2與NaClO溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與CO2的量無關(guān)，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因?yàn)樗嵝訦2CO3>HClO>HCOeq\o\al(－,3)。2、二氧化碳反應(yīng)先后關(guān)系當(dāng)有多種組分與一種物質(zhì)反應(yīng)時，判斷反應(yīng)順序的方法：先假設(shè)與其中的一種組分反應(yīng)，若產(chǎn)物還能與另一種組分反應(yīng)，則假設(shè)錯誤。如將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假設(shè)CO2先與KOH反應(yīng)，則生成的K2CO3會與Ba(OH)2繼續(xù)反應(yīng)生成BaCO3，故假設(shè)錯誤，應(yīng)該是CO2先與Ba(OH)2反應(yīng)。3、CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷CO2通入NaOH、Ca(OH)2等強(qiáng)堿溶液的反應(yīng)與CO2氣體的通入量有關(guān)，當(dāng)CO2通入少量時生成碳酸鹽，當(dāng)CO2通入過量時生成碳酸氫鹽；當(dāng)CO2的通入量介于兩者之間時，既有正鹽又有酸式鹽生成，因此推斷時一定要注意CO2與堿之間量的關(guān)系。以CO2與NaOH溶液反應(yīng)為例：CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH=NaHCO3當(dāng)n(OH－)∶n(CO2)的值不同時產(chǎn)物如下：【精準(zhǔn)訓(xùn)練2】1.將足量CO2通入NaOH和BaOH2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2氣體的體積(V)的關(guān)系如圖所示，圖中AB段表示的離子方程式先后順序正確的是（）①CO2+OH－→HCO3－②CO2+2OH－→CO32－+H2O③CO32－+Ba2+→BaCO3↓④BaCO3+CO2+H2O→Ba2++2HCO3－⑤CO32－+CO2+H2O→2HCO3－A.③①B.④②C.⑤④D.②⑤【答案】D2.向以下六種飽和溶液中分別持續(xù)通入CO2，最終得到沉淀或析出晶體的一組是（）①Ba(NO3)2②Ca(OH)2③Na2SiO3④Na[Al(OH)4]⑤Na2CO3⑥NH3和NaClA.①③④⑥B.②③④⑥C.③④⑤⑥D(zhuǎn).①②③⑤【答案】C※易錯點(diǎn)聚焦1、硅元素的單質(zhì)及其化合物的特殊性①一般情況，非金屬元素單質(zhì)熔沸點(diǎn)低，硬度小，但硅、金剛石熔沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為硬度最大的物質(zhì)。②一般情況，非金屬元素單質(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，較強(qiáng)氧化劑＋較強(qiáng)還原劑===較弱氧化劑＋較弱還原劑，而碳卻還原出比它更強(qiáng)的還原劑：SiO2＋2C=Si＋2CO↑，F(xiàn)eO＋C=Fe＋CO↑。④硅為非金屬，卻可以和強(qiáng)堿反應(yīng)，放出氫氣：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。⑤一般情況，較活潑金屬＋酸===鹽＋氫氣，然而Si是非金屬，卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。⑥一般情況，堿性氧化物＋酸=鹽＋水，SiO2是酸性氧化物，卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。⑦一般情況，非?；顫娊饘?Na、K等)才能夠置換出H2O中的氫，但C＋H2O(g)=CO+H2↑。⑧一般情況，非金屬氧化物與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，如CO2＋H2O=H2CO3，但SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)。2、與鋁的相似性及區(qū)別（1）與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)時相似①Si、Al均與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和H2。②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3［Al(OH)3］均與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水。③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入過量CO2均生成白色沉淀。（2）區(qū)別①除氫氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不與其它酸反應(yīng)。②Al2O3、Al(OH)3屬兩性化合物。③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液與過量鹽酸反應(yīng)時現(xiàn)象不同。四、硅酸、硅酸鹽和無機(jī)非金屬材料【核心知識梳理】1．硅酸與硅酸鹽(1)硅酸注意：硅膠的形成過程及應(yīng)用①硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠，經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為硅膠；②硅膠可用作實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可用作催化劑的載體。(2)硅酸鹽①硅酸鹽：是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。②硅酸鈉：硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。a、白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。b、它能與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)，分別寫出以下化學(xué)方程式：與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。與CO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。c、用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。③硅酸鹽組成的表示通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成：如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為：K2O·Al2O3·6SiO2。注意事項(xiàng)：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。氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)。①氧化物之間以“·”隔開；②系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如：長石：KAlSi3O8不能寫成K2O·Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2?！局R點(diǎn)辨析.正誤判斷】(1)硅酸是一種難溶性酸，與堿液不反應(yīng)。 ()(2)硅膠是硅酸溶于水后形成的膠體。 ()(3)Na2SiO3可表示為Na2O·SiO2，故Na2SiO3是由Na2O與SiO2混合而成。 ()(4)硅酸鈉溶液、強(qiáng)堿溶液不貯存在帶玻璃塞的試劑瓶中。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．無機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料黏土、石灰石純堿、石灰石、石英砂黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯生產(chǎn)條件高溫主要成分3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3Na2SiO3，CaSiO3，SiO2硅酸鹽注意：玻璃沒有固定的熔點(diǎn)，是混合物，在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化，可吹成各種形狀的制品。不是晶體，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)。(2)新型無機(jī)非金屬材料材料類別主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等半導(dǎo)體陶瓷具有電學(xué)特性二氧化錫陶瓷集成電路中的半導(dǎo)體光學(xué)材料具有光學(xué)特性光導(dǎo)纖維光纜通訊、醫(yī)療、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷人造骨骼、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘【知識點(diǎn)辨析.正誤判斷】(1)硅酸鹽材料屬于傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，光導(dǎo)纖維屬于新型無機(jī)非金屬材料。 ()(2)水泥、玻璃、陶瓷的生產(chǎn)原料均有石灰石。 ()(3)光導(dǎo)纖維與石墨均易導(dǎo)電。 ()(4)合成纖維、塑料、石墨烯均為有機(jī)高分子材料。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×【深度思考】(1)高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導(dǎo)纖維，但光導(dǎo)纖維遇強(qiáng)堿會造成信號中斷，原因是(用化學(xué)方程式表示)。(2)熔化純堿時不能選用普通坩堝，理由是(用化學(xué)方程式表示)。(3)氮化硅是一種新型無機(jī)非金屬材料，其化學(xué)式為，其優(yōu)點(diǎn)有。[答案](1)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(2)Na2CO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(3)Si3N4熔點(diǎn)高，硬度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等【精準(zhǔn)訓(xùn)練3】題組一硅酸、硅酸鹽和無機(jī)非金屬材料1．下列說法不正確的是()A．SiO2能與HF反應(yīng)，因此可用HF刻蝕玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠C．氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，化學(xué)式為Si3N4D．石英是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能[答案]D[硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能，石英的主要成分為SiO2，D項(xiàng)不正確。]2．青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法不正確的是()A．青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學(xué)組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被還原[答案]B[硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學(xué)元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結(jié)合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；雖然青石棉可用氧化物形式來表示，但不代表含有一定量的石英晶體；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反應(yīng)時，失去3mol電子，而還原產(chǎn)物只有NO，故能使1molHNO3被還原。]3．我國在航天、軍事、天文等領(lǐng)域的發(fā)展備受世界矚目，它們與化學(xué)有著密切聯(lián)系。下列說法正確的是()A．“中國天眼”的“眼眶”是鋼鐵結(jié)成的圈梁，屬于新型無機(jī)非金屬材料B．“殲—20”飛機(jī)上大量使用的碳纖維是一種新型有機(jī)高分子材料C．“神舟十一號”宇宙飛船返回艙外表面使用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料D．“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室的太陽能電池板的主要材料是二氧化硅[答案]C[A項(xiàng)，鋼鐵為金屬材料，錯誤；B項(xiàng)，碳纖維不是有機(jī)高分子材料，錯誤；D項(xiàng)，太陽能電池板的主要材料應(yīng)是硅晶體，錯誤。](1)化學(xué)材料的一般分類(2)硅酸鹽氧化物形式的表示模板①氧化物的一般書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。②氧化物前計(jì)量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置計(jì)量數(shù)，且不同氧化物間以“·”隔開。③當(dāng)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時一般應(yīng)化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8，將eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，寫成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子個數(shù)比不變。題組二硅及其化合物的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用4．已知A是灰黑色的、有金屬光澤的固體單質(zhì)。根據(jù)如圖所示的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，回答下列有關(guān)問題。(1)寫出B、C兩物質(zhì)的名稱：B、C。(2)寫出D→B的化學(xué)方程式為。(3)寫出B→C的離子方程式為。(4)D不溶于強(qiáng)酸但可與一種弱酸反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。[答案](1)硅酸鈉硅酸(2)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(3)SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2SiO3↓(4)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O【特別強(qiáng)調(diào)】硅的性質(zhì)及高純硅的制備方法1、硅的性質(zhì)硅的性質(zhì)在考查要注意的是其性質(zhì)穩(wěn)定，但能與發(fā)生一些比較特別的反應(yīng)，如Sieq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(與非金屬單質(zhì)反應(yīng)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=====,\s\up7(△))SiO2,F2：Si＋2F2===SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=====,\s\up7(△))SiCl4)),與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑))2、高純硅在信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，故其制取也就成了熱點(diǎn)題型。其制取過程一般為：SiO2eq\o(———————→,\s\up8(C，高溫))粗硅eq\o(———————→,\s\up8(Cl2，高溫))SiCl4eq\o(———————→,\s\up8(H2，高溫))高純硅（1)制取粗硅工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質(zhì)的粗硅。SiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑。（2）粗硅提純①Si＋2Cl2eq\o(=====,\s\up17(高溫))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=====,\s\up17(高溫))Si＋4HCl。②Si＋3HCleq\o(=====,\s\up17(250～300℃),\s\do15(Cu粉或Ag粉))SiHCl3＋H2，SiHCl3＋H2eq\o(=====,\s\up17(1100～1200℃))Si＋3HCl?！揪珳?zhǔn)訓(xùn)練4】1.單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅（含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì)），粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度為450℃~500℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置圖：相關(guān)信息如下：①四氯化硅遇水極易水解②硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物③有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點(diǎn)/℃57.712.8—315—熔點(diǎn)/℃-70.0-107.2———升華溫度/℃——180300162請回答下列問題：（1）裝置A中g(shù)管的作用是 ；裝置C中的試劑是 。學(xué)科&網(wǎng)（2）甲方案：f接裝置Ⅰ；乙方案：f接裝置Ⅱ。但是裝置Ⅰ、Ⅱ都有不足之處，請你評價后填寫下表。方案 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)甲乙（3）在上述（2）的評價基礎(chǔ)上，請你設(shè)計(jì)一個合理方案并用文字表述： 。（4）SiCl4與H2反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。【答案】（1）平衡壓強(qiáng)，使液體從分液漏斗中順利流下濃硫酸（2）方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)甲①收集產(chǎn)品的導(dǎo)管粗，不會堵塞導(dǎo)管②冷凝產(chǎn)品，減少產(chǎn)品損失①空氣中的水蒸氣進(jìn)入產(chǎn)品收集裝置，使SiCl4水解②尾氣沒有處理，污染環(huán)境乙①有尾氣處理裝置，注重環(huán)保②避免空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置①產(chǎn)品易堵塞導(dǎo)管②沒有冷凝裝置，產(chǎn)品易損失（3）在裝置Ⅰ的i處接干燥管j（4）SiCl4+2H2=Si+4HCl（3）將甲、乙方案的優(yōu)點(diǎn)集中在一起設(shè)計(jì)合理的方案。2.加熱條件下，硅單質(zhì)和HCl反應(yīng)生成SiHCl3是粗硅提純的重要步驟。某小組設(shè)計(jì)如圖所示裝置完成上述轉(zhuǎn)化（夾持裝置略去）。已知：SiHCl3的沸點(diǎn)為33.0°C，易溶于有機(jī)溶劑，能與水劇烈反應(yīng)，在空氣中易被氧化，CCl4的沸點(diǎn)為76.8°C。請回答：（1）儀器a的名稱為；導(dǎo)管g的作用為；（2）裝置A中，濃硫酸體現(xiàn)的性質(zhì)為；實(shí)驗(yàn)時，需先打開分液漏斗活塞，一段時間后，在點(diǎn)燃C處酒精燈，理由是；（3）裝置C中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為；（4）裝置D中所得的液態(tài)混合物的分離方法為。（填操作名稱）（5）反應(yīng)后的氣體通過裝置F中的NaOH溶液后，對逸出氣體的處理方法為；（6）SiHCl3在潮濕的空氣中被氧化，生成一種氧化物和一種無氧酸，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為?！敬鸢浮浚?）蒸餾燒瓶，平衡壓強(qiáng)，使?jié)饬蛩崛菀椎渭?；?）吸水性，排盡裝置中的空氣，避免SiHCl3與空氣中的水蒸氣反應(yīng)和被O2氧化；（3）Si+3HClSiHCl3+H2；（4）蒸餾；（5）點(diǎn)燃；（6）2SiHCl3+O2+2H2O═2SiO2+6HCl。3.(2020·啟東模擬)鈦酸鋇被譽(yù)為“電子陶瓷工業(yè)的支柱”，工業(yè)制取方法如圖所示，先獲得不溶性草酸氧鈦鋇晶體[BaTiO(C2O4)2·4H2O]，煅燒后可獲得鈦酸鋇粉體。(1)酸浸時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。(2)加入H2C2O4溶液時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。可循環(huán)使用的物質(zhì)X是(填化學(xué)式)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證草酸氧鈦鋇晶體是否洗滌干凈：。(3)煅燒草酸氧鈦鋇晶體得到BaTiO3粉體的同時，生成高溫下的氣態(tài)產(chǎn)物有CO、。[答案](1)BaCO3＋2H＋=Ba2＋＋CO2↑＋H2O(2)BaCl2＋TiCl4＋2H2C2O4＋5H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓＋6HClHCl取最后一次洗滌液少許，滴入稀硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無沉淀生成，則說明晶體已經(jīng)洗滌干凈(3)CO2和H2O(g)針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1.(2020·昭通模擬)下列我國古代優(yōu)秀藝術(shù)作品中，所用材料不屬于無機(jī)非金屬材料的是(A)A.商代后母戊鼎B.新石器時代人面魚紋彩陶盆C.明永樂青花竹石芭蕉紋梅瓶D.三國青瓷羊形燭臺2.大多數(shù)物質(zhì)的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)或用途得來的。下列物質(zhì)的俗名與化學(xué)式或用途不相符的一組是(A)選項(xiàng)俗名主要成分(化學(xué)式)用途A石英SiO2集成電路B純堿Na2CO3制備玻璃C水玻璃Na2SiO3制備硅膠D鐵紅Fe2O3用作油漆和涂料3.新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是(D)A.石墨烯是一種新型化合物B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C.二者和石墨都是碳的同素異形體D.氧化石墨烯具有一定的親水性解析石墨烯是碳的單質(zhì)，A錯誤；氧化石墨烯因?yàn)檫€含有氫元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素異形體，B、C錯誤；由于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有羥基和羧基等親水基團(tuán)，所以具有一定的親水性，D正確。4.(2020·臨沂高三模擬)據(jù)報(bào)道，科學(xué)家通過對稻殼進(jìn)行控制性焚燒熱解，從中提取一種叫作生物質(zhì)納米結(jié)構(gòu)二氧化硅的超高活性材料，將少量這種材料摻入混凝土中，即可制備出超高強(qiáng)度的高性能混凝土。下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是(B)A.二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅屬于酸性氧化物B.將二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以得到硅酸C.因?yàn)楦邷貢r二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的強(qiáng)D.水晶是比較純凈的二氧化硅，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽5.(2019·邢臺模擬)我國在航天、軍事、天文等領(lǐng)域的發(fā)展備受世界矚目，它們與化學(xué)有著密切聯(lián)系。下列說法正確的是(C)A.“中國天眼”的“眼眶”是鋼鐵結(jié)成的圈梁，屬于新型無機(jī)非金屬材料B.“殲－20”飛機(jī)上大量使用的碳纖維是一種新型有機(jī)高分子材料C.“神舟十一號”宇宙飛船返回艙外表面使用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料D.“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室的太陽能電池板的主要材料是二氧化硅6.將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質(zhì)是(A)A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2 D.SiO27.如圖是碳循環(huán)中的一部分。以下對該圖示的理解不正確的是(C)A.倡導(dǎo)“低碳生活、減少CO2的排放”的思想主要涉及反應(yīng)①B.反應(yīng)②是在植物體內(nèi)完成的C.反應(yīng)③是造成大氣中CO2濃度逐漸升高的主要原因D.反應(yīng)④⑥是人為緩解溫室效應(yīng)的措施8.科學(xué)家最近用金屬鈉還原CCl4和SiCl4制得一種一維SiC納米棒，相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Na＋CCl4＋SiCl4=SiC＋8NaCl。下列說法不正確的是(B)A.SiC和SiO2中Si元素的化合價相同B.上述反應(yīng)中SiC既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物C.SiO2制備單質(zhì)Si、單質(zhì)Si制備SiCl4均涉及氧化還原反應(yīng)D.一維SiC納米棒比表面積大，對微小粒子有較強(qiáng)的吸附能力9.(2018·江蘇化學(xué)，1)CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)。下列過程會引起大氣中CO2含量上升的是(C)A.光合作用 B.自然降雨C.化石燃料的燃燒 D.碳酸鹽的沉積10.硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是(C)11.半導(dǎo)體工業(yè)中，有一句行話：“從沙灘到用戶”，即由SiO2制取Si。制取過程中不涉及的化學(xué)反應(yīng)是(B)A.2C＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑B.SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OC.Si＋2Cl2eq\o(=====,\s\up7(高溫))SiCl4D.SiCl4＋2H2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋4HCl12.(2020·漳州模擬)C、Si、S都是自然界中含量豐富的非金屬元素，下列有關(guān)說法中正確的是(C)A.三種元素在自然界中既有游離態(tài)又有化合態(tài)B.元素的＋4價氧化物都屬于酸性氧化物，都能與堿反應(yīng)而不能與任何酸反應(yīng)C.最低價的氣態(tài)氫化物都具有還原性，易與O2發(fā)生反應(yīng)D.其最高價氧化物對應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱：H2SO4>H2SiO3>H2CO313.(2019·南通二調(diào))我國《可再生能源法》倡導(dǎo)碳資源的高效轉(zhuǎn)化及循環(huán)利用(如圖所示)。下列做法與上述理念相違背的是(B)A.大力發(fā)展煤的氣化及液化技術(shù)B.加快石油等化石燃料的開采和使用C.以CO2為原料生產(chǎn)可降解塑料D.將秸稈進(jìn)行加工轉(zhuǎn)化為乙醇燃燒14.科學(xué)家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示：容器①中進(jìn)行的反應(yīng)為①Si(粗)＋3HCl(g)=SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進(jìn)行的反應(yīng)為②SiHCl3＋H2=Si(純)＋3HCl。下列說法不正確的是(B)A.該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是部分反應(yīng)物可循環(huán)使用B.①和②互為可逆反應(yīng)C.該流程中需要隔絕空氣D.粗硅制備不能通過SiO2eq\o(――→,\s\up7(HCl(aq)))SiCl4eq\o(――→,\s\up7(H2),\s\do5(高溫))Si實(shí)現(xiàn)[突破提升]1．（2019·全國高考真題）陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯誤的是（A）A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)2．（2018·江蘇高考真題）下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與用途具有對應(yīng)關(guān)系的是（D）A．NaHCO3受熱易分解，可用于制胃酸中和劑B．SiO2熔點(diǎn)高硬度大，可用于制光導(dǎo)纖維C．Al2O3是兩性氧化物，可用作耐高溫材料D．CaO能與水反應(yīng)，可用作食品干燥劑3．（2020·浙江高考真題）是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關(guān)性質(zhì)的說法不正確的是(D)A．可發(fā)生反應(yīng)：B．具有吸水性，需要密封保存C．能與，反應(yīng)生成新鹽D．與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為4．（2007·廣東高考真題）下列說法正確的是（A）A．硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通訊 B．工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品C．水晶項(xiàng)鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品 D．粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)5．（2013·江蘇高考真題）下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用正確的是（A）A．液氨汽化時要吸收大量的熱，可用作制冷劑B．二氧化硅不與強(qiáng)酸反應(yīng)，可用石英器皿盛放氫氟酸C．生石灰能與水反應(yīng)，可用來干燥氯氣D．氯化鋁是一種電解質(zhì)，可用于電解法制鋁6．（2019·浙江高考真題）下列說法不正確的是（B）A．液氯可以儲存在鋼瓶中B．天然氣的主要成分是甲烷的水合物C．天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅D．硫元素在自然界的存在形式有硫單質(zhì)、硫化物和硫酸鹽等7．（2010·江蘇高考真題）下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)或應(yīng)用的說法不正確的是（D）A．二氧化硅是生產(chǎn)光纖制品的基本原料B．水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑C．鹽析可提純蛋白質(zhì)并保持其生理活性D．石油分餾可獲得乙烯、丙烯和丁二烯8．（2009·廣東高考真題）下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是（C）①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A．①② B．②③ C．①④ D．③④9．（2018·海南高考真題）化學(xué)與生產(chǎn)生活密切相關(guān)，下列說法錯誤的是（B）A．Na2O2可與CO2反應(yīng)放出氧氣，可用于制作呼吸面具B．SiO2具有導(dǎo)電性，可用于制作光導(dǎo)纖維和光電池C．聚四氟乙烯耐酸堿腐蝕，可用作化工反應(yīng)器的內(nèi)壁涂層D．氯水具有較強(qiáng)的氧化性，可用于漂白紙張．織物等10．（2011·江蘇高考真題）下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)和該性質(zhì)的應(yīng)用均正確的是（A）A．常溫下濃硫酸能使鋁發(fā)生鈍化，可用鋁制容器貯運(yùn)濃硫酸B．二氧化硅不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器C．二氧化氯