第12講碳、硅及其化合物一、單項(xiàng)選擇題1下列對(duì)材料的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()。A新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，是社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步的一種標(biāo)志B水泥、玻璃、陶瓷屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料C傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料雖有不少優(yōu)點(diǎn)，但質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊D新型結(jié)構(gòu)陶瓷具有承受高溫、抗氧化、耐磨損、密度小等特點(diǎn)，可應(yīng)用于宇航事業(yè)2有些科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是()。A高純度的單質(zhì)硅被廣泛用于制作計(jì)算機(jī)芯片B硅可由二氧化硅還原制得C低溫時(shí)硅與水、空氣和酸不反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)D自然界硅元素的貯量豐富，并存在大量的單質(zhì)硅3青石棉(Crocidolite in Ironstone)是一種致癌物質(zhì)，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2(化學(xué)組成可表示為：Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O)。青石棉用稀硝酸溶液處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO，下列說(shuō)法正確的是()。A青石棉不屬于硅酸鹽材料B青石棉中含有一定量的石英晶體C青石棉屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料D1 mol青石棉能使1 mol 稀HNO3被還原4下列表述正確的是()。人造剛玉熔點(diǎn)很高，可用作高級(jí)耐火材料，主要成分是二氧化硅；化學(xué)家采用瑪瑙研缽摩擦固體反應(yīng)物進(jìn)行無(wú)溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽；提前建成的三峽大壩使用了大量水泥，水泥是硅酸鹽材料；夏天到了，游客佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來(lái)保護(hù)眼睛；太陽(yáng)能電池可采用硅材料制作，其應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能。A B C D5四氯化硅還原法是當(dāng)前制備較高純度硅的一種方法，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：SiCl42H24HClSi。下列說(shuō)法不合理的是()。A反應(yīng)制得的硅可用于制造半導(dǎo)體材料B增大壓強(qiáng)有利于加快上述反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率C四氯化硅可以由粗硅與氯氣通過(guò)化合反應(yīng)制得D混入少量空氣對(duì)上述反應(yīng)無(wú)影響6華裔科學(xué)家高琨因“在光纖傳輸信息領(lǐng)域中的突破性成就”獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。下列有關(guān)硅材料的說(shuō)法正確的是()。A光纖的主要成分是高純度的單質(zhì)硅B金剛砂的主要成分是二氧化硅C28 g硅含有6.021023個(gè)電子D28Si、29Si、30Si是不同的核素7(2011年上海高考)120 mL含有0.20 mol碳酸鈉的溶液和200 mL鹽酸，不管將前者滴加入后者，還是將后者滴加入前者，都有氣體產(chǎn)生，但最終生成的氣體體積不同，則鹽酸的濃度合理的是()。A2.0 mol/L B1.5 mol/LC0.18 mol/L D0.24 mol/L8(2011年江蘇高考)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常溫下濃硫酸能是鋁發(fā)生鈍化，可在常溫下用鋁制貯藏貯運(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二氧化氯具有還原性，可用于自來(lái)水的殺菌消毒D銅的金屬活潑性比鐵的差，可在海輪外殼上裝若干銅塊以減緩其腐蝕二、雙項(xiàng)選擇題9(2011年海南高考)“碳捕捉技術(shù)”是指通過(guò)一定的方法將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來(lái)并利用。如可利用NaOH溶液來(lái)“捕捉”CO2，其基本過(guò)程如圖K2121所示(部分條件及物質(zhì)未標(biāo)出)。圖K2121下列有關(guān)該方法的敘述中正確的是()。A能耗大是該方法的一大缺點(diǎn)B整個(gè)過(guò)程中，只有一種物質(zhì)可以循環(huán)利用C“反應(yīng)分離”環(huán)節(jié)中，分離物質(zhì)的基本操作是蒸發(fā)結(jié)晶、過(guò)濾D該方法可減少碳排放，捕捉到的CO2還可用來(lái)制備甲醇等產(chǎn)品10對(duì)于化學(xué)方程式SiO23CSiC2CO，有關(guān)敘述正確的是()。A反應(yīng)中SiO2是氧化劑，C是還原劑B硅元素被還原了，碳元素被氧化了C在反應(yīng)中C既是氧化劑又是還原劑D在反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1211某些保健品中含有的鍺元素(Ge)位于周期表的第4周期第A族。有關(guān)鍺的敘述正確的是()。A鍺的原子序數(shù)為34B鍺元素金屬性比錫強(qiáng)CGe可形成Na2GeO3的鹽D單質(zhì)鍺是半導(dǎo)體材料三、非選擇題12(1)普通玻璃的化學(xué)式是Na2CaSi6O14，以氧化物形式可表示為_(kāi)，鉀云母的化學(xué)式是K2H4Al6Si6O24，以氧化物形式表示為_(kāi)。正長(zhǎng)石的化學(xué)式是KAlSi3Ox，x是_，以氧化物形式表示為_(kāi) _。(2)三硅酸鎂(2MgO3SiO2nH2O)被用來(lái)治療胃潰瘍，是因?yàn)樵撐镔|(zhì)不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。寫(xiě)出三硅酸鎂與鹽酸(胃酸中含有鹽酸)反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。13氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300 反應(yīng)獲得氮化硅。(1)根據(jù)性質(zhì)推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是_(填字母)。A制汽輪機(jī)葉片 B制有色玻璃C制永久性模具 D制造柴油機(jī)(2)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)，寫(xiě)出該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式：_。(3)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_。14晶體硅是一種重要的非金屬材料。制備純硅的主要步驟如下：高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2；SiHCl3與過(guò)量H2在1 0001 100 反應(yīng)制得純硅；已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 )中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 )和HCl(沸點(diǎn)84.7 )，提純SiHCl3采用的方法為：_。(2)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：圖K2122裝置B中的試劑是_，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是：_。裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是_。為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_。為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，敘述實(shí)驗(yàn)操作、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。_。第12講碳、硅及其化合物1B解析：水泥、玻璃、陶瓷屬于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料。2D解析：自然界中無(wú)單質(zhì)硅存在。3D解析：本題考查硅酸鹽材料。青石棉屬于硅酸鹽材料，且屬于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，A、C錯(cuò)；硅酸鹽材料可以寫(xiě)成氧化物的形式，但并不是表示由這些氧化物組成的，B錯(cuò)；觀察氧化物組成形式，里面有3個(gè)Fe2，與硝酸反應(yīng)被氧化為Fe3，根據(jù)化合價(jià)升降相等，D正確。4D解析：本題主要考查硅及其化合物的具體應(yīng)用。剛玉的主要成分為Al2O3；瑪瑙的主要成分是SiO2；玻璃的主要成分為SiO2；水泥的主要成分為3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等，為硅酸鹽材料；Cu2O雖然是紅色的，但它不能變色，也不能吸收有害光線。5D解析：此反應(yīng)可以制得較高純度的硅，工業(yè)上用此反應(yīng)制得的硅生產(chǎn)半導(dǎo)體；對(duì)有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，增大壓強(qiáng)能提高其反應(yīng)速率，這個(gè)反應(yīng)有氣體參加，增大壓強(qiáng)能提高其反應(yīng)速率；反應(yīng)中的四氯化硅是由粗硅與氯氣通過(guò)化合反應(yīng)制得；如果反應(yīng)中混入少量空氣，制得的硅會(huì)和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成SiO2，使制得的不再是純硅，故只有D不合理。6D解析：光纖的主要成分為高純度的二氧化硅，A錯(cuò)；金剛砂的主要成分為碳化硅，B錯(cuò)；1個(gè)硅原子中含有14個(gè)電子，因此28 g硅含有電子的數(shù)目為146.021023 mol18.4281024，C錯(cuò)。7B解析：若碳酸鈉恰好與鹽酸反應(yīng)生成碳酸氫鈉，則鹽酸的濃度是1.0 mol/L；若碳酸鈉恰好與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳，則鹽酸的濃度是2.0 mol/L。由于最終生成的氣體體積不同，所以鹽酸的濃度只能是介于二者之間。8A解析：二氧化硅可與氫氟酸反應(yīng)；二氧化氯中氯的化合價(jià)為4價(jià)，用它來(lái)給自來(lái)水消毒主要體現(xiàn)氧化性；銅的金屬活潑性比鐵的差，在原電池中作正極，海輪外殼上裝銅塊會(huì)加快海輪外殼的腐蝕。9AD解析：由題可知基本過(guò)程中有兩個(gè)反應(yīng)：二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)，碳酸鈣的高溫分解。A選項(xiàng)正確，循環(huán)利用的應(yīng)該有CaO和NaOH 兩種物質(zhì)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；“反應(yīng)分離”過(guò)程中分離物質(zhì)的操作應(yīng)該是過(guò)濾，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；D選項(xiàng)中甲醇工業(yè)上可用CO2作原料。10CD解析：根據(jù)氧化還原反應(yīng)中各物質(zhì)得失電子的情況可知：C、D選項(xiàng)正確；A選項(xiàng)中碳既是氧化劑，又是還原劑，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；B選項(xiàng)錯(cuò)誤，硅元素化合價(jià)沒(méi)有變化。11CD解析：A選項(xiàng)錯(cuò)誤，鍺的原子序數(shù)為32；根據(jù)同主族元素性質(zhì)的相似性及遞變性可知，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確；常用作半導(dǎo)體材料的元素有Si、Ge、Se。12(1)Na2OCaO6SiO2K2O3Al2O36SiO22H2O8K2OAl2O36SiO2(2)2MgO3SiO2nH2O4HCl=2MgCl23SiO2(n2)H2O 解析：求正長(zhǎng)石中的x值，根據(jù)元素正、負(fù)化合價(jià)和為零法，則13342x，x8。13(1)ACD(2)Si3N412HF=3SiF44NH3(3)3SiCl42N26H2Si3N412HCl解析： (1)據(jù)氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高等性能知為A、C、D。(2)氮化硅被HF腐蝕是由于Si與F有極強(qiáng)的親合性生成了SiF4，則反應(yīng)中另一產(chǎn)物為NH3。(3)SiCl4與N2、H2反應(yīng)產(chǎn)物之一為Si3N4，則另一產(chǎn)物必是HCl。可理解為H2還原SiCl4制得Si，Si又與N2反應(yīng)生成Si3N4。14(1)蒸餾(2)濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化，從而與H2充分混合SiHCl3H2Si3HCl在1 0001 100 時(shí)，普通玻璃管會(huì)軟化排盡裝置中的空氣 在試管中加入少許樣品，加入過(guò)量稀硫酸，取加入硫酸反應(yīng)后的上清液，加入少許稀硝酸(或氯水等氧化劑)，加入KSCN，溶液呈血紅色，說(shuō)明樣品中含F(xiàn)e解析：(1)根據(jù)三種物質(zhì)的沸點(diǎn)差異，可以采用蒸餾的方法分離。(2)由信息可知SiHCl3與水強(qiáng)烈反應(yīng)，制備的氫氣含有水蒸氣，必須除去；這里用水浴加熱的目的是控制SiHCl3變成蒸氣的速度，使其進(jìn)入反應(yīng)管前與氫氣充分混合。普通的玻璃管在300 以上就開(kāi)始變軟，只能用熔點(diǎn)更高的石英管；檢驗(yàn)鐵單質(zhì)，應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為離子，檢驗(yàn)Fe3的存在即可。4用心 愛(ài)心 專心