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跟蹤檢測（十七） 點點突破——碳、硅及其重要化合物 1．(2016江蘇高考)大氣中CO2含量的增加會加劇“溫室效應”。下列活動會導致大氣中CO2含量增加的是(　　) A．燃燒煤炭供熱　　　　　　 B．利用風力發(fā)電 C．增加植被面積 D．節(jié)約用水用電 解析：選A　燃燒煤炭供熱會產(chǎn)生CO2，A正確；利用風力發(fā)電不會產(chǎn)生CO2，B錯誤；增加植被面積，會增加植物的光合作用，減少大氣中CO2的含量，C錯誤；節(jié)水節(jié)電不會增加CO2的排放，D錯誤。 2．《本草衍義》中有如下敘述：“嘉州峨眉山有燕薩石，形六棱而銳首，色瑩白明澈?！边@里“燕薩石”的主要成分可能是(　　) A．CaO　　　　　　　 B．SiO2 C．石墨 D．NaCl 解析：選B　由題意知“燕薩石”為無色透明的晶體，NaCl和CaO的形狀不符合，石墨是黑色，顏色不符合，只有SiO2晶體符合。 3.(2019海淀一模)平昌冬奧會“北京8分鐘”主創(chuàng)團隊用石墨烯制作了－20 ℃能發(fā)熱4 h的智能服飾；用鋁合金管材和碳纖維制作了高2.35 m、重量僅為10 kg的熊貓木偶，向世界展現(xiàn)了新時代的中國形象。下列說法中，不正確的是(　　) A．石墨烯是能導熱的金屬材料 B．鋁合金是密度較小的金屬材料 C．碳纖維是耐低溫的無機非金屬材料 D．新型材料種類多、用途廣 解析：選A　石墨烯是無機非金屬材料，A錯誤；鋁合金是密度較小的金屬材料，B正確；石墨烯可制作－20 ℃能發(fā)熱4 h的服飾，能耐低溫，C正確；新型材料種類多、用途廣，D正確。 4．下列關于SiO2和CO2的說法中正確的是(　　) A．CO2、SiO2都能與堿及堿性氧化物反應 B．CO2和SiO2與水反應分別生成相應的酸 C．SiO2可用來制作干燥劑，因SiO2可與水反應 D．CO2和SiO2都是由相應的分子構成的 解析：選A　CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能與堿及堿性氧化物反應，故A正確；SiO2不溶于水，也不能和水反應生成硅酸，B不正確；硅膠可用作干燥劑，但SiO2不與水反應，C不正確；CO2是由分子構成的，SiO2是由Si、O原子直接構成的，D不正確。 5．材料與化學密切相關，表中對應關系錯誤的是(　　) 選項 材料 主要化學成分 A 光導纖維 二氧化硅 B 半導體材料 硅 C 普通水泥、普通玻璃 硅酸鹽 D 沙子、石英 硅 解析：選D　光導纖維的主要成分為二氧化硅，A正確；半導體材料可以是硅晶體，B正確；水泥成分為硅酸二鈣、硅酸三鈣和鋁酸三鈣，普通玻璃的主要成分為二氧化硅、硅酸鈣和硅酸鈉，普通水泥、普通玻璃的主要成分為硅酸鹽，C正確；沙子、石英的主要成分為二氧化硅，不是硅，D錯誤。 6．(2019合肥質(zhì)檢)硅及其化合物是帶來人類文明的重要物質(zhì)。下列說法正確的是(　　) A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品 B．水玻璃是純凈物，可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 C．某硅酸鹽的化學式為KAlSi3O8，可用K2OAl2O36SiO2表示 D．高純硅可用于制造光導纖維，高純二氧化硅可用于制造太陽能電池 解析：選C　水晶的主要成分為SiO2，不屬于硅酸鹽產(chǎn)品，A錯誤；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，屬于混合物，B錯誤；用于制造光導纖維的是二氧化硅，用于制造太陽能電池的是高純硅，D錯誤。 7．下列變化中，不能一步實現(xiàn)的是(　　) A．Na2SiO3―→H2SiO3　　 B．H2SiO3―→SiO2 C．SiO2―→H2SiO3 D．SiO2―→Na2SiO3 解析：選C　Na2SiO3H2SiO3；H2SiO3△,SiO2，SiO2NaOH,Na2SiO3，SiO2不與H2O反應，故不能一步轉化為H2SiO3。 8．化學家Seidel指出Si與NaOH溶液的反應，首先是Si與OH－反應，生成SiO，然后SiO迅速水解生成H4SiO4，下列有關說法正確的是(　　) A．原硅酸鈉(Na4SiO4)能迅速水解，且水解后溶液呈堿性，故Na4SiO4為弱電解質(zhì) B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均屬于硅酸鹽產(chǎn)品 C．2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl說明Cl的非金屬性大于Si D．半導體工業(yè)所說的“從沙灘到家庭”是指將二氧化硅制成晶體硅 解析：選D　原硅酸鈉(Na4SiO4)是強堿弱酸鹽，能全部電離，是強電解質(zhì)，A錯誤；石英的主要成分是SiO2，不是硅酸鹽，所以石英玻璃不屬于硅酸鹽產(chǎn)品，B錯誤；2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl說明酸性HCl大于H2SiO3，HCl不是Cl的最高價含氧酸，C錯誤；沙子的主要成分為SiO2，以沙子為原料經(jīng)過還原反應可得到晶體Si，繼而制成各種半導體電器，被人們使用，所以半導體工業(yè)所說的“從沙灘到家庭”是指將二氧化硅制成晶體硅，D正確。 9．SiO2是一種化工原料，可以制備一系列物質(zhì)。下列說法正確的是(　　) A．圖中所有反應都不屬于氧化還原反應 B．硅酸鹽的化學性質(zhì)穩(wěn)定，常用于制作光導纖維 C．可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣 D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英制成的，其熔點很高 解析：選C　圖中SiO2與CaO、CaCO3、Na2CO3的反應不屬于氧化還原反應，SiO2與C、Si與Cl2、SiCl4與H2的反應屬于氧化還原反應，A錯誤；光導纖維的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽，B錯誤；玻璃沒有固定的熔點，D錯誤。 10．“碳捕捉技術”是指通過一定的方法將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來并利用。如可利用NaOH溶液來“捕捉”CO2，其基本過程如圖所示(部分條件及物質(zhì)未標出)。 下列有關該方法的敘述中不正確的是(　　) A．能耗大是該方法的一大缺點 B．整個過程中，有2種物質(zhì)可以循環(huán)利用 C．“反應分離”環(huán)節(jié)中，分離的基本操作是蒸發(fā)結晶、過濾 D．“反應分離”環(huán)節(jié)中，發(fā)生了復分解反應 解析：選C　碳酸鈣的分解在高溫條件下進行，消耗能量，A正確；根據(jù)流程圖知，循環(huán)利用的應該有CaO和NaOH兩種物質(zhì)，B正確；“反應分離”過程中分離物質(zhì)的操作應該是過濾，目的是通過過濾得到碳酸鈣沉淀，C錯誤；反應分離中，碳酸鈉和氧化鈣、水反應生成碳酸鈣和氫氧化鈉，所以發(fā)生了復分解反應，D正確。 11．光纖通訊是光導纖維傳送信號的一種通訊手段，合成光導纖維及氮化硅(一種無機涂層)的工藝流程如下： 回答下列問題： (1)反應Ⅰ的化學方程式為________________________，氧化劑為________(填化學式)。 (2)經(jīng)反應Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物質(zhì)如下： 組分名稱 SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 HCl BCl3 PCl3 質(zhì)量分數(shù) 0.545 0.405 0.046 2 0.000 3 0.001 93 0.001 57 沸點/℃ 57.6 31.8 8.2 －85 12.5 75.5 圖中“操作X”的名稱為______________；PCl3的電子式為______________________。 (3)反應Ⅲ和Ⅳ中尾氣的用途為____________；反應Ⅳ的化學方程式為______________ ________________________________________________________。 解析：(1)反應Ⅰ是焦炭還原SiO2，反應方程式為SiO2＋2CSi＋2CO↑；氧化劑是所含元素化合價降低的物質(zhì)，根據(jù)反應方程式可知，二氧化硅中硅的化合價由＋4價→0價，即SiO2是氧化劑。 (2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，除HCl、BCl3和SiH2Cl2常溫下是氣體外，其余為液體，因此采用精餾(或蒸餾)的方法得到SiCl4，PCl3是共價化合物，最外層都滿足8電子穩(wěn)定結構，其電子式為。 (3)反應Ⅲ中得到的物質(zhì)為SiO2和HCl，尾氣是HCl，反應Ⅳ中發(fā)生的反應是3SiCl4＋4NH3Si3N4＋12HCl，尾氣是HCl，因此尾氣的用途是制備鹽酸。 答案：(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑　SiO2　(2)精餾(或蒸餾)　 (3)制取鹽酸(或其他合理答案) 3SiCl4＋4NH3Si3N4＋12HCl 12．石墨在材料領域中有重要應用。某初級石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質(zhì)。設計的提純和綜合應用流程如下： (注：SiCl4的沸點是57.6 ℃，金屬氯化物的沸點均高于150 ℃) (1)已知1 mol石墨完全轉化為金剛石需要吸收1.9 kJ的能量。請寫出石墨轉化為金剛石的熱化學方程式：__________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)向反應器中通入Cl2前，需通一段時間的N2。高溫反應后，石墨中的氧化物雜質(zhì)均轉變?yōu)橄鄳穆然铩?0 ℃冷凝的目的是______________________________________。 由活性炭得到氣體Ⅱ的化學方程式為____________________________________。 (3)加入過量NaOH溶液得到溶液Ⅳ的離子方程式為________________________。 (4)得到沉淀Ⅴ的過程中乙酸乙酯和加熱的作用是_________________________ ________________________________________________________________________。 1 kg初級石墨最多可獲得沉淀Ⅴ的質(zhì)量為__________kg。 解析：(1)根據(jù)題意，1 mol石墨完全轉化為金剛石需要吸收1.9 kJ的能量，反應為吸熱反應，ΔH>0，所以熱化學方程式為C(s，石墨)===C(s，金剛石)　ΔH＝＋1.9 kJmol－1。 (2)因為初級石墨中含有Al2O3、Fe2O3和MgO等，通入Cl2后生成金屬氯化物，所以80 ℃冷凝的目的是將MgCl2、FeCl3、AlCl3等金屬氯化物冷凝為固體，從而與SiCl4分開，提高產(chǎn)物的純度；活性炭和Cl2及SiO2反應生成CO氣體和SiCl4，化學方程式為2C＋SiO2＋2Cl2SiCl4＋2CO。 (3)固體Ⅲ中含有MgCl2、FeCl3和AlCl3，當加入過量的NaOH溶液時，Mg2＋和Fe3＋分別與NaOH溶液反應生成Mg(OH)2和Fe(OH)3沉淀，Al3＋與過量OH－反應生成AlO，過濾后得到的溶液Ⅳ中溶質(zhì)為NaAlO2，則離子方程式為Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。 (4)因為溶液Ⅳ中含有AlO，水解生成Al(OH)3，溶液顯堿性，乙酸乙酯會消耗OH－促進AlO繼續(xù)水解，另外通過加熱也會促進AlO水解，加快反應的速率；沉淀Ⅴ為Al(OH)3,1 kg初級石墨中含Al2O3的質(zhì)量為51 g，物質(zhì)的量為0.5 mol，含有的Al為1 mol，所以沉淀Ⅴ為1 mol的Al(OH)3，質(zhì)量為0.078 kg。 答案：(1)C(s，石墨)===C(s，金剛石)　ΔH＝＋1.9 kJmol－1 (2)將MgCl2、FeCl3、AlCl3等金屬氯化物冷凝為固體，從而與SiCl4分開　2C＋SiO2＋2Cl2SiCl4＋2CO (3)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O (4)溶液Ⅳ中NaAlO2水解顯堿性，乙酸乙酯消耗NaAlO2水解生成的OH－，促進NaAlO2的水解；加熱促進水解，加快反應的速率　0.078