第13讲 碳、硅及其化合物（强化训练）（解析版）

这是一份第13讲 碳、硅及其化合物（强化训练）（解析版），共13页。试卷主要包含了下列叙述不正确的是，下列关于硅的说法不正确的是，下列叙述正确的是，水泥是重要的建筑材料等内容，欢迎下载使用。
A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
B.硬度:晶体硅H2SiO3
D. X(碳元素)与Y(氧元素)能形成多种化合物,一般条件下都能与Z(钠元素)的最高价氧化物的水化物发生反应
答案：C
【解析】CO不属于酸性氧化物,与NaOH溶液不反应,A、D项错误。磨口玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3,使瓶塞与瓶口黏结不易打开,B项错误。
19.大气中CO2含量的增加会加剧“温室效应”。下列活动会导致大气中CO2含量增加的是( )
A．燃烧煤炭供热
B．利用风力发电
C．增加植被面积
D．节约用水用电
答案：A
【解析】煤炭燃烧会放出CO2，导致大气中CO2的含量增加，A项正确。
20.我国《可再生能源法》倡导碳资源的高效转化及循环利用(如图所示)。下列做法与上述理念相违背的是( )
A．大力发展煤的气化及液化技术
B．加快石油等化石燃料的开采和使用
C．以CO2为原料生产可降解塑料
D．将秸秆进行加工转化为乙醇燃料
答案：B
【解析】煤的气化和液化是通过化学变化将煤转化为气体和液体燃料的先进洁净煤技术，可以减少污染物的排放，A项正确；石油等化石燃料为不可再生能源，加快化石燃料的开采和使用，会破坏环境，加重环境污染，B项错误；可降解塑料不会造成“白色污染”，C项正确；将秸秆转化为乙醇燃料，可以减少PM2.5的产生，D项正确。
21.(双选)离子方程式2Ca2++3HCO3-+3OH- 2CaCO3↓+CO32-+3H2O可以表示 ( )
A.Ca(HCO3)2与NaOH溶液反应
B.NaHCO3与澄清石灰水反应
C.Ca(HCO3)2与澄清石灰水反应
D.NH4HCO3与澄清石灰水反应
答案：AB
【解析】A项,Ca(HCO3)2与NaOH按物质的量之比2∶3反应可以得到题干给出的离子方程式,正确。B项,NaHCO3与Ca(OH)2按物质的量之比3∶2反应可以得到题干给出的离子方程式,正确;C项,得到的离子方程式为Ca2++HCO3-+OH- CaCO3↓+H2O,错误;D项,离子方程式中应含NH4+、NH3·H2O,错误。
22.古代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载，20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，其中Cu为＋2价)，下列有关“汉紫”的说法中不正确的是( )
A．用盐的形式表示：BaSiO3·CuSiO3
B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2
C．易溶于强酸、强碱
D．性质稳定，不易褪色
答案：C
【解析】本题考查硅酸盐的性质。硅酸铜钡中各元素的化合价代数和为0，所以BaCuSi2Ox中x为6，用盐的形式表示为BaSiO3·CuSiO3，故A正确；硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，故B正确；BaCuSi2O6是弱酸盐，所以能与强酸反应，不与强碱反应，故C错误；BaCuSi2O6中铜显＋2价，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，故D正确。
23.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
答案：A
【解析】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。
24.水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_______________，还可使用________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是__________________。沉淀B的主要成分为________、________(填化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：MnOeq \\al(－,4)＋H＋＋H2C2O4―→Mn2＋＋CO2＋H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 ml·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为________。
答案：(1)将Fe2＋氧化为Fe3＋ 双氧水
(2)SiO2 SiO2＋4HF===SiF4＋2H2O
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Fe(OH)3 Al(OH)3
(4)45.0%
【解析】(1)Fe3＋容易在pH较小时转换为沉淀，所以需要将Fe2＋氧化为Fe3＋。双氧水可以将Fe2＋氧化为Fe3＋且不会引入杂质。(2)二氧化硅不与强酸反应，但与HF反应，所以沉淀A是二氧化硅。SiO2＋4HF===SiF4＋2H2O。(3)加热可以促进Fe3＋、Al3＋水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。pH为4～5时Ca2＋、Mg2＋不沉淀，Fe3＋、Al3＋沉淀，所以沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4，n(KMnO4)＝0.050 0 ml/L×36.00 mL×10－3 L·mL－1＝1.80×10－3 ml，n(Ca2＋)＝4.50×10－3 ml，水泥中钙的质量分数为eq \f(4.50×10－3 ml×40.0 g/ml,0.400 g)×100%＝45.0%。
25．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1 420 ℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：
①净化N2和H2时，铜屑的作用是__________________，硅胶的作用是_____________。
②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)＋3O2(g) ΔH＝－727.5 kJ·ml－1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是__________________；体系中要通入适量的氢气是为了 _______________________________________________。
③X可能是__________________(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。
(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
②假设每一轮次制备1 ml纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是___________________________________________________________________。
答案：(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl
(2)①除去原料气中的氧气 除去生成的水蒸气
②该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触 将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽)
③硝酸
(3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑
②5∶1
【解析】(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧气和水蒸气都能腐蚀氮化硅，而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气，所以铜屑的作用是除去氧气，硅胶的作用是除去水蒸气。②因为该反应是放热反应，如果温度过高，局部过热，会导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；通入氢气能将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化铜能被还原生成铜，因此要除去铜应该选择硝酸，盐酸和硫酸不能溶解铜，氢氟酸能腐蚀氮化硅。(3)①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和H2：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。②反应生成1 ml纯硅需补充HCl(eq \f(3,90%)－3) ml，需补充H2(eq \f(1,93.75%)－1) ml，补充HCl与H2的物质的量之比为5∶1。
26.高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：
已知：①流化床反应器的主反应：Si＋3HCl eq \(=====,\s\up7(250～300 ℃)) SiHCl3＋H2；
②还原炉的主反应：SiHCl3＋H2 eq \(――→,\s\up7(1 100～1 200 ℃)) Si＋3HCl；
③SiHCl3极易水解：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑。
回答下列问题：
(1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是________(填标号)。
A．Al B．Al2O3 C．CuO D．NaHCO3
SiO2还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为____________。
(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为____________。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是________________________(答出两条即可)。
(4)流化床反应器中除SiHCl3外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用分馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是
________________________________________________________________________。
(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是_____________________________________。
答案：(1)BD (2)SiO2＋2C eq \(=====,\s\up7(高温)) Si＋2CO↑ 1∶2 (3)防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸 (4)各组分沸点相差较大 (5)H2、HCl
【解析】(1)铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，故A不符合题意；氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，故B符合题意；氧化铜与氢氧化钠溶液不反应，故C不符合题意；碳酸氢钠与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，故D符合题意；SiO2还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸为HF，HF属于共价化合物，其电子式为。(2)二氧化硅与碳在高温下反应生成粗硅和CO，对应的化学方程式为SiO2＋2C eq \(=====,\s\up7(高温)) Si＋2CO↑，石英砂和焦炭生成SiC的反应为SiO2＋3C eq \(=====,\s\up7(高温)) SiC＋2CO↑，C元素化合价由0价降低为－4价，由0价升高为＋2价，C既是氧化剂又是还原剂，根据氧化还原规则，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。(3)根据上述流程以及相关信息可知SiHCl3极易水解，反应过程中会产生氢气，而空气中含有氧气和水蒸气，因此整个操作流程都需隔绝空气，原因是防止SiHCl3发生水解，防止硅被氧化，防止氢气与氧气反应而发生爆炸。(4)分馏或蒸馏主要是通过互溶液体混合物沸点不同进行物质分离的方法，因此分馏操作的理论依据是各组分沸点相差较大。(5)根据流程转化示意图分析可知上述操作流程中可以循环利用的物质是H2、HCl。