2019-2020年高三化學一輪總復習 第四章 第1講 無機非金屬材料的主角 硅 新人教版.doc

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2019-2020年高三化學一輪總復習 第四章 第1講 無機非金屬材料的主角 硅 新人教版 [考綱要求]　1.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應用。2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3.以新材料、新技術(shù)為背景考查C、Si元素及其重要化合物的性質(zhì)及應用。 考點一　碳、硅單質(zhì)的存在與性質(zhì) 1．C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途 (1)自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無定形硅兩大類。 (2)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較 碳 硅 結(jié)構(gòu) 金剛石：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 石墨：層狀結(jié)構(gòu) 晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 物理性質(zhì) 金剛石熔點高、硬度大 石墨熔點高、質(zhì)軟，有滑膩感 晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點高 用途 金剛石用作切割刀具，石墨用作電極、鉛筆芯 晶體硅用作半導體材料、硅芯片和硅太陽能電池 2.碳、硅單質(zhì)的化學性質(zhì) 碳、硅在參與化學反應時，一般表現(xiàn)還原性。  (2)Si 深度思考 1．從元素周期表的位置看，碳和硅均為ⅣA元素，自然界中有碳的多種單質(zhì)存在，自然界中有硅的單質(zhì)嗎？為什么？ 答案　沒有，因為硅有很強的親氧性，在地殼形成時硅與氧易結(jié)合，難分離，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽形式存在。 2．硅單質(zhì)有廣泛的用途，用化學方程式表示工業(yè)上獲取硅單質(zhì)的過程。 答案　粗硅的制?。篠iO2＋2CSi＋2CO↑ 由粗硅制取純硅(常用方法)： Si(粗)＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl 題組一　新材料、新技術(shù)下C、Si的考查 1．下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是 (　　) A．硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料 B．硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料 C．硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應 D．加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應 答案　C 解析　硅在常溫下能與F2、氫氟酸等發(fā)生反應。 2．石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，下列關(guān)于石墨烯的敘述正確 的是(　　) A．石墨烯可導電，說明它是電解質(zhì) B．石墨烯、金剛石、C60、“碳納米泡沫”四種物質(zhì)都是碳 的單質(zhì) C．由于C(石墨，s)===C(金剛石，s)　ΔH＝＋1.9 kJmol－1知金剛石比石墨烯穩(wěn)定 D．盡量使用含C的產(chǎn)品，減少使用含C的產(chǎn)品，此舉符合“促進低碳經(jīng)濟”的宗旨 答案　B 解析　“石墨烯可由石墨剝離而成”故石墨烯是可以導電的非金屬單質(zhì)，它既不是電解質(zhì)，也不是非電解質(zhì)，A項錯；石墨烯、金剛石、C60、“碳納米泡沫”都是由碳元素形成的不同的單質(zhì)，它們互為同素異形體，B項正確；C項中由于石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的ΔH>0，是吸熱過程，即石墨的能量較金剛石低，因而石墨烯穩(wěn)定，C項錯；C和C都是碳元素，故D項錯。 題組二　工業(yè)制取高純硅 3．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： ⅰ.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅 ⅱ.粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3： Si＋3HClSiHCl3＋H2 ⅲ.SiHCl3與過量H2在1 000～1 100 ℃反應制得純硅 已知SiHCl3能與H2O強烈反應，在空氣中易自燃。 請回答下列問題： (1)第ⅰ步制備粗硅的化學反應方程式為__________________________________。 (2)粗硅與HCl反應完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸點57.6 ℃)和HCl(沸點－84.7 ℃)，提純SiHCl3采用的方法為__________________。 (3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)： ①裝置B中的試劑是________________________________________________。 裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是__________________________________。 ②反應一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是__________________________， 裝置D不能采用普通玻璃管的原因是___________________________________， 裝置D中發(fā)生反應的化學方程式為_____________________________________。 ③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及__________________。 ④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑(填寫字母代號)是______________。 a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液 e．Na2SO3溶液 答案　(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (2)分餾(或蒸餾) (3)①濃硫酸　使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化 ②有固體物質(zhì)生成　在反應溫度下，普通玻璃會軟化 SiHCl3＋H2Si＋3HCl ③排盡裝置中的空氣　④bd 解析　(1)根據(jù)題給信息，粗硅可以用碳還原二氧化硅的辦法來制得，故反應方程式為SiO2＋2CSi＋2CO↑。 (2)因HCl易溶于水，而SiHCl3與H2O強烈反應，故提純SiHCl3的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點不同，采用分餾的方法進行。 (3)①因SiHCl3與水強烈反應，故A中產(chǎn)生的H2必須干燥，故B中的液體一定為濃H2SO4，且C中燒瓶需加熱，其目的是使SiHCl3氣化，加快與H2的反應。②根據(jù)題給信息石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應為硅，故D中現(xiàn)象應有固體產(chǎn)生，由題給信息，制純硅的反應條件為1 000～1 100 ℃，此溫度下普通玻璃容易軟化。③因高溫下H2與O2容易反應而爆炸，故還應排盡裝置中的空氣。④鐵與鹽酸反應產(chǎn)生Fe2＋，其檢驗方法常常采用先將Fe2＋氧化為Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否變血紅色來檢驗。 考點二　碳、硅的氧化物 1．一氧化碳 (1)物理性質(zhì)：無色氣體，有毒，難溶于水。 (2)化學性質(zhì) ①燃燒：2CO＋O22CO2，淡藍色火焰； ②還原CuO：CuO＋COCu＋CO2(冶煉金屬)。 2．二氧化碳和二氧化硅的比較 物質(zhì) 二氧化硅 二氧化碳 結(jié)構(gòu) 空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個分子 存在單個CO2分子 主要物理性質(zhì) 硬度大，熔、沸點高，常溫下為固體，不溶于水 熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水 化 學 性 質(zhì) ①與水反應 不反應 CO2＋H2OH2CO3 ②與酸反應 只與氫氟酸反應：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反應 ③與堿反應 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞) CO2少量：CO2＋2NaOH ===Na2CO3＋H2O、 CO2過量：CO2＋NaOH ===NaHCO3 ④與鹽反應 如與Na2CO3反應：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ 如與Na2SiO3反應：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ⑤與堿性氧化物反應 如與CaO反應：SiO2＋CaO CaSiO3 如與Na2O反應：Na2O＋CO2 ===Na2CO3 用途 光導纖維、光學儀器、電子部件 制飲料、制碳酸鹽 深度思考 1．除去下列氣體中混有的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法： (1)CO(CO2)：_______________________________________________________。 (2)CO2(CO)：_______________________________________________________。 (3)CO2(O2)：________________________________________________________。 (4)CO2(SO2)：_______________________________________________________。 (5)CO2(HCl)：_______________________________________________________。 (6)CO2(H2S)：________________________________________________________。 答案　(1)通過盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶　(2)通過盛放灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管　(3)通過盛放灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管　(4)通過飽和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液　(5)通過飽和NaHCO3溶液　(6)通過CuSO4溶液 2．如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))。將所選答案的編號填入下表內(nèi)相應的空格內(nèi)(如果不需要外加試劑，則對應答案欄可空著)。 可供選擇的試劑：A.鹽酸　B．氫氧化鈉溶液　C．氧氣 D．水　E．二氧化碳 可選用的操作：①水洗；②加熱；③高溫灼燒；④過濾；⑤結(jié)晶。 粉末狀混合物 選擇的試劑 選用的操作 (1) CaCO3(SiO2) (2) NaCl(SiO2) (3) SiO2(Fe2O3) (4) SiO2(CaCO3) (5) SiO2(H2SiO3) (6) SiO2(NH4Cl) 答案　(1)B　④　(2)D?、堍荨?3)A?、堋?4)A?、堋?5)③　(6)② 解析　可根據(jù)二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟強堿反應，不跟酸(氫氟酸除外)反應；它受熱不分解等性質(zhì)。而三氧化二鐵、碳酸鈣跟鹽酸反應；硅酸、氯化銨能受熱分解。通過一定操作，除去雜質(zhì)。除雜過程中所發(fā)生反應的化學方程式如下： (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (2)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O (3)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O (4)H2SiO3SiO2＋H2O (5)NH4ClNH3↑＋HCl↑ 題組一　二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“” (1)二氧化硅不與任何酸反應，可用石英制造耐酸容器 (　　) (xx江蘇，3A) (2)SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應 (　　) (xx山東理綜，13A) (3)二氧化硅是生產(chǎn)光纖制品的基本原料 (　　) (xx江蘇，4A) (4)二氧化硅的分子式是SiO2 (　　) (xx上海，2B) 答案　(1)　(2)√　(3)√　(4) 2．指出下列反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質(zhì)或作用，在A～E選項中選擇正確答案填入括號內(nèi)。 (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (　　) (2)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ (　　) (3)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (　　) (4)SiO2＋3CSiC＋2CO↑ (　　) (5)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (　　) A．作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕 B．氧化性 C．酸性氧化物的通性 D．將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來 E．未參加氧化還原反應 答案　(1)C　(2)D　(3)B　(4)E　(5)A 解析　本題較全面考查SiO2的性質(zhì)，將所給選項結(jié)合實際一一對應查找，A用來雕刻玻璃，應有氫氟酸(HF)參與反應；B中氧化性是指反應中SiO2中Si得電子，化合價降低；D中揮發(fā)性酸酐，應為CO2而不是CO；C中表現(xiàn)酸性氧化物通性是指SiO2與堿的反應。 題組二　二氧化碳與弱酸鹽溶液反應的規(guī)律 3．用四種溶液進行實驗，下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對應關(guān)系錯誤的是(　　) 選項 操作及現(xiàn)象 溶液 A 通入CO2，溶液變渾濁，再升溫至65 ℃以上，溶液變澄清 C6H5ONa溶液 B 通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失，再加入足量NaOH溶液，又變渾濁 Ca(OH)2溶液 答案　B 解析　A項，，升溫至65 ℃以上，C6H5OH完全溶解，溶液變澄清；B項，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3與CO2不反應，渾濁不會消失；C項，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液變渾濁后加入品紅溶液，被HClO氧化褪色；D項，首先CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，繼續(xù)通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，則：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又變渾濁。 4．下列實驗過程中，始終無明顯現(xiàn)象的是 (　　) A．NH3通入FeSO4溶液中 B．CO2通入CaCl2溶液中 C．AlCl3溶液中滴入NaHCO3溶液 D．向飽和碳酸鈉溶液中通入過量的CO2 答案　B 熟記可用CO2制取的弱酸 碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏鋁酸等強，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2鹽溶液中，均能發(fā)生反應而生成相應的弱酸和碳酸(氫)鹽，這是“強酸制弱酸”原理的應用。如： CO2— CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ (或CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3) CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3 CO2(過量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3 易錯警示　CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不會產(chǎn)生白色沉淀，因為碳酸的酸性弱于鹽酸。 題組三　CO2與堿溶液反應產(chǎn)物的定量判斷 5．標準狀況下，將3.36 L CO2氣體通入200 mL 1.00 molL－1 NaOH溶液中，充分反應后溶液中c(CO)與c(HCO)的比值為(不考慮CO、HCO的水解) (　　) A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶3 答案　B 解析　n(CO2)＝＝0.150 mol n(NaOH)＝0.200 L1.00 molL－1＝0.200 mol ＝＝即1<<2，反應產(chǎn)物為Na2CO3、NaHCO3，設其物質(zhì)的量分別為x、y，則　解得，所以＝。 6．向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持續(xù)穩(wěn)定地通入CO2氣體，當通入氣體為8.96 L(0 ℃，1.01105 Pa)時立即停止，則這一過程中，溶液中離子的物質(zhì)的量與通入CO2氣體的體積關(guān)系圖像正確的是(氣體的溶解和離子的水解忽略不計) (　　) 答案　C 解析　本題涉及的化學反應方程式： Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O ① 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O ② BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2 ③ Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3 ④ 當未通入CO2氣體時，溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol OH－；當通入2.24 L CO2氣體時，發(fā)生反應①，此時溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2 mol Na＋、0.2 mol OH－；當通入4.48 L CO2時，發(fā)生反應②，此時溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2 mol Na＋、0.1 mol CO；當通入6.72 L CO2時，發(fā)生反應④，此時溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2 mol Na＋、0.2 mol HCO；當通入8.96 L CO2時，發(fā)生反應③，此時溶液中離子的物質(zhì)的量為0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol HCO。對比圖像可知選項C正確。  1．反應順序的判斷 當有多種組分與一種物質(zhì)反應時，判斷反應順序的方法：先假設與其中的一種組分反應，若產(chǎn)物還能與另一種組分反應，則假設錯誤。 如將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假設CO2先與KOH反應，則生成的K2CO3會與Ba(OH)2繼續(xù)反應生成BaCO3，故假設錯誤，應該是CO2先與Ba(OH)2反應。 2．CO2與堿反應產(chǎn)物的定量判斷 CO2通入NaOH、Ca(OH)2等強堿溶液的反應與CO2氣體的通入量有關(guān)，當CO2通入少量時生成碳酸鹽，當CO2通入過量時生成碳酸氫鹽；當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溶液反應為例： CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH===NaHCO3 當n(OH－)∶n(CO2)的值不同時產(chǎn)物如下： 考點三　硅酸及硅酸鹽 1．硅酸 硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅色。 (1)硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。 (2)硅酸能與堿溶液反應，如與NaOH溶液反應的化學方程式為H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。 (3)硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強，常用作干燥劑。 2．硅酸鹽 (1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。 (2)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復雜，多用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成Na2OSiO2，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成K2O3Al2O36SiO22H2O。 (3)硅酸鈉(Na2SiO3) ①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。 ②它能與酸性較硅酸強的酸反應，化學方程式分別為 與鹽酸反應：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 與CO2水溶液反應：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。 ③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。 3．無機非金屬材料 (1)傳統(tǒng)無機非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。 常見硅酸鹽材料 水泥 玻璃 陶瓷 生產(chǎn)原料 石灰石、黏土 純堿、石灰石、石英 黏土 主要設備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃熔窯 陶瓷窯 (2)新型無機非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。 題組一　無機非金屬材料的組成和性質(zhì) 1．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3 000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P(guān)玻璃的說法不正確的是 (　　) A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土 B．玻璃在加熱熔化時沒有固定的熔點 C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅 D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起 答案　A 解析　制普通玻璃的原料主要有石灰石、純堿和石英，A項不正確；普通玻璃是混合物，沒有固定的熔點，B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種化學品之一，其化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液處理時，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材料 B．青石棉中含有一定量的石英晶體 C．青石棉的化學組成可表示為Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被還原 答案　B 解析　硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學元素(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；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟硝酸反應時，失去3 mol電子，故能使1 mol HNO3被還原。 3．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．C60屬于原子晶體，用于制造納米材料 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纖維 答案　A 解析　C60是分子晶體，不是原子晶體，B項不正確；纖維素乙酸酯是人工合成的，不是天然高分子材料，C項錯誤；制造光導纖維的材料是SiO2而不是Si，D項不正確；答案選A。 (1)不要混淆二氧化硅和硅的用途 用于制作光導纖維的是SiO2，用于制作半導體材料、計算機芯片的是晶體硅。 (2)水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的主要成分是Al2O3。 題組二　碳、硅及其化合物的綜合推斷 4．A、B、C、D、E五種物質(zhì)中均含有同一種非金屬元素，它們能發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系，該元素(用R表示)的單質(zhì)能與NaOH溶液反應生成鹽(Na2RO3)和氫氣。 請回答下列問題： (1)寫出各物質(zhì)的化學式：A__________；B__________；C__________；D__________；E__________。 (2)寫出反應①的化學方程式：__________________________________________， 該反應中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________。 (3)寫出反應④的離子方程式：_________________________________________。 (4)寫出反應⑤的離子方程式：__________________________________________。 (5)H2CO3的酸性強于E的，請用離子方程式予以證明： _____________________________________________________________________。 答案　(1)SiO2　CaSiO3　Na2SiO3　Si　H2SiO3 (2)SiO2＋2CSi＋2CO↑　1∶2 (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ (4)SiO＋Ca2＋===CaSiO3↓ (5)SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO 解析　解答本題的“突破口(1)”是非金屬元素R的單質(zhì)能與NaOH溶液反應生成鹽(Na2RO3)和氫氣，說明是硅及其化合物之間的轉(zhuǎn)化?！巴黄瓶?2)”是反應條件“高溫”，A在高溫條件下，能與焦炭、CaCO3發(fā)生反應，則A為SiO2。從而順藤摸瓜推知B為CaSiO3，D為Si，E為H2SiO3。 (1)解答無機推斷題的思維模型 (2)解答硅及其化合物的推斷題，高溫反應條件、特征反應、單質(zhì)與堿反應、鹽溶液與過量鹽酸反應產(chǎn)生白色沉淀等往往是推斷題的“突破口”。 1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“” (1)SiO2有導電性，所以SiO2可用于制備光導纖維 () (xx廣東理綜，12B) 解析　SiO2不能導電。 (2)單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧? (√) (xx新課標全國卷，8B) (3)合成纖維和光導纖維都是新型無機非金屬材料 () (xx新課標全國卷，8D) 解析　合成纖維不是無機非金屬材料而是有機物。 (4)變色硅膠干燥劑含有CoCl2，干燥劑呈藍色時，表示不具有吸水干燥功能 () (xx浙江理綜，8A) (5)硅酸鈉溶液應保存在帶玻璃塞的試劑瓶中 () (xx海南，4B) 解析　應用橡膠塞。 (6)SiO2與酸、堿均不反應 () (xx天津理綜，2B) 解析　SiO2與氫氟酸、NaOH均反應。 (7)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2氣體，出現(xiàn)白色沉淀，則H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性強 () (xx江蘇，13C) 解析　酸性H2CO3>H2SiO3。 (8)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 (√) (xx江蘇，4B) 2．(xx海南，9改編)“碳捕捉技術(shù)”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，其基本過程如下圖所示(部分條件及物質(zhì)未標出)。 下列有關(guān)該方法的敘述中正確的是 (　　) ①能耗大是該方法的一大缺點 ②整個過程中，只有一種物質(zhì)可以循環(huán)利用 ③“反應分離”環(huán)節(jié)中，分離物質(zhì)的基本操作是蒸發(fā)結(jié)晶、過濾 ④該方法可減少碳排放，捕捉到的CO2還可用來制備甲醇等產(chǎn)品 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　D 解析?、伲摲椒ㄖ懈邷胤磻獱t分離出CO2，需要消耗較多能量；②，整個過程中NaOH和CaO均可循環(huán)利用；③，從捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCO3，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通過過濾的方法即可分離；④，捕捉到的CO2可與H2反應制備甲醇：CO2＋3H2CH3OH＋H2O。 3．[xx浙江理綜，28(1)(2)(3)]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))，粗硅與氯氣反應生成四氯化硅(反應溫度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生成相應的氯化物； c．有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表： 物質(zhì) SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5 沸點/℃ 57.7 12.8 － 315 － 熔點/℃ －70.0 －107.2 － － － 升華溫度/℃ － － 180 300 162 請回答下列問題： (1)寫出裝置A中發(fā)生反應的離子方程式： ________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 (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)。 答案　(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (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、B、P 解析　依題中信息可知A為Cl2的發(fā)生裝置，B、C為Cl2凈化裝置，D中發(fā)生反應2Cl2＋SiSiCl4，生成SiCl4用E收集，B中為飽和食鹽水將氯化氫氣體除去，C中應為濃H2SO4除水，由表中數(shù)據(jù)可知SiCl4沸點較低，用冷卻液可得到液態(tài)SiCl4；由題中信息粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，即可輕松完成第(3)問。  1．有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列有關(guān)硅的說法中，不正確的是 (　　) A．高純度的硅廣泛用于制作計算機芯片 B．硅可由二氧化硅還原制得 C．低溫時，硅與水、空氣和酸不反應，但能與氫氟酸反應 D．自然界中硅的儲量豐富，自然界中存在大量的單質(zhì)硅 答案　D 解析　自然界中不存在單質(zhì)硅。 2．下列關(guān)于碳和硅的敘述中，正確的是 (　　) A．其氧化物都能與NaOH溶液反應 B．其單質(zhì)在加熱時都能跟O2反應 C．其氧化物都能溶于水生成相應的酸 D．碳和硅兩種元素共有兩種單質(zhì) 答案　B 解析　CO不能與NaOH溶液反應；SiO2不能溶于水，也不生成相應的酸；碳有金剛石、石墨等同素異形體，硅有晶體硅和無定形硅，所以兩種元素有多種單質(zhì)。 3．下列敘述正確的是 (　　) A．高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，說明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸強 B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能貯存氫氟酸 C．石灰抹墻、水泥砌墻的硬化過程原理相同 D．玻璃窯中出來的氣體的主要成分是二氧化碳 答案　D 解析　二氧化硅在高溫下能與碳酸鈉反應：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，但不能說明硅酸的酸性比碳酸強，上述反應之所以能進行，是因為CO2不斷逸出，反應向右進行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，會與氫氟酸反應；石灰抹墻發(fā)生反應CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，而水泥砌墻是水泥與水作用發(fā)生一系列變化而凝固變硬。 4．向一定濃度的下列物質(zhì)澄清溶液中通入過量的CO2氣體，最后肯定沒有沉淀生成的是 (　　) ①Ca(OH)2　②Na2CO3?、跜aCl2?、蹸a(ClO)2 A．①③④ B．②③④ C．①②③ D．①②③④ 答案　A 解析　向Ca(OH)2、Ca(ClO)2溶液分別通入過量CO2，最終生成Ca(HCO3)2，沒有沉淀生成；飽和Na2CO3溶液中通入CO2，會析出NaHCO3晶體；CO2與CaCl2不反應。 5．在①濃硝酸?、谒、蹪饬蛩帷、軞浞帷、輾溲趸浫芤褐校芘c單質(zhì)硅起化學反應的是 (　　) A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④ 答案　C 解析　硅能與F2、HF、強堿在常溫下反應，在加熱或高溫條件下也能與Cl2、O2、H2發(fā)生反應。 6．下列關(guān)于SiO2和CO2的敘述中不正確的是 (　　) A．都是共價化合物 B．都是酸性氧化物，都能與強堿溶液反應 C．都能溶于水且與水反應生成相應的酸 D．SiO2可用于制光導纖維，干冰可用于人工降雨 答案　C 解析　二氧化硅不溶于水，硅酸是利用可溶性硅酸鹽與酸反應制得的。 7．下列說法中正確的是 (　　) A．CO2和CH4都是引起“溫室效應”的氣體 B．CO2和SO2都是產(chǎn)生酸雨的氣體 C．使用天然氣可避免CO2的排放 D．CO2是一種有害而無益的氣體 答案　A 解析　A項，正確；B項，二氧化碳不是產(chǎn)生酸雨的氣體；C項，天然氣的主要成分是甲烷，燃燒產(chǎn)物中也有二氧化碳，不正確；D項，二氧化碳是光合作用的原料之一，故不正確。 8．用足量的CO還原13.7 g某鉛氧化物，把生成的CO2全部通入到過量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后質(zhì)量為8.0 g，則此鉛氧化物的化學式是 (　　) A．PbO B．Pb2O3 C．Pb3O4 D．PbO2 答案　C 解析　設此鉛氧化物的化學式為PbxOy， PbxOy～y[O]～yCO～yCO2～yCaCO3 16y 100y m(O)＝1.28 g 8.0 g 所以m(Pb)＝13.7 g－1.28 g＝12.42 g x∶y＝∶＝3∶4。 9．將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是 (　　) 答案　D 解析　CO2與KOH和Ca(OH)2都會反應，但存在著競爭，如果先與KOH反應，則反應后生成的K2CO3立即會與Ca(OH)2反應生成CaCO3，因此，可以看成CO2先與Ca(OH)2反應，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步還要判斷CO2是先跟KOH反應還是先與生成的CaCO3反應，同樣可以采用假設法判斷，即如果先與CaCO3反應，則生成的Ca(HCO3)2又會與KOH反應，因此應是先與KOH反應，此過程生成沉淀的物質(zhì)的量不變，當KOH反應完全，再與CaCO3反應，直至沉淀完全溶解，故選D。 10．金剛砂(SiC)可由SiO2和碳在一定條件下反應制得，反應方程式為SiO2＋3CSiC＋2CO↑，下列有關(guān)制造金剛砂的說法中正確的是 (　　) A．該反應中的氧化劑是SiO2，還原劑為C B．該反應中的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2 C．該反應中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為12e－ D．該反應中的還原產(chǎn)物是SiC、氧化產(chǎn)物是CO，其物質(zhì)的量之比為1∶2 答案　D 解析　反應產(chǎn)物SiC中Si、C的化合價分別為＋4、－4價，所以SiO2既不是氧化劑，又不是還原劑；碳元素從0價轉(zhuǎn)變成－4價(SiC)和＋2價(CO)，CO是氧化產(chǎn)物，SiC是還原產(chǎn)物，兩者的物質(zhì)的量之比為2∶1；根據(jù)化學方程式，電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為4e－。 11．如圖所示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系中，A是一種固體單質(zhì)，E是一種白色沉淀。 請回答下列問題： (1)B的化學式是____________，目前B已被用作________的主要原料。 (2)B和a溶液反應的離子方程式是___________________________________。 (3)A和a溶液反應的離子方程式是___________________________________。 (4)C和過量的鹽酸反應的離子方程式是_______________________________。 審題分析　本題應抓住框圖中的轉(zhuǎn)化關(guān)系，以題設條件C＋過量鹽酸―→E(白色沉淀)為突破口進行推斷，并結(jié)合已有知識進行設定與推測。 答案　(1)SiO2　光導纖維 (2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ (4)SiO＋2H＋===H2SiO3↓ 解析　C與過量的鹽酸反應生成白色沉淀E，則E可能是硅酸或氯化銀，若E是氯化銀，則C是硝酸銀，A為銀，則根據(jù)已有知識，銀可以與硝酸反應生成硝酸銀，而銀與硝酸反應能生成三種產(chǎn)物，不符合框圖中物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。則E只能為硅酸，則C為硅酸鹽，A為硅，a溶液為強堿的水溶液，進一步推出B為二氧化硅。 12．世博會中國館——“東方之冠”由鋼筋混凝土、7 000多塊紅色鋁板和1 200多塊玻璃等建成。 (1)鋁________(填“是”或“不是”)紅色的，鋁板和玻璃均易被燒堿腐蝕，原因是_______________________________、__________________________________(用化學方程式表示)。 (2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是__________。 (3)石英玻璃化學穩(wěn)定性強、膨脹系數(shù)小，是一種特種玻璃，石英玻璃的主要成分是____________；有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)實際上不是硅酸鹽材料，而是一種__________(選填“橡膠”、“纖維”或“塑料”)。 答案　(1)不是　2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (2)CaCO3　(3)SiO2　塑料 13．(xx上海，26)CaCO3廣泛存在于自然界，是一種重要的化工原料。大理石主要成分為CaCO3，另外有少量的含硫化合物。實驗室用大理石和稀鹽酸反應制備CO2氣體。下列裝置可用于CO2氣體的提純和干燥。 完成下列填空： (1)用濃鹽酸配制1∶1(體積比)的稀鹽酸(約6 molL－1)，應選用的儀器是_________。 a．燒杯 b．玻璃棒 c．量筒 d．容量瓶 (2)上述裝置中，A是____________，NaHCO3溶液可以吸收________。 (3)上述裝置中，B物質(zhì)是__________。用這個實驗得到的氣體測定CO2的分子量，如果B物質(zhì)失效，測定結(jié)果________(填“偏高”、“偏低”或“不受影響”)。 (4)一次性飯盒中石蠟(高級烷烴)和CaCO3在食物中的溶出量是評價飯盒質(zhì)量的指標之一，測定溶出量的主要實驗步驟設計如下： 剪碎、稱重→浸泡溶解→過濾→殘渣烘干→冷卻、稱重→恒重 為了將石蠟和碳酸鈣溶出，應選用的試劑是__________。 a．氯化鈉溶液 b．稀醋酸 c．稀硫酸 d．正己烷 (5)在溶出量測定實驗中，為了獲得石蠟和碳酸鈣的最大溶出量，應先溶出________，后溶出__________。 (6)上述測定實驗中，連續(xù)__________，說明樣品已經(jīng)恒重。 答案　(1)abc　(2)CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液　HCl氣體或酸性氣體　(3)無水CaCl2　偏低　(4)bd　(5)石蠟　CaCO3　(6)兩次稱量的結(jié)果相差不超過(或小于)0.001 g 解析　(1)考查等體積比濃度的溶液配制，用量筒量取等體積水與濃鹽酸，倒入燒杯，攪拌混勻即可。 (2)由于制備得到的CO2中含H2S以及反應揮發(fā)出的HCl，因此可通過CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液除去H2S，通過飽和NaHCO3溶液除去HCl。 (3)固體B應為無水CaCl2，可除去CO2中的H2O(g)。如果CaCl2失效，則氣體為CO2與H2O(g)的混合氣體，其平均分子量小于CO2的分子量，因此測定結(jié)果偏低。 (4)要溶解CaCO3應選用稀醋酸，不能用稀H2SO4，因為H2SO4與CaCO3反應生成CaSO4，微溶于水。正己烷用于溶解石蠟。 (5)先用正己烷溶解石蠟，才能使其中的CaCO3與醋酸充分接觸發(fā)生反應，使二者達到最大溶出量。 (6)兩次稱量的質(zhì)量差不超過0.001 g，說明已經(jīng)恒重。 14．硅單質(zhì)及其化合物應用范圍很廣。 (1)制備硅半導體材料必須先得到高純硅，工業(yè)上可以按如下步驟制備高純硅。 Ⅰ.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅； Ⅱ.粗硅與干燥的氯氣在450～500 ℃條件下反應制得SiCl4； Ⅲ.SiCl4液體經(jīng)精餾提純后與過量H2在1 100～1 200 ℃條件下反應制得高純硅。 已知SiCl4沸點為57.6 ℃，能與H2O強烈反應。1 mol H2與SiCl4氣體完全反應吸收的熱量為120.2 kJ。 請回答下列問題： ①第Ⅲ步反應的熱化學方程式為_______________________________________。 ②整個制備純硅的過程中必須嚴格控制在無水無氧的條件下。SiCl4在潮濕的空氣中因水解而產(chǎn)生白色煙霧，其生成物是__________；H2還原SiCl4過程中若混入O2，可能引起的后果是_______________________________________________。 (2)二氧化硅被大量用于生產(chǎn)玻璃。工業(yè)上用SiO2、Na2CO3和CaCO3共283 kg在高溫下完全反應時放出CO2 44 kg，生產(chǎn)出的玻璃可用化學式Na2SiO3CaSiO3xSiO2表示，則其中x＝________。 答案　(1)①2H2(g)＋SiCl4(g)Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝＋240.4 kJmol－1?、贖2SiO3(或H4SiO4)和HCl　爆炸　(2)4 15．在工業(yè)中利用鎂制取硅：2Mg＋SiO22MgO＋Si，同時有副反應發(fā)生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si遇鹽酸迅速反應生成SiH4(硅烷)，SiH4在常溫下是一種不穩(wěn)定、易分解的氣體。如圖是進行Mg與SiO2反應的實驗裝置： (1)由于氧氣的存在對該實驗有較大影響，實驗中應通入氣體X作為保護氣，試管中的固體藥品可選用__________(填序號)。 a．石灰石　　　b．鋅?！　　　．純堿 (2)實驗開始時，必須先通入X氣體，再加熱反應物，其理由是___________________ _____________________________________________________， 當反應開始后，移走酒精燈反應能繼續(xù)進行，其原因是___________________ ____________________________________________________________________。 (3)反應結(jié)束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸?？捎^察到閃亮的火星，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因用化學方程式表示為 ①___________________________________________________________________； ②____________________________________________________________________。 答案　(1)b (2)讓氫氣排盡裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中的成分對實驗的影響　該反應為放熱反應，可利用自身放出的熱量維持反應進行 (3)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑　②SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 解析　(1)由于Mg可在CO2中燃燒，故不能用CO2作為保護氣而可用H2，那么試管中應選用的固體藥品為鋅粒。 (2)實驗開始時應先通入氫氣排出裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中的成分對實驗的影響。然后才能點燃酒精燈，因反應放熱，反應開始后移走酒精燈，可利用自身放出的熱量維持反應繼續(xù)進行。 (3)反應結(jié)束后，向反應后的混合物中加入稀鹽酸會發(fā)生反應：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，生成的SiH4可自燃，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O，所以會觀察到閃亮的火星。