第10講碳、硅及其重要化合物A組基礎必做題1．(2020·天津靜海調研)《厲害了，我的國》“中國名片”中航天、軍事、天文等領域的發展受到世界矚目，它們與化學有著密切聯系。下列說法正確的是(C)A．“中國天眼”的“眼眶”是鋼鐵結成的圈梁，屬于新型無機非金屬材料B．“中國殲-20”上用到的氮化鎵材料屬于合金材料C．“神舟十一號”宇宙飛船返回艙外表面使用的高溫結構陶瓷是新型無機非金屬材料D．“天宮二號”空間實驗室的太陽能電池板的主要材料是二氧化硅[解析]本題以“中國名片”為背景，考查與化學相關的各種材料的具體應用。鋼鐵屬于金屬材料，故A項錯誤；合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質，是混合物，而氮化鎵是化合物，不屬于合金，故B項錯誤；高溫結構陶瓷屬于新型無機非金屬材料，故C項正確；太陽能電池板的主要材料是單質硅，故D項錯誤。2．(2020·山西省實驗中學聯考)有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，下列說法正確的是(D)A．晶體硅具有半導體性質，可用于生產光導纖維B．玻璃中含有的SiO2可與NaOH溶液反應，故常用NaOH溶液雕刻玻璃紋飾C．陶瓷、水泥、石英玻璃都屬于硅酸鹽材料D．硅酸鹽Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示為Na2O·2FeO·3SiO2[解析]晶體硅具有半導體性質，可用于生產電腦芯片等，二氧化硅可用于制造光導纖維，A不正確；用于雕刻玻璃紋飾的是氫氟酸，而不是NaOH溶液，B不正確；陶瓷、水泥屬于硅酸鹽材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，C不正確；硅酸鹽Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示為Na2O·2FeO·3SiO2，D正確。3．(2020·安徽合肥一中、馬鞍山二中等六校聯考)化學與生產和生活密切相關。下列有關說法正確的是(D)A．古代記載文字的器物——甲骨，其主要成分是蛋白質B．工藝裝飾材料——天然水晶，屬于硅酸鹽產品C．第五形態的碳單質——“碳納米泡沫”，與石墨烯互為同分異構體D．秸稈經加工處理成具有吸水性的材料——植物纖維，可用作食品干燥劑[解析]本題考查物質的組成。古代記載文字的器物——甲骨，其主要成分是含鈣物質，故A項錯誤；工藝裝飾材料——天然水晶，其主要成分是二氧化硅，不屬于硅酸鹽產品，故B項錯誤；“碳納米泡沫”與石墨烯屬于組成元素相同、結構不同的兩種單質，互為同素異形體，故C項錯誤：秸稈經加工處理成具有吸水性的材料——植物纖維，具有無毒、無味的特性，可用作食品干燥劑，故D項正確。4．(2020·湖南永州模擬)化學與科技、生活密切相關。下列敘述正確的是(D)A．泰國銀飾和土耳其彩瓷是“一帶一路”沿線國家的特色產品，其主要成分均為金屬材料B．從石墨中剝離出的石墨烯薄片能導電，因此石墨烯是電解質C．中國天眼FAST用到的高性能碳化硅是一種新型的有機高分子材料D．國產客機大規模使用先進的材料鋁鋰合金，該合金密度小，強度高[解析]本題考查各種材料的組成、性質與具體用途。泰國銀飾中的銀為金屬單質，屬于金屬材料，土耳其彩瓷的主要成分是硅酸鹽，屬于無機非金屬材料，故A項錯誤，電解質是指在水溶液或熔融狀態下能導電的化合物，而從石墨中剝離出的石墨烯薄片屬于單質，故B項錯誤；中國天眼FAST用到的碳化硅是一種新型的無機非金屬材料，故C項錯誤：鋁鋰合金的密度較小，且其強度較高，可以大規模使用在國產客機上，故D項正確。5．(2020·四川宜賓三診)中國傳統文化中的“筆、墨、紙、硯”被稱為“文房四寶”。下列說法錯誤的是(D)A．毛筆中羊毫的主要成分是蛋白質B．墨中炭黑性質穩定可使古代字畫長期保存而不褪色C．宣紙制作工序中的“加堿蒸煮”主要發生化學變化D．硯石中含有二氧化硅，結構式為O=Si=O[解析]本題考查“文房四寶”的主要成分及相關性質。動物毛發的主要成分是蛋白質，則毛筆中羊毫的主要成分是蛋白質，故A項正確；碳的化學性質穩定，常溫下在空氣中不易發生反應，所以用墨寫字、畫畫可長期保存而不褪色，故B項正確；宣紙制作工序中的“加堿蒸煮”過程中發生了水解反應，故C項正確；二氧化硅屬于原子晶體，硅原子和氧原子之間通過單鍵相連，故D項錯誤。6．(2019·山東濰坊檢測)《天工開物》記載，“凡埏泥浩瓦，掘地二尺余，擇取無砂黏土而為之”“凡坯既成，干燥之后，則堆積窖中燃薪舉火”“澆水轉釉(主要為青色)，與造磚同法”。下列說法正確的是(C)A．“燃薪舉火”使黏土發生復雜的物理變化B．沙子和黏土主要成分為硅酸鹽和碳酸鈣C．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦D．黏土和石灰石是制作磚瓦和陶瓷的主要原料[解析]黏土燒制成瓦的過程為復雜的物理、化學變化過程，A項錯誤；沙子主要成分為二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不屬于硅酸鹽，B項錯誤；自然冷卻得到紅瓦，澆水冷卻得到青瓦，C項正確；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無砂黏土而為之”可知黏土是制作磚瓦和陶瓷的主原料，沒有石灰石，D項錯誤。7．(2019·四川達州檢測)下列說法中正確的是(C)A．單質eq\o(→,\s\up7(O2))氧化物eq\o(→,\s\up7(H2O))酸或堿eq\o(→,\s\up7(NaOH或HCl))鹽，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如圖所示的轉化關系C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中D．青花瓷胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示為Al2O3·SiO2·H2O[解析]本題考查硅及其化合物的性質與轉化。A項，Si與O2反應生成SiO2，SiO2不與H2O反應，“氧化物eq\o(→,\s\up7(H2O))酸或堿”不能實現，錯誤；B項，b→c，c→a均不能通過一步反應實現，錯誤；C項，二氧化碳和二氧化硅都屬于酸性氧化物，都能與NaOH溶液反應生成鹽和水，正確；D項，硅酸鹽可以用鹽的形式或氧化物的形式，[Al2Si2O5(OH)4]可表示為Al2O3·2SiO2·2H2O，錯誤。8．(2020·山東濱州高三檢測)從“南澳一號”沉船中發現了大量宋代精美瓷器，體現了燦爛的中華文明。青花瓷胎體的原料——高嶺土[Al2Si2O5(OH)x]可摻進瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是鉀長石(KAlSi3O8)，在1300℃左右一次燒成的釉可形成精美的青花瓷。(1)下列說法正確的是CD(填序號)。A．高嶺土分子中x＝2B．鉀長石能完全溶解在鹽酸中形成澄清的溶液C．燒制青花瓷過程中發生了復雜的物理變化和化學變化D．青花瓷、玻璃、水泥都屬于硅酸鹽產品(2)在“南澳一號”考古過程中，需用高純度SiO2制造的光纖。下圖是用海邊的石英砂(含氯化鈉、氧化鋁等雜質)制備二氧化硅粗產品的工藝流程。①洗滌石英砂的目的是除去石英砂中的NaCl雜質。②二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應的離子方程式是SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。③在以上流程中，要將洗凈的石英砂研磨成粉末，目的是增大反應物之間的接觸面積，從而增大反應速率，提高生產效率。④工業上常用純凈石英砂與C在高溫下發生反應制備粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物質的量之比為1﹕1。下列說法正確的是B(填序號)。A．SiC是一種傳統的無機非金屬材料B．制造粗硅時的反應為2SiO2＋5Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋SiC＋4CO↑C．在以上流程中，將鹽酸改為NaOH溶液，也可達到目的D．純凈的SiO2只能用于制造光導纖維[解析](1)選項A，根據化合物中各元素的正、負化合價代數和等于零的原則，可得(＋3)×2＋(＋4)×2＋(－2)×5＋(－1)×x＝0，解得x＝4，A錯；選項B，鉀長石與鹽酸反應后不能形成澄清的溶液，B錯；選項C，根據陶瓷的制作過程可推測出燒制青花瓷的過程中發生了復雜的物理變化和化學變化，C正確；選項D，青花瓷，玻璃、水泥都屬于硅酸鹽產品，D正確。(2)①石英砂中含有易溶于水的NaCl雜質，洗滌石英砂可使NaCl與SiO2分離。②SiO2與NaOH溶液反應生成Na2SiO3和H2O，據此可寫出相應的離子方程式。③將洗凈的石英砂研磨成粉末后能增大反應物的表面積，從而增大反應物之間的接觸面積，增大反應速率，提高生產效率。④選項A，SiC是一種新型無機非金屬材料。選項B，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物質的量之比為1﹕1，根據元素的原子個數守恒和得失電子守恒，可將題述信息轉化為如下反應：2SiO2＋5Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋SiC＋4CO↑。選項C，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，無法實現二者的分離。選項D，純凈的SiO2還可用于制造光學玻璃等，正確答案為B。B組能力提升題9．(2020·山東聊城模擬)青石棉(croCldolite)是一種致癌物質，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，還原產物只有NO，下列說法不正確的是(B)A．青石棉是一種硅酸鹽產品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Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被還原[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)結合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產品；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反應時，失去3mol電子，而還原產物只有NO，故能使1molHNO3被還原。10．(2019·江西師大附中模擬)由下列實驗事實得出的結論正確的是(C)A．由SiO2不能與水反應生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B．由SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，可知碳的非金屬性強于硅C．CO2通入Na2SiO3溶液產生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3D．SiO2可與NaOH溶液反應，也可與氫氟酸反應，可知SiO2為兩性氧化物[解析]二氧化硅難溶于水，但二氧化硅可以與強堿反應生成鹽和水，故二氧化硅是硅酸的酸酐，A項錯誤；該反應中C能置換出硅是因為生成CO氣體逸出，促進了反應的自發進行，不能通過該反應比較C、Si的非金屬性，元素非金屬性強弱常根據氣態氫化物穩定性、最高價含氧酸的酸性、單質氧化性等進行比較，B項錯誤；由CO2通入Na2SiO3溶液產生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3，C項正確；兩性氧化物是指和酸、堿反應生成鹽和水的氧化物，二氧化硅和氫氟酸反應是其特殊性質，不能和其他酸發生反應，二氧化硅和堿溶液反應生成鹽和水，是酸性氧化物，D項錯誤。11．(2019·山西晉城檢測)A、B、C、D、E五種物質中均含有同一種短周期主族元素R，它們能發生如圖所示的轉化關系，已知A、B、D、E四種物質均難溶于水，單質R能與NaOH溶液反應生成鹽和氫氣。下列說法正確的是(B)A．反應①中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1﹕1B．化合物A既能溶于NaOH又能溶于氫氟酸C．反應④的離子方程式為2R＋2OH－＋2H2O=2ROeq\o\al(－,2)＋3H2↑D．化合物C的水溶液與反應①產生的氣體能夠發生化學反應[解析]單質R能與NaOH溶液反應生成鹽和氫氣，常見的是Al或Si，由圖中轉化關系可知，若R是Al，則C應為NaAlO2，但NaAlO2與過量鹽酸反應生成NaCl和AlCl3，不能生成難溶物，所以R是Si，A在高溫下能與焦炭和石灰石反應，說明A是SiO2，根據圖中轉化關系可推知，B為CaSiO2、D為Si、C為Na2SiO3、E為H2SiO3。反應①的化學方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，由化學方程式可知氧化劑與還原制的物質的量之比為1﹕2，故A錯誤；SiO2既能與NaOH溶液反應，又能和氫氟酸反應，故B正確；反應④的離子方程式為Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑，故C錯誤；反應①產生的氣體是CO，Na2SiO3溶液與CO不反應，故D錯誤。12．(2019·湖北黃岡模擬)SiO2是一種化工原料，利用SiO2可以制備一系列物質。下列說法正確的是(C)A．圖中所有反應都不屬于氧化還原反應B．硅酸鹽的化學性質穩定，常用于制造光導纖維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]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項錯誤；光導纖維的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽，B項錯誤；玻璃沒有固定的熔點，D項錯誤。13．(2020·唐山模擬)X是一種新型無機非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關生產過程如下：ABeq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(①),\s\do5(加熱)))eq\x(化合物C)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(②過量NH3),\s\do5()))eq\x(化合物D)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(③隔絕空氣),\s\do5(高溫)))eq\x(X)為了確定C的組成，某同學進行了以下的探究過程。已知F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，Ⅰ可用于制造光導纖維。eq\x(化合物C)eq\a\vs4\al(\f(④,水))eq\x(E)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(⑤硝酸銀溶液),\s\do5(稀硝酸)))eq\x(G)eq\x(F)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(⑥NaOH),\s\do5(溶液)))eq\x(H)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(⑦),\s\do5(過量CO2)))eq\x(F)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(加熱),\s\do5()))eq\x(I)按要求回答下列問題：(1)C的化學式為SiCl4；X的化學式為Si3N4。(2)寫出下列化學方程式：反應①的化學方程式：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4。反應⑦的離子方程式：SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2HCOeq\o\al(－,3)。[解析]本題可從I入手推斷，I可用于制造光導纖維，故其為二氧化硅，F為硅酸，H為硅酸鈉。E為HCl，C為四氯化硅，X為Si3N4。反應①為Si與Cl2反應生成SiCl4，反應⑦為硅酸鈉與過量的二氧化碳反應生成硅酸和碳酸氫鈉。14．(2020·甘肅天水一中第二次考試)硅在地殼中的含量較高，硅及其化合物的開發由來已久，在現代生活中有廣泛應用?；卮鹣铝袉栴}：(1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的傳統無機非金屬材料，其中生產普通玻璃的主要原料有純堿、石英、石灰石。(2)高純硅是現代信息、半導體和光伏發電等產業都需要的基礎材料。工業上提純硅有多種路線。Ⅰ.鋅還原四氯化硅是一種有著良好應用前景的制備硅的方法，該制備過程示意圖如下：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(焦炭/高溫),\s\do5(Ⅰ))eq\x(Si粗)eq\o(→,\s\up7(Cl2/300℃),\s\do5(Ⅱ))eq\x(SiCl4)eq\o(→,\s\up7(Zn/高溫),\s\do5(Ⅲ))eq\x(高純硅)①過程Ⅰ發生反應的化學方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(3273K))SiC＋2CO↑為副反應)，若產品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為1﹕1，則參加反應的C和SiO2的質量之比為1﹕2。②整個制備過程必須嚴格控制無水。SiCl4遇水劇烈水解生成兩種酸，反應的化學方程式是SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl。Ⅱ.工業上也可以通過如圖所示的流程制取純硅：①有關物質的沸點數據如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和蒸餾；SiHCl3極易水解，其完全水解的化學方程式為SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。物質SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9②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5﹕1。[解析](1)工業上生產普通玻璃的主要原料是純堿、石英、石灰石。(2)Ⅰ.①過程Ⅰ中二氧化硅與C在高溫下反應生成硅和一氧化碳，反應的化學方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，副反應為SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(3273K))SiC＋2CO↑，若產品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為1﹕1，根據化學方程式，假設生成1mol硅和1mol碳化硅，則參加反應的C和SiO2的物質的量分別為5mol和2mol，質量之比為(5mol×12g·mol－1)﹕(2mol×60g·mol－1)＝1﹕2。②SiCl4遇水劇烈水解生成兩種酸，則為HCl和H2SiO3，反應的化學方程式為SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl。Ⅱ.①由表格中數據可知SiHCl3與其他幾種物質沸點差別較大，可以通過蒸餾除去雜質；SiHCl3水解生成硅酸、氫氣和氯化氫，反應的化學方程式為SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。②Ⅰ中反應為Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(553～573K))SiHCl3＋H2，Ⅱ中反應為SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1373～1453K))Si＋3HCl，則反應生產1mol純硅需補充HCl：(eq\f(3,90%)－3)mol，需補充H2：(eq\f(1,93.75%)－1)mol，補充HCl與H2的物質的量之比為(eq\f(3,90%)－3)mol﹕(eq\f(1,93.75%)－1)mol≈5﹕1。15．(2020·天津武清月考)單晶硅是信息產業中重要的基礎材料。通常用炭在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質)，粗硅與氯氣反應生成四氯化硅(反應溫度450～500℃)，四氯化硅經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。相關信息：①四氯化硅遇水極易水解；②SiCl4的沸點為57.6℃