碳、硅及其化合物

碳、硅及其化合物

基础落实(一) 碳及其重要化合物

1．碳单质

(1)存在：碳单质的存在形式有金刚石、石墨、木炭、足球烯，它们互为同素异形体。 (2)结构 金刚石：正四面体空间网状结构；

石墨：平面正六边形层状结构。

(3)物理性质：金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感，是电的良导体。 (4)主要化学性质——还原性

可燃性

2C ＋O 2(不足)=====点燃

2CO 、C ＋O 2(足量)=====点燃

CO 2 与氧化 物反应

CuO ：2CuO ＋C=====△2Cu ＋CO 2↑(冶炼金属)

SiO 2：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑(制取粗硅) H 2O ：C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2(制取水煤气) 与强氧化 性酸反应

浓H 2SO 4：

C ＋2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O 浓HNO 3：

C ＋4HNO 3(浓)=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O

60载体。

2．碳的两种常见氧化物 (1)一氧化碳(CO)

无色有毒气体，难溶于水，中毒原理是CO 与血红蛋白结合，缺氧中毒。 ①可燃性：2CO ＋O 2=====点燃

2CO 2，淡蓝色火焰，可作燃料。 ②还原性：CO ＋CuO=====△Cu ＋CO 2，用于冶炼金属。 (还原CuO) (2)二氧化碳(CO 2)

①物理性质：CO 2是一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO 2俗称干冰。

②化学性质：与H 2O 、Na 2O 、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg 反应的化学方程式分别为CO 2

＋H 2O

H 2CO 3、Na 2O ＋CO 2===Na 2CO 3、CO 2＋Ca(OH)2===CaCO 3↓＋H 2O 、2Mg ＋

CO 2=====点燃

2MgO ＋C 。

③CO 2的制法：用大理石与稀盐酸或稀硝酸发生反应的离子方程式：CaCO 3＋2H ＋

===Ca 2

＋

＋CO 2↑＋H 2O 。

(3)CO 、CO 2气体的除杂方法

CO 中混有CO 2 通过盛有NaOH 溶液的洗气瓶，然后干燥气体

CO 2中混有CO 通过盛有灼热CuO 的硬质玻璃管

CO 2中混有少量SO 2或HCl

通过盛有饱和NaHCO 3溶液的洗气瓶，然后干燥气体

[注意] 自然界消耗CO 2的主要反应： ①溶于江水、海水中：CO 2＋H 2O H 2CO 3；

①光合作用将CO 2转化为O 2；

①岩石的风化：CaCO 3＋H 2O ＋CO 2===Ca(HCO 3)2。 3．碳酸(H 2CO 3)

弱酸性、不稳定性。碳酸(H 2CO 3)只能在水中存在。H 2CO 3在水中与CO 2共存，因此常把CO 2＋H 2O 当碳酸用。 4．碳酸的酸式盐和正盐的比较 (1)在水中的溶解性

①含K ＋

、Na ＋

、NH ＋

4的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。 ②一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度Ca(HCO 3)2>CaCO 3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度Na 2CO 3>NaHCO 3。 (2)水溶液酸碱性强弱

物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH 大于其酸式盐溶液，如pH ：Na 2CO 3溶液>NaHCO 3溶液。 (3)热稳定性

一般来说，热稳定性顺序为正盐>酸式盐>碳酸，如稳定性Na 2CO 3>NaHCO 3>H 2CO 3。可溶性正盐>难溶性正盐，如CaCO 3高温分解，而K 2CO 3不易分解。 5．知识拓展——草酸及其盐 (1)草酸的性质

草酸的化学式为H 2C 2O 4，草酸晶体的化学式为H 2C 2O 4·2H 2O 。 ①弱酸性：草酸为二元弱酸，酸性比醋酸的酸性强，电离方程式为H 2C 2O 4

H ＋

＋HC 2O －

4。

②还原性：H 2C 2O 4中C 元素的化合价为＋3价，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应的化学方程式为2KMnO 4＋5H 2C 2O 4＋3H 2SO 4===K 2SO 4＋2MnSO 4＋10CO 2↑＋8H 2O 。

③不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H 2C 2O 4·2H 2O =====△

CO ↑＋CO 2↑＋3H 2O 。 (2)草酸盐的性质

①(NH 4)2C 2O 4溶于水，加热分解，由氨水和草酸溶液反应生成。

②CaC 2O 4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸，灼烧时转变成碳酸钙或氧化钙。

③MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵反应而得到，加热分解

可得到对应金属氧化物。

[细练过关]

题点(一)碳及其常见化合物的性质及应用

1．(2018·江苏高考)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是() A．光合作用B．自然降雨

C．化石燃料的燃烧D．碳酸盐的沉积

解析：选C化石燃料燃烧产生大量CO2，会引起大气中CO2含量上升。2．(2020·合肥瑶海区模拟)碳和碳的化合物间的部分转化关系如图所

示，下列说法正确的是()

A．由碳酸转化成X 一定要在加热条件下进行

B．由碳转化为X 一定发生的是化合反应

C．物质X 一定是二氧化碳

D．若使一氧化碳转化成X，只能通过一氧化碳在空气(或氧气)中燃烧获得

解析：选C由转化关系图可知，X是二氧化碳，碳酸在常温下就容易分解生成二氧化碳，故A错误，C正确；在高温的条件下，碳能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，该反应属于置换反应，故B错误；一氧化碳还可以通过还原氧化铁或还原氧化铜等方法转化成二氧化碳，故D错误。

3．确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法如图所示。

请回答下列问题：

(1)填写下列指定装置的作用。

A：________________________________。B：__________________________________。

E：________________________________。F：__________________________________。

(2)写出C中的化学方程式：_____________________________________________________

___________________________________________________________________________。

(3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：_____________________________________

___________________________________________________________________________。

(4)E中的溶质可能有_________________________________________________________。

答案：(1)A：除去混合气体中的CO2气体B：检验混合气体中CO2是否除尽E：除去

尾气中的CO 2气体 F ：除去尾气中的CO 气体，防止污染环境

(2)CO ＋CuO=====△

Cu ＋CO 2

(3)B 中无明显现象，C 中的物质由黑色变成红色，D 中的澄清石灰水变浑浊

(4)NaOH 、Na 2CO 3或Na 2CO 3或Na 2CO 3、NaHCO 3 [备考点击]

数轴法判断CO 2与强碱(OH －

)反应的产物

当n (OH －

)∶n (CO 2)的值不同时产物如下：

题点(二) 草酸及其盐的性质与探究

4．草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K 1＝5.4×10－

2，K 2＝5.4×10－

5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H 2C 2O 4·2H 2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。

回答下列问题：

(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C 中可观察到的现象是_____________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有_____________。装置B 的主要作用是__________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO ，为进行验证，选用甲组实验中的装置A 、B 和如图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、____________。装置H反应

管中盛有的物质是___________________________________________________________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是____________________________________

___________________________________________________________________________。

(3)设计实验证明：

①草酸的酸性比碳酸的强______________________________________________________

___________________________________________________________________________。

②草酸为二元酸______________________________________________________________

___________________________________________________________________________。

解析：(1)结合草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物CO2的存在。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。(2)①要验证草酸晶体分解产物中还有CO，只能通过检验CO与CuO反应的产物CO2的存在来达到这一目的。

因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。

将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，用来检验CO2的存在。

因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。②若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解的产物CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后的装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。(3)①根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3中加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。②根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值为1∶2，证明草酸是二元酸。

答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊CO2冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验

(2)①F、D、G、H、D、I CuO②H中黑色粉末变为红色，其前的D中澄清石灰水不

变浑浊，其后的D中澄清石灰水变浑浊

(3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生②用NaOH标准溶液滴

定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍

基础落实(二)硅及其氧化物

1．硅(Si)

(1)硅的存在

硅在自然界中以化合态存在，在地壳中的含量仅次于氧。

(2)物理性质

灰黑色，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。

(3)化学性质

常温下与F 2、HF 、NaOH 反应；加热时能与H 2化合生成不稳定的氢化物SiH 4，加热时还能与Cl 2、O 2化合分别生成SiCl 4、SiO 2。涉及的化学方程式如下：

①与非金属单质反应???

O 2：Si ＋O 2=====△

SiO 2

F 2

：Si ＋2F 2

===SiF

4

Cl 2

：Si ＋2Cl 2

=====△

SiCl

4

②与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 ③与NaOH 溶液反应：

Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。

(4)制备方法

①制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO 2得到含有少量杂质的粗硅：SiO 2＋2C=====高温

Si ＋2CO ↑。

②粗硅提纯：Si ＋2Cl 2=====高温SiCl 4，SiCl 4＋2H 2=====高温

Si ＋4HCl 。 [注意] ①用焦炭还原SiO 2，产物是CO 而不是CO 2。

①粗硅中含碳等杂质，与Cl 2反应生成的SiCl 4中含有CCl 4等杂质，经过分馏提纯SiCl 4后，再用H 2还原，得到高纯度硅。 (5)主要用途

①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。 2．二氧化硅(SiO 2) (1)二氧化硅的构成

二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙(含杂质的石英)等中。SiO 2是由Si 和O 按原子个数比1∶2直接构成。Si 、SiC 、Si 3N 4、BN 等也是直接由原子构成的。 (2)CO 2与SiO 2的共性

均属于酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，二者与NaOH 溶液(足量)反应的离子

方程式：CO 2＋2OH －

===CO 2－

3＋H 2O 、SiO 2＋2OH －

===SiO 2

－

3＋H 2O ；二者与CaO 反应的

化学方程式：CO 2＋CaO===CaCO 3、SiO 2＋CaO=====高温

CaSiO 3。 (3)CO 2与SiO 2的差异性

①SiO 2与氢氟酸反应的化学方程式：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 ②SiO 2与Na 2CO 3、CaCO 3的反应——工业制玻璃 SiO 2＋Na 2CO 3=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑；

SiO 2＋CaCO 3=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。

③CO 2与H 2O 反应的化学方程式：CO 2＋H 2O

H 2CO 3。

④SiO 2为高硬度、高熔沸点的固体，不溶于水，而CO 2为低熔沸点的气体，可溶于水。 (4)SiO 2与CO 2的用途

①CO 2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。 ②SiO 2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。 3．硅及其氧化物的特性

(1)Si 与强碱溶液反应可生成H 2，Si 与氢氟酸反应生成H 2。

(2)一般情况下，酸性氧化物与碱反应，不与酸反应，但SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。

(3)SiO 2高温条件下与Na 2CO 3、CaCO 3反应生成CO 2，其原理为难挥发性物质制备易挥发性物质。

(4)SiO 2是H 2SiO 3的酸酐，但SiO 2不与水反应，不能用SiO 2直接与水作用制备H 2SiO 3。

[细练过关]

1．下列说法正确的是________(填序号)。

①(2018·天津高考)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土 ②(2018·江苏高考)因为SiO 2熔点高、硬度大，所以可用于制光导纤维 ③(2017·江苏高考)下列转化能一步实现：

CaCO 3――→高温

CaO ――→SiO 2

高温

CaSiO 3 ④(2016·全国卷Ⅲ)因为HF 与SiO 2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 ⑤(2016·江苏高考)下列转化在给定条件下能够实现：

SiO 2――→HCl (aq )

SiCl 4――→H 2

高温

Si ⑥用NaOH 溶液可以除去Fe 2O 3中的SiO 2

⑦SiO 2与NaOH 、氢氟酸均反应，可说明SiO 2为两性氧化物 ⑧与NaOH 溶液反应生成盐和H 2的单质一定是硅单质

答案：①③④⑥

2．(2020·南昌月考)下列关于硅元素及其化合物的有关说法正确的是

( )

A ．由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO 2＋C=====高温

Si ＋CO 2↑

B ．高温下SiO 2能与Na 2CO 3固体反应生成Na 2SiO 3和CO 2，说明硅酸酸性强于碳酸

C ．因为玻璃中含有SiO 2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液

D ．Si →SiO 2→H 2SiO 3→SiO 2→SiO 2－

3均能一步转化

解析：选C A 项，反应产物不是CO 2而是CO ；B 项，碳酸比硅酸酸性强；D 项，SiO 2不能一步转化为H 2SiO 3。

3．(2020·湖南六校联考)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：

下列说法错误的是 ( )

A ．Y 、Z 分别为H 2、Cl 2

B ．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还 原剂的物质的量之比为1∶1

C ．SiHCl 3极易水解，其完全水解的产物为H 2SiO 3、H 2、HCl ，据此推测SiHCl 3中硅元 素的化合价为＋4

D ．Y 与SiHCl 3制备多晶硅的反应属于置换反应

解析：选B B 项中的反应为3C ＋SiO 2=====△

SiC ＋2CO ↑，氧化剂与还原剂均为C ，二者之比为1∶2。

4．下列关于SiO 2和CO 2的说法中正确的是

( )

A ．CO 2、SiO 2都能与碱及碱性氧化物反应

B ．CO 2和SiO 2与水反应分别生成相应的酸

C ．SiO 2可用来制作干燥剂，因SiO 2可与水反应

D ．CO 2和SiO 2都是由相应的分子构成的

解析：选A CO 2、SiO 2都是酸性氧化物，都能与碱及碱性氧化物反应，故A 正确；SiO 2不溶于水，也不能和水反应生成硅酸，B 不正确；硅胶可用作干燥剂，但SiO 2不与水反应，C 不正确；CO 2是由分子构成的，SiO 2是由Si 、O 原子直接构成的，D 不正确。

基础落实(三) 硅酸及其盐 无机非金属材料

(一)硅酸和硅酸盐 1．硅酸(H 2SiO 3)

2．硅酸盐(如Na 2SiO 3)

(1)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。 (2)与酸性较硅酸强的酸反应： ①与盐酸反应的化学方程式：

Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3(胶体)。

②与CO 2水溶液反应的化学方程式：

Na 2SiO 3＋H 2O ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓。

(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 3．硅酸盐氧化物形式的表示方法

(1)氧化物的一般书写顺序：活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。 (2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“·”隔开。

(3)当计量数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石：KAlSi 3O 8，将12K 2O·12Al 2O 3·3SiO 2，

写成K 2O·Al 2O 3·6SiO 2，但原子个数比不变。 (二)无机非金属材料 1．传统无机非金属材料 (1)常见硅酸盐材料比较

(2) Na 2CO 3＋SiO 2=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑；

CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。

2．新型无机非金属材料

3． (1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。 (2)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。

(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。

[细练过关]

1．下列说法正确的是________(填序号)。

①硅酸是一种难溶于水酸性比H2CO3强的弱酸

②水玻璃是Na2SiO3的俗名，为纯净物

③Na2SiO3溶液中通入过量CO2，离子方程式为

SiO2－3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO2－3

④水泥、玻璃为硅酸盐产品，均为混合物

⑤硅酸在干燥的空气中形成硅胶，可以作食品的干燥剂

⑥硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化

⑦向Na2SiO3溶液中通入少量SO2的离子方程式：

SiO2－3＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SO2－3

⑧烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应

答案：④⑤⑥⑦

2．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是

() A．青石棉是一种硅酸盐产品

B．青石棉中含有一定量的石英晶体

C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O

D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原

解析：选B硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；虽然青石棉可用氧化物形式来表示，但不代表含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反应时，失去3 mol电子，而还原产物只有NO，故能使1 mol HNO3被还原。3．(2020·安庆模拟)水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：

下列说法正确的是() A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值

B．操作A与操作B完全相同

C．该流程中硅元素的化合价发生改变

D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

解析：选A A项，稻壳灰来源广泛、价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，SiO2中硅元素的化合价是＋4价，Na2SiO3中硅元素的化合价是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，错误。

4．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是()

A．图中所有反应都不属于氧化还原反应

B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维

C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙

D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高

解析：选C图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。

[课时跟踪检测]

1．《本草衍义》中有如下叙述：“嘉州峨眉山有燕萨石，形六棱而锐首，色莹白明澈。”这里“燕萨石”的主要成分可能是() A．CaO B．SiO2

C．石墨D．NaCl

解析：选B由题意知“燕萨石”为无色透明的晶体，NaCl和CaO的形状不符合，石墨是黑色，颜色不符合，只有SiO2晶体符合。

2.(2020·海淀一模)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制

作了－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作

了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代

的中国形象。下列说法中，不正确的是()

A．石墨烯是能导热的金属材料

B．铝合金是密度较小的金属材料

C．碳纤维是耐低温的无机非金属材料

D．新型材料种类多、用途广

解析：选A石墨烯是无机非金属材料，A错误；铝合金是密度较小的金属材料，B正

确；石墨烯可制作－20 ℃能发热4 h的服饰，能耐低温，C正确；新型材料种类多、用途广，D正确。

3．(2020·静海调研)《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事、天文等领域的发展受到世界瞩目，它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是() A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料

B．“中国歼-20”上用到的氮化镓材料属于合金材料

C．“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅

解析：选C钢铁属于金属材料，故A项错误；合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，是混合物，而氮化镓是化合物，不属于合金，故B项错误；高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，故C项正确；太阳能电池板的主要材料是单质硅，故D项错误。

4．“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。

下列有关该方法的叙述中不正确的是() A．能耗大是该方法的一大缺点

B．整个过程中，有2种物质可以循环利用

C．“反应分离”环节中，分离的基本操作是蒸发结晶、过滤

D．“反应分离”环节中，发生了复分解反应

解析：选C碳酸钙的分解在高温条件下进行，能耗大，A正确；根据流程图知，循环利用的应该有CaO和NaOH两种物质，B正确；“反应分离”过程中分离物质的操作应该是过滤，目的是得到碳酸钙沉淀，C错误；反应分离中，碳酸钠和氧化钙、水反应生成碳酸钙和氢氧化钠，所以发生了复分解反应，D正确。

5．(2020·合肥质检)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是() A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐产品

B．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂

C．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示

D．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池

解析：选C水晶的主要成分为SiO2，不属于硅酸盐产品，A错误；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，属于混合物，B错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅，用于制造太阳能电池的是高纯硅，D错误。

6．化学家Seidel 指出Si 与NaOH 溶液的反应，首先是Si 与OH －反应，生成SiO 4－

4，然后SiO 4－

4迅速水解生成H 4SiO 4，下列有关说法正确的是( )

A ．原硅酸钠(Na 4SiO 4)能迅速水解，且水解后溶液呈碱性，故Na 4SiO 4为弱电解质

B ．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品

C ．2HCl ＋Na 2SiO 3===H 2SiO 3↓＋2NaCl 说明Cl 的非金属性大于Si

D ．半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指将二氧化硅制成晶体硅

解析：选D 原硅酸钠(Na 4SiO 4)是强碱弱酸盐，能全部电离，是强电解质，A 错误；石英的主要成分是SiO 2，不是硅酸盐，所以石英玻璃不属于硅酸盐产品，B 错误；2HCl ＋Na 2SiO 3===H 2SiO 3↓＋2NaCl 说明酸性HCl 大于H 2SiO 3，HCl 不是Cl 的最高价含氧酸，C 错误；沙子的主要成分为SiO 2，以沙子为原料经过还原反应可得到晶体Si ，继而制成各种半导体电器，被人们使用，所以半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指将二氧化硅制成晶体硅，D 正确。 7．下列除杂方法正确的是

( )

A ．SiO 2中含Al 2O 3杂质，可以加入足量NaOH 溶液然后过滤除去

B ．CO 2中含有CO 杂质，可以通入盛有CuO 的玻璃管并加热

C ．CO 2中含有HCl 杂质，可以通过盛有Na 2CO 3溶液的洗气瓶

D ．Na 2CO 3溶液中含有Na 2SiO 3杂质，可以通入足量的CO 2，然后过滤

解析：选B A 项，SiO 2、Al 2O 3均与NaOH 溶液反应；C 项，Na 2CO 3溶液吸收CO 2；D 项，溶液变为NaHCO 3溶液。

8．下列说法中正确的是 ( )

A ．单质――→O 2

氧化物――→H 2O

酸或碱―――――→NaOH 或HCl

盐，硅单质可以按上述关系进行转化

B ．若a 、b 、c 分别为Si 、SiO 2、H 2SiO 3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系：

C ．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH 溶液中

D ．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al 2Si 2O 5(OH)4]，若以氧化物形式可表示为Al 2O 3·SiO 2·H 2O

解析：选C A 项，Si 与O 2反应生成SiO 2，SiO 2不与H 2O 反应，“氧化物――→H 2O

酸或碱”不能实现，错误；B 项，b →c ，c →a 均不能通过一步反应实现，错误；C 项，二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物，都能与NaOH 溶液反应生成盐和水，正确；D 项，硅酸盐可以用盐的形式或氧化物的形式表示，[Al 2Si 2O 5(OH)4]可表示为Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O ，错误。

9．二氯二氢硅(SiH 2Cl 2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，

沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下，HCl 与硅在250～260 ℃反应可以制得SiH 2Cl 2。

(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A 装置制取HCl ，利用了浓硫酸的________性。 (2)D 装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为__________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH 2Cl 2的装置(h 处用止水夹夹好)连接顺序为a ―→( )―→( )―→( )―→( )―→( )―→( )―→( )(填仪器接口的字母，其中装置C 用到2次)。

(4)按从左到右的顺序，前面装置C 中装的药品为______，后面装置C 的作用为________________________________________________________________________。 (5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H 2和________、________等。

(6)新的制取SiH 2Cl 2的方法是：往硅粉中先通入Cl 2，在300～350 ℃反应生成SiCl 4，然后再与HCl 在250～260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体顺序相反，结果会__________________________(用化学方程式表示)。

解析：(1)浓硫酸具有吸水性，可使浓盐酸更易挥发出HCl 。(2)利用原子守恒法配平。(3)A 装置制取HCl ，连接C 装置干燥，从f 进入D 中反应，SiH 2Cl 2从g 处挥发，在B 装置中收集，SiH 2Cl 2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入B 中，则应在B 后接干燥管。(4)前面的装置C 是用来干燥氯化氢气体的，应选用P 2O 5或无水CaCl 2，后面装置C 的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B 中，应选碱石灰。(6)如果通入气体顺序相反，SiH 2Cl 2会与Cl 2继续反应，生成SiCl 4、SiHCl 3。 答案：(1)吸水 (2)Si ＋2HCl=========250～260 ℃

铜SiH 2Cl 2 (3)d e f g b c d

(4)P 2O 5或无水CaCl 2 尾气处理和防止空气中的水进入B 中 (5)SiCl 4 SiHCl 3 (6)SiH 2Cl 2＋2Cl 2=====△

SiCl 4＋2HCl(或SiH 2Cl 2＋Cl 2=====△

SiHCl 3＋HCl)

10．光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅(一种无机涂层)

的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)反应Ⅰ的化学方程式为________________________，氧化剂为________(填化学式)。

(2)经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下：

(3)反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为____________；反应Ⅳ的化学方程式为________________________________________________________________________。

解析：(1)反应Ⅰ是焦炭还原SiO 2，化学方程式为SiO 2＋2C=====高温

Si ＋2CO ↑；氧化剂是所含元素化合价降低的物质，根据反应方程式可知，二氧化硅中硅的化合价由＋4价→0价，即SiO 2是氧化剂。

(2)根据表格数据，除HCl 、BCl 3和SiH 2Cl 2常温下是气体外，其余为液体，因此采用精馏(或蒸馏)的方法得到SiCl 4。

(3)反应Ⅲ中得到的物质为SiO 2和HCl ，尾气是HCl ，反应Ⅳ中发生的反应是3SiCl 4＋4NH 3=====1 400 ℃

Si 3N 4＋12HCl ，尾气是HCl ，因此尾气的用途是制备盐酸。

答案：(1)SiO 2＋2C=====高温

Si ＋2CO ↑ SiO 2 (2)精馏(或蒸馏) (3)制取盐酸(或其他合理答案)

3SiCl 4＋4NH 3=====1 400 ℃

Si 3N 4＋12HCl