碳、硅及其化合物一、選擇題1開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說法正確的是（ ）A氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料B普通玻璃、有機玻璃都屬于硅酸鹽C纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料D單晶硅常用于制造光導(dǎo)纖維2在一定條件下，下列各組物質(zhì)不能反應(yīng)的是（ ）CO2+H2O H2O+CO CO+CO2 CO2+C CaCO3+H2CO3 CO+Fe2O3 Mg+CO2CO+Ca(OH)2 CO2+Na2O2A B C D僅3石棉屬于硅酸鹽礦物，某種石棉的化學(xué)式可表示為Ca2MgxSiyO22(OH)2，該化學(xué)式中x、y的值分別是（ ）A5、8 B8、3 C3、8 D8、54工業(yè)上通過反應(yīng)“SiO22CSi2CO”制取單質(zhì)硅，下列說法正確的是（ ）A自然界中硅元素均以SiO2形式存在B硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)C該反應(yīng)條件下C的還原性比Si強 D生成4.48 L CO時轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.46.0310235氯氣用途十分廣泛，可用于生產(chǎn)半導(dǎo)體材料硅，其生產(chǎn)的流程如下，下列說法正確的是（ ）A是置換反應(yīng)，是化合反應(yīng)B高溫下，焦炭與氫氣的還原性均弱于硅的C任一反應(yīng)中，每消耗或生成28 g硅，均轉(zhuǎn)移2 mol電子D高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合可得高純硅6SiO2是一種化工原料，可以制備一系列物質(zhì)(如圖所示)。下列說法錯誤的是（ ）A高爐煉鐵時，加入石灰石將鐵礦石中的脈石(主要成分為SiO2)轉(zhuǎn)化為易熔的爐渣B純凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料C用鹽酸可除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D圖中所含反應(yīng)都不屬于氧化還原反應(yīng)7將足量的CO2不斷通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量與所通入CO2的體積關(guān)系如圖所示。下列關(guān)于整個反應(yīng)過程中的敘述不正確的是（ ）AOa段反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ba(OH)2+CO2BaCO3+H2OBab段與cd段所發(fā)生的反應(yīng)相同Cde段沉淀減少是由于BaCO3固體溶解Dbc段反應(yīng)的離子方程式是2+3H2O+CO22Al(OH)3+二、非選擇題8、M元素的一種單質(zhì)是一種重要的半導(dǎo)體材料，含M元素的一種化合物W可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料光導(dǎo)纖維，W與燒堿反應(yīng)生成含M元素的化合物X。(1)在元素周期表中，M位于第_族，與M同族但相對原子質(zhì)量比M小的N元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_，M與N核外電子層結(jié)構(gòu)上的相同點是_。 (2)易與W發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是_，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(3)將W與純堿混合高溫熔融時發(fā)生反應(yīng)生成X，同時還生成N的最高價氧化物Y；將全部的Y與全部的X在足量的水中混合后，又發(fā)生反應(yīng)生成含M的化合物Z。分別寫出生成X和Z的化學(xué)方程式： _。要將純堿高溫熔化，下列坩堝中不可選用的是_。A普通玻璃坩堝B石英玻璃坩堝C鐵坩堝(4)100 g W與石灰石的混合物充分反應(yīng)后，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L,100 g該混合物中石灰石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是_。9、硅是重要的化學(xué)元素之一，在從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中，其創(chuàng)造了一個又一個奇跡。請回答下列問題：（1）硅在元素周期表中的位置是_。（2）工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有SiO22CSi(粗硅)2CO；SiO23CSiC2CO。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為11，則參加反應(yīng)的C和SiO2的質(zhì)量之比為_。（3）工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅：若反應(yīng)的化學(xué)方程式為Si(粗硅)3HClSiHCl3H2，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水、無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)中HCl的利用率為90%，反應(yīng)中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是_。10、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450500 )，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。相關(guān)信息如下：a四氯化硅遇水極易水解；b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；c有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點/57.712.8315熔點/70.0107.2升華溫度/180300162請回答下列問題：（1）寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_。（2）裝置A中g(shù)管的作用是_；裝置C中的試劑是_；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是_。（3）裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是_(填寫元素符號)。（4）為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe2，再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式為5Fe2MnO8H=5Fe3Mn24H2O。滴定前是否要滴加指示劑？_(填“是”或“否”)，請說明理由：_。某同學(xué)稱取5.000 g殘留物，經(jīng)預(yù)處理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL試樣溶液，用1.000102 mol L1 KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。達(dá)到滴定終點時，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是_。11、在電子工業(yè)中利用鎂制取硅的反應(yīng)為2MgSiO22MgOSi，同時會發(fā)生副反應(yīng)：2MgSiMg2Si，Mg2Si遇鹽酸迅速反應(yīng)生成SiH4(硅烷)，SiH4在常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體。下圖是進行Mg與SiO2反應(yīng)的實驗裝置。試回答下列問題：(1)由于O2和H2O(g)的存在對該實驗有不良影響，實驗中應(yīng)通入X氣體作為保護氣，在A、B、C三種儀器中應(yīng)加入的試劑分別是：A_，B_，C_。(填序號)稀硫酸 濃硫酸 稀鹽酸 石灰石 純堿 鋅粒(2)實驗開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應(yīng)物，其理由是 _，當(dāng)反應(yīng)引發(fā)后，移走酒精燈，反應(yīng)能繼續(xù)進行，其原因是 _。(3)反應(yīng)結(jié)束后，待冷卻至常溫時，往反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸，可觀察到閃亮的火星，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因用化學(xué)方程式表示為 _，_。參考答案及解析一、選擇題1【答案】A【解析】本題考查材料的應(yīng)用判斷。A、氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料，A正確；B、有機玻璃不屬于硅酸鹽，B錯誤；B、纖維素為天然高分子化合物，而纖維素乙酸酯是人工合成的，C錯誤；D、單晶硅是半導(dǎo)體材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的主要材料，D錯誤。答案選A。2【答案】D【解析】在一定條件下，中生成H2CO3，中生成CO2和H2，中CO與CO2不反應(yīng)，中生成CO，中生成Ca(HCO3)2，中生成Fe和CO2，中生成MgO和C，中不反應(yīng)，中生成Na2CO3和O2，故答案選D。3【答案】A【解析】依據(jù)化合物中元素正負(fù)化合價代數(shù)和為零，可得4+2x+4y=44+2，即x、y必須滿足關(guān)系式x+2y=21，由此可知，A項正確。4【答案】C5【答案】A【解析】二氧化硅與碳反應(yīng)生成硅和一氧化碳，四氯化硅與氫氣反應(yīng)生成硅和氯化氫，都是置換反應(yīng)，硅和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅，是化合反應(yīng)，A正確；二氧化硅與碳反應(yīng)生成硅和一氧化碳，四氯化硅與氫氣反應(yīng)生成硅和氯化氫，根據(jù)還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物的還原性，則高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強于硅，B錯誤； 28 g硅的物質(zhì)的量為1 mol，每消耗或生成1個硅，化合價均變化4，即均轉(zhuǎn)移4個電子，所以每消耗或生成28 g硅，均轉(zhuǎn)移4 mol電子，C錯誤；在高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合，則石英砂與焦炭反應(yīng)，氯氣與氫氣反應(yīng)，就不再按照題干的流程進行，不會得到高純硅，D錯誤。6【答案】D【解析】CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2，CaSiO3的熔點低于SiO2的熔點，故A項正確；光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，硅可用于制作半導(dǎo)體、芯片，純凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，故B項正確；碳酸鈣溶于鹽酸生成氯化鈣和水以及二氧化碳，二氧化硅和鹽酸不反應(yīng)，可以用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣，故C項正確；化學(xué)反應(yīng)前后有元素化合價發(fā)生變化的反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng)，題圖中二氧化硅與碳反應(yīng)生成硅單質(zhì)和一氧化碳的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，故D項錯誤。7【答案】B二、非選擇題8解析(1)M的單質(zhì)可作半導(dǎo)體材料，含M的化合物W可用于制造光導(dǎo)纖維，可知M為Si，位于第A族，與之同族且相對原子質(zhì)量較小的是碳元素，兩者的共同點是最外層均有4個電子。(2)W為SiO2，易與氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和H2O。(3)SiO2與純堿高溫反應(yīng)生成Na2SiO3(X)和CO2(Y)。(4)不論CaCO3是否過量，反應(yīng)生成的CO2只由CaCO3決定，由關(guān)系式CaCO3CO2得：，解得m(CaCO3)50 g，石灰石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%50%。答案 (1)A 最外層均有4個電子(2)氫氟酸(或HF)SiO24HF=SiF42H2O(3)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2；Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3 AB(4)50%9、【答案】（1）第三周期A族（2）12（3）SiHCl3H2Si(純硅)3HClSiHCl33H2OH2SiO33HClH251【解析】（1）根據(jù)硅的原子序數(shù)為14，可知其在元素周期表中位于第三周期 A族。（2）根據(jù)產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為11，再利用方程式計算。假設(shè)參加反應(yīng)的C為5 mol，SiO2為2 mol，則二者的質(zhì)量之比為(5 mol12 gmol1)(2 mol60 gmol1)12。（3）根據(jù)流程圖中的信息知，反應(yīng)的反應(yīng)物有SiHCl3和H2，生成物有Si(純硅)和HCl，利用觀察法將其配平。由于SiHCl3中Si為4價、H為1價、Cl為1價，SiHCl3與H2O發(fā)生了氧化還原反應(yīng)(歸中反應(yīng))，其氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物均為H2，最后利用觀察法將其配平。據(jù)題意：綜合以上各反應(yīng)的數(shù)據(jù)可知，在第二輪次的生產(chǎn)中補充投入HCl的物質(zhì)的量為(3)mol，投入H2的物質(zhì)的量為(1) mol，二者的比值為51。10、【答案】（1）MnO24H2ClMn2Cl22H2O（2）平衡氣壓 濃H2SO4 SiCl4沸點較低，用冷卻液可得到液態(tài)SiCl4（3）Al、Cl、P（4）否 MnO有顏色，故不需其他指示劑 4.48%（4）因MnO本來有顏色，故不再需其他指示劑。由關(guān)系式：5Fe2 MnO 5 1n(Fe2) 20.00103 L1.000102 molL1n(Fe2)0.001 mol， w(Fe)100%4.48%。11、解析 (1)從給出的試劑看，可產(chǎn)生的氣體只有CO2和H2，CO2與Mg能反應(yīng)，不能用作保護氣，因此保護氣為H2。制取H2的試劑是稀硫酸和鋅粒，濃硫酸為氣體干燥劑。(2)裝置內(nèi)的O2如果不被排出，O2與H2混合在加熱條件下會發(fā)生爆炸；移走酒精燈后反應(yīng)繼續(xù)進行，說明Mg與SiO2的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。(3)Mg2Si與鹽酸會發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成MgCl2和SiH4，SiH4常溫下可自燃。答案 (1) (2)防止在加熱條件下H2和O2混合發(fā)生爆炸 SiO2和Mg粉的反應(yīng)是放熱反應(yīng)(3)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4SiH42O2=SiO22H2O