第13講碳、硅及其重要化合物(建議用時：40分鐘)一、選擇題(每題6分，共54分)1．某短周期非金屬元素的原子核外最外層電子數是次外層電子數的一半，該元素()A．在自然界中只以化合態的形式存在B．單質常用作半導體材料和光導纖維C．最高價氧化物不與酸反應D．氣態氫化物比甲烷穩定答案A解析由已知信息可知該非金屬元素為硅。硅強烈親氧，在自然界以氧化物或復雜硅酸鹽形式存在，不存在單質硅，A正確；硅單質能用作半導體材料而不能用作光導纖維，制造光導纖維是用二氧化硅，B錯誤；SiO2能與氫氟酸反應：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，C錯誤；非金屬性：C>Si，故SiH4的穩定性弱于甲烷，D錯誤。2．硅是構成無機非金屬材料的一種主要元素，下列有關硅的化合物的敘述錯誤的是()A．氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料，其化學式為Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承C．光導纖維是一種新型無機非金屬材料，其主要成分為SiO2D．硅酸鹽Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示為Na2O·2FeO·3SiO2答案D解析正確的表示應該為Na2O·Fe2O3·3SiO2，故D錯誤。3．(2017·甘肅天水一中模擬)下列說法正確的是()A．單質eq\o(→,\s\up17(＋O2))氧化物eq\o(→,\s\up17(＋H2O))酸或堿eq\o(→,\s\up17(＋NaOH或HCl))鹽，碳或硅單質可以按上述關系進行轉化B．若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過一步反應實現轉化：bc→aC．太陽能電池板中的硅在元素周期表中處于金屬元素與非金屬元素的交界位置D．單質硅常用于制造光導纖維答案C解析A項，SiO2不與H2O反應；B項，b→c，c→a均不能通過一步反應實現轉化；D項，用于制造光導纖維的是SiO2，而非單質硅。4．下列關于C、Si兩種元素的說法正確的是()A．兩者結合形成的化合物是共價化合物B．在自然界中都能以游離態存在C．氫化物的熱穩定性比較：CH4<SiH4D．最高價氧化物都能與水反應生成相應的酸答案A解析C、Si都是非金屬元素，結合形成的化合物是共價化合物，A正確；Si元素為親氧元素，不能以游離態存在，故B錯；非金屬性C>Si，故氫化物的熱穩定性SiH4<CH4，故C錯；SiO2既不溶于水，也不和水反應，故D錯。5．(2017·安徽合肥聯考)近幾年我國載人飛船多次升空，顯示出我國航天技術已進入世界一流，飛船應用了許多尖端的合成材料。據報道我國科學家近年來研制出一種新型“連續纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纖維復合而成的。下列相關敘述不正確的是()A．它耐高溫抗氧化B．它比鋼鐵輕，強度大，但質地較脆C．它沒有固定熔點D．它是一種新型無機非金屬材料答案B解析航空材料具有質輕、強度高、耐高溫、抗氧化等性能，又由題中信息可知，該材料具有一定的韌性，故B錯，A正確；復合材料屬于混合物，沒有固定的熔點，碳化硅高溫結構陶瓷和碳纖維復合而成的材料屬于新型無機非金屬材料，C、D正確。6．下列離子方程式不正確的是()A．石英與燒堿反應：SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2OB．硅與燒堿反應：Si＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2↑C．硅酸鈉溶液中通入少量CO2：SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=COeq\o\al(2－,3)＋H2SiO3↓D．往水玻璃中加入鹽酸：2H＋＋SiOeq\o\al(2－,3)=H2SiO3↓答案B解析硅與燒堿溶液反應時，H2O參與反應，Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑。7．和田玉是一種具有鏈狀結構的含水鈣鎂硅酸鹽，某種和田玉的化學成分為Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有關敘述正確的是()A．其化學式改寫為氧化物的形式為2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2OB．它能夠抵抗任何酸堿的腐蝕C．其中鐵元素的化合價為＋3D．其中鐵元素的化合價為＋2答案D解析假設和田玉中鐵元素的化合價為＋x，根據化合物中各元素的化合價代數和為零，可得：(＋2)×2＋(＋2)×3＋(＋x)×2＋(＋4)×8＋(－2)×22＋(－1)×2＝0，即x＝2，所以其化學式改寫為氧化物的形式為2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O；硅酸鹽一般耐酸堿的腐蝕，但不是所有的酸堿都不能腐蝕它，如氫氟酸可以和其中的硅元素反應生成SiF4氣體，濃硝酸可以將其中所含的Fe2＋氧化成Fe3＋。8．用四種溶液進行實驗，下表中“操作及現象”與“溶液”對應關系錯誤的是()答案B解析由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3↓，因而會析出NaHCO3晶體，A項正確；B項，CO2＋Na2SiO3＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3，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。9．對于反應3C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))SiC＋2CO↑，下列說法正確的是()A．SiC是氧化產物B．還原劑與氧化劑的物質的量之比為1∶2C．若生成4.48LCO，則轉移0.4mol電子D．該反應中C既是氧化劑又是還原劑答案D解析SiC中碳元素化合價是－4價，SiC是還原產物，A項錯誤；該反應中還原劑與氧化劑的物質的量之比為2∶1，B項錯誤；沒有說明是否為標準狀況，C項錯誤；碳元素化合價既有升高又有降低，所以C既是氧化劑又是還原劑，D項正確。二、非選擇題(共46分)10．(2017·四川成都調研)(12分)晶體硅是信息科學和能源科學中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽能電池等。以下是工業上制取純硅的一種方法。請回答下列問題(各元素用相應的元素符號表示)：(1)在上述生產過程中，屬于置換反應的有________(填反應代號)。(2)寫出反應③的化學方程式________。(3)化合物W的用途很廣，通常可用作建筑工業和造紙工業的黏合劑，可作肥皂的填充劑，是天然水的軟化劑。將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1373～1623K反應，生成化合物W，其化學方程式是____________________________________。(4)A、B、C三種氣體在“節能減排”中作為減排目標的一種氣體是________(填化學式)；分別通入W溶液中能得到白色沉淀的氣體是________(填化學式)。答案(1)①②③(2)SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1357K))Si＋3HCl(3)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up17(1373～1623K))Na2SiO3＋CO2↑(4)CO2CO2和HCl解析反應①為石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反應：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(3273K))Si＋2CO↑，屬于置換反應；反應②是Si＋3HCleq\o(=,\s\up17(523～527K))SiHCl3＋H2，屬于置換反應；反應③是SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1357K))Si＋3HCl，屬于置換反應；反應④為特定條件下的反應：CO＋H2Oeq\o(=,\s\up17(1073K),\s\do17(催化劑))H2＋CO2，不屬于置換反應。A、B、C分別為CO、CO2、HCl，其中CO2是溫室氣體，是節能減排的目標氣體，CO2和HCl通入W(硅酸鈉)溶液中能夠生成白色沉淀(硅酸)。11．(16分)硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統材料到信息材料的發展過程中創造了一個又一個奇跡。(1)新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學性質穩定。工業上可以采用化學氣相沉積法，在H2的保護下，使SiCl4與N2反應生成的Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應的化學方程式：________。(2)工業上可以通過如圖所示的流程制取純硅：①整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出該反應的化學方程式：________。②假設每一輪次制備1mol純硅，且生產過程中硅元素沒有損失，反應Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應Ⅱ中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產中，補充投入HCl和H2的物質的量之比是________。答案(1)3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl(2)①SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑②5∶1解析(2)②由題中條件可知，由以上數據，循環生產中只能產生3molHCl，但HCl的利用率為90%，因此需要增加eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,90%)－3))molHCl，循環生產中只產生1molH2，但H2的利用率為93.75%，因此需要增加eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,93.75%)－1))molH2，因此，補充投入HCl和H2的物質的量之比是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,90%)－3))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,93.75%)－1))≈5∶1。12．(2017·福州質檢)(18分)晶體硅是一種重要的非金屬材料。物質熔點/℃SiHCl333.0SiCl457.6HCl－84模擬制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；②粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3：Si＋3HCleq\o(=,\s\up17(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3與過量H2在1000～1100℃反應制得純硅。可能用到的信息如下：已知SiHCl3能與H2O強烈反應，在空氣中易自燃；步驟②中粗硅與HCl反應時會生成少量SiCl4。請回答下列問題：(1)粗硅與HCl反應完全后，依據上表所示沸點差異提純SiHCl3，該提純方法為________________。(2)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依次連接的合理順序為________(填寫字母序號)；裝置D中g管的作用是________；裝置B中的試劑是________；裝置C中的燒瓶加熱的目的是________。②裝置A中發生反應的化學方程式為_____________________。③操作時應先打開裝置________(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞，理由是________________________________________________________________________________________________________。(3)請設計實驗證明產品硅中是否含微量鐵單質：將產品用稀鹽酸溶解，取上層清液后_________________________________。答案(1)蒸餾(2)①DBCAE平衡壓強(其他合理答案均可)濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化②SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1000～1100℃))Si＋3HCl③DSiHCl3容易在空氣中自燃，實驗中要注意先通一段時間H2排盡裝置中的空氣(3)先滴加氯水，再滴加硫氰化鉀溶液，溶液顯紅色(或加入氫氧化鈉溶液，出現白色沉淀后變灰綠色最后變紅褐色，合理答案均可)解析(1)根據沸點差異可知提純SiHCl3