2019版高考化学一轮精选教师用书苏教专用：专题33第三单元　含硅矿物与信息材料

第三单元　含硅矿物与信息材料

1．了解碳、硅元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
2．了解碳元素单质及其重要化合物对环境的影响。
　碳、硅及其氧化物的性质

[知识梳理]
1．碳、硅的存在形态、物理性质和用途

碳
硅
存在形态
游离态和化合态
化合态
物理性质
金刚石：熔点高、硬度大
石墨：硬度小、电的良导体
灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性
用途
金刚石用于制造切割刀具；石墨用于制造电极、铅笔芯
半导体材料和合金材料
2.碳、硅单质的化学性质
碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
(1)碳
(2)硅
3．二氧化硅和二氧化碳的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
结构
空间立体网状结构，不存在单个分子
存在单个分子
主要物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化学性质
与水反应
不反应
CO2＋H2OH2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱反应(如NaOH)
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3

与盐反应
如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3
与碱性氧化物反应
如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3
如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
[自我检测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)用活性炭去除冰箱中的异味，该过程中没有发生化学反应。(　　)
(2)加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应。(　　)
(3)CO2不支持燃烧是相对的。(　　)
(4)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应。(　　)
(5)不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸，不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化。(　　)
解析：(1)是活性炭的吸附作用，属于物理变化，正确；(3)活泼金属(如镁)可以在CO2中燃烧，正确；(4)硅常温下可以和强碱溶液、HF反应，错误；(5)一定条件下，SiO2与NaOH、Na2CO3能发生反应，正确。
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√
2．将碳、硅的单质和其物理性质或用途用短线连接起来。
　　　　　　　




答案：①—c　②—a　③—e　④—b　⑤—d

　(2018·湖北重点中学联考)往含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的混合溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L(标准状况)时立即停止。则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)(　　)

[解析]　本题涉及的化学反应有①Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O、②2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O、③BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2、④Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3。当未通入CO2气体时，溶液中的离子为0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol OH－，共0.7 mol；当通入2.24 L CO2气体时，发生反应①，此时溶液中离子为0.2 mol Na＋、0.2 mol OH－，共0.4 mol；当通入4.48 L CO2时，发生反应②，此时溶液中离子为0.2 mol Na＋、0.1 mol CO，共0.3 mol；当通入6.72 L CO2时，发生反应④，此时溶液中离子为0.2 mol Na＋、0.2 mol HCO，共0.4 mol；当通入8.96 L CO2时，发生反应③，此时溶液中离子为0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol HCO，共0.7 mol，故C正确。
[答案]　C

标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO) 的比值为(不考虑CO、HCO的水解)(　　)
A．1∶1　　　　　　　　　　　 B．1∶2
C．2∶1 D．1∶3
解析：选B。n(CO2)＝＝0.15 mol，
n(NaOH)＝0.2 L×1.00 mol·L－1＝0.20 mol，
由于1<<2，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。
设n(Na2CO3)＝x，n(NaHCO3)＝y，
则有，
解得x＝0.05 mol，y＝0.10 mol。

CO2与碱反应产物的定量判断
CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为
①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；
②CO2＋NaOH===NaHCO3。
当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：


题组一　碳、硅单质的性质
1．(2018·梧州高三月考)近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是(　　)



石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A.石墨烯具有良好的导电性
B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
解析：选D。A项，石墨烯是一种新发现的材料，它的物理性质是拉力好、导电性和导热性好、硬度大、熔点高等；B项，同种元素的不同单质互称同素异形体；C项，碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子；D项，碳与浓硫酸反应产物均为二氧化碳、二氧化硫和水。
2．下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是(　　)
A．SiO2―→Si
B．CO2―→C
C．SiO2―→H2SiO3
D．Si―→Na2SiO3
解析：选C。A项，SiO2＋2CSi＋2CO↑；B项，CO2＋2Mg2MgO＋C；C项，SiO2不能与水反应生成H2SiO3，也无法与其他物质通过一步反应生成H2SiO3；D项，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
题组二　碳、硅氧化物的性质
3．下列说法正确的是(　　)
A．反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，说明H2SiO3的酸性强于H2CO3的酸性
B．可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应
C．二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料
D．CO2、CH4、N2都是温室气体
解析：选C。强酸制弱酸的规律适用于在溶液中进行的反应，而SiO2与Na2CO3是高温下固体之间的反应，由于生成CO2气体逸出，有利于反应的进行，A项错；焦炭和SiO2制取硅需在高温下反应，在高温下试管会熔化，玻璃中的SiO2也会与焦炭反应，B项错；N2不是温室气体，D项错。
4．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着)。
可供选择的试剂：A.盐酸；B.氢氧化钠溶液；C.氧气；D.水；E.二氧化碳。
可选用的操作：①水洗；②加热；③高温灼烧；④过滤；⑤结晶。
序号
粉末状混合物
选择的试剂
选用的操作
(1)
CaCO3(SiO2)


(2)
NaCl(SiO2)


(3)
SiO2(Fe2O3)


(4)
SiO2(CaCO3)


(5)
SiO2(NH4Cl)


解析：可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸(氢氟酸除外)反应；它受热不分解等性质来除杂。而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应；氯化铵能受热分解。通过一定操作，除去杂质。除杂过程中所发生反应的化学方程式如下：
(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；
(3)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O；
(4)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O；
(5)NH4ClNH3↑＋HCl↑。
答案：(1)B　④　(2)D　④⑤　(3)A　④　(4)A　④　(5)(不需要加试剂)　②

碳、硅及其化合物的“十个特殊性”
(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但硅、金刚石的熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
(3)Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
(4)非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
(6)SiO2是酸性氧化物却能和非氧化性酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(7)无机酸一般能溶于水，但H2SiO3却难溶于水。
(8)H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，但高温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生。
(9)硅酸钠水溶液俗称“泡花碱”或水玻璃，却是盐溶液。
(10)一般情况下，金属(Na、K、Fe)能置换出水中的氢，但在高温下非金属C也能置换出水中的氢：C＋H2O(g)H2＋CO。
　硅酸及硅酸盐

[知识梳理]
一、硅酸
1．硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。
2．硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。
3．硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
4．硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。
二、硅酸盐
1．概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
2．表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
3．硅酸钠(Na2SiO3)
(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)它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为
①与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；
②与少量CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
三、无机非金属材料
1．传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
2.新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
[自我检测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)(2015·高考全国卷Ⅱ，7A)硅胶可用作食品干燥剂。(　　)
(2)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强。(　　)
(3)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料。(　　)
(4)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品。(　　)
(5)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。(　　)
解析：(4)水晶、玛瑙的主要成分均是SiO2，不是硅酸盐产品，错误；(5)Na2SiO3 水溶液俗称水玻璃、泡花碱，它是一种盐溶液，错误。
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×
2．将下列硅酸盐改写成氧化物的形式。
(1)NaAlSi3O8______________________________________；
(2)Mg2Si3O8·nH2O________________________________。
答案：(1)Na2O·Al2O3·6SiO2
(2)2MgO·3SiO2·nH2O
3．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土
B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口黏在一起
解析：选A。制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱和石英砂，A项不正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B项正确。

(1)用氧化物的形式表示硅酸盐，只是物质组成的表示形式不同，其成分、性质是不变的。氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。
(2)氢氟酸能腐蚀玻璃，可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。

　氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航天航空、汽车发动机、机械等领域有着广泛的用途。由石英砂合成氮化硅粉末的路线图如下所示：

其中 —NH2基团中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学反应方程式表示其原因：____________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是_________________________________。
(3)SiCl4在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为__________________________________。
(4)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________________。
(5)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：___________________________。
[解析]　(1)石英砂不能与碱共同存放的实质是SiO2与碱可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应②是硅单质与Cl2反应，也是氧化还原反应。(3)SiCl4水解可以看作Si结合四个OH－生成H4SiO4，原硅酸不稳定失水生成H2SiO3，Cl－结合H＋生成HCl。(4)氮化硅的化学式可通过题目信息，运用质量守恒求得。(5)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
[答案]　(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①②　(3)SiCl4＋3H2O===4HCl＋H2SiO3↓(答案合理即可，若写“H4SiO4”也正确)　(4)Si3N4　(5)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
　
(1)与SiCl4水解原理类似，试写出PCl5水解反应的化学方程式：____________________________________。
(2)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，该反应的化学方程式为_________________________________。
答案：(1)PCl5＋4H2O===5HCl＋H3PO4
(2)3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑

题组一　硅酸盐的性质与应用
1．汉紫是出土文物兵马俑所使用的一种颜料，其成分为硅酸铜钡(BaCuSi2O6)。下列有关汉紫的说法中正确的是(　　)
A．硅酸铜钡是硅酸铜和硅酸钡的混合物
B．汉紫中Cu的化合价为＋1
C．可以写作BaO·CuO·SiO2的形式
D．性质稳定，不易褪色
解析：选D。BaCuSi2O6是纯净物，A项错误。由化合物中各元素化合价代数和为零知，BaCuSi2O6中Cu的化合价为＋2，B项错误。BaCuSi2O6可以写作BaO·CuO·2SiO2的形式，C项错误。汉紫是出土文物兵马俑所使用的一种颜料，可见其性质稳定，不易褪色，D项正确。
2．下列物质性质与用途对应关系正确的是(　　)
选项
性质
用途
A
硅酸钠化学性质稳定
用作木材防火剂
B
硅胶具有吸附水分的能力
硅用作半导体材料
C
二氧化硅硬度大、熔点高
用氢氟酸在玻璃上刻花纹
D
焦炭具有可燃性
焦炭还原二氧化硅冶炼粗硅
解析：选A。硅胶吸附水，与硅用作半导体材料无关，B错误；二氧化硅硬度大、熔点高，与氢氟酸在玻璃上刻花纹无关，C错误；焦炭具有可燃性，与焦炭还原二氧化硅无关，D错误。
3．硅与铝同周期。SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃塞容易形成黏性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为_____________________________。
长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为________________________。
解析：玻璃的成分中含有SiO2，能与NaOH溶液反应生成黏性很强的Na2SiO3而发生黏连，反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于钙长石和钠长石中氧原子的物质的量分数相同，钠长石中钠与铝的原子个数比为1∶1，钙长石中钙和铝的原子个数比为1∶2。钠长石中氧原子的物质的量分数为，则钙长石用氧化物的形式表示为CaO·Al2O3·nSiO2，因此＝，n＝2，钙长石的化学式为CaO·Al2O3·2SiO2，即为CaAl2Si2O8。
答案：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　CaAl2Si2O8
题组二　含硅物质间的转化
4．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是(　　)

A．SiO2属于两性氧化物
B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
解析：选C。SiO2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A错；在图示转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应，D错。
5．(2015·高考海南卷)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：

(1)能与X发生化学反应的酸是________；由X制备Mg2Z的化学方程式为_______________________________。
(2)由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为_____________，Y分子的电子式为________。
(3)Z、X中共价键的类型分别是________、________。
解析：单质Z为半导体，则Z是Si；Si的氧化物为SiO2(X)，可与氢氟酸反应。根据反应流程图可知，SiO2与Mg在加热条件下反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。
答案：(1)氢氟酸　SiO2＋4Mg2MgO＋Mg2Si
(2)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑　
(3)非极性(共价)键　极性(共价)键
[课后达标检测]
一、选择题
1．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是(　　)
选项
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
解析：选A。刚玉和金刚石的成分分别是三氧化二铝和碳；大理石和石灰石的主要成分都是碳酸钙；普通玻璃和普通水泥都是常见的硅酸盐材料；沙子和石英的主要成分都是二氧化硅。
2．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)
A．沙子和粘土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使粘土发生了复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
解析：选A。沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误。粘土烧制成瓦的过程中发生了复杂的物理化学变化，B项正确。由“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，C项正确。粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D项正确。
3．(2018·梧州一模)下列叙述正确的是(　　)
A．利用高纯硅可以制成光电池，将光能直接转化为电能
B．CO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒
C．从SiO2制备高纯Si的过程反应中只涉及置换反应
D．SiO2和H2O反应可直接制备H2SiO3
解析：选A。高纯硅的其中一个用途就是制成光电池；CO2与血红蛋白不结合；从SiO2制备高纯Si的过程反应中还涉及化合反应；SiO2和H2O不反应。
4．昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为(　　)
A．CaO·MgO·SiO2·H2O
B．2CaO·5MgO·8SiO2·H2O
C．2CaO·MgO·SiO2·2H2O
D．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O
解析：选B。根据硅酸盐改写成氧化物的要求和元素守恒，昆仑玉的氧化物形式可表示为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。
5．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素(　　)
A．在自然界中只以化合态的形式存在
B．单质常用作半导体材料和光导纤维
C．最高价氧化物不与任何酸反应
D．气态氢化物比甲烷稳定
解析：选A。短周期非金属元素最外层电子数是次外层电子数一半的是Si。硅在自然界中只以化合态形式存在。硅常用作半导体材料，SiO2是光导纤维的主要成分。SiO2虽然是酸性氧化物，但可以和HF反应。硅的非金属性比碳弱，其气态氢化物比甲烷活泼。
6．下列离子方程式的书写正确的是(　　)
A．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3
B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO
C．硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑
D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
解析：选D。Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiO，且应生成HCO；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。
7．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．反应器中发生的反应为氧化还原反应
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，二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中，硅元素的化合价也是＋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，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。
8．将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(　　)

解析：选D。CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与 Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。
9．在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为(　　)
A．Na2SiO3
B．Na2SiO3与Na2CO3
C．SiO2与Na2CO3
D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO3
解析：选A。通入少量CO2生成少量Na2CO3和H2SiO3，高温充分灼烧又发生反应：H2SiO3SiO2＋H2O，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑。
10.将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是(　　)
A．Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O
B．ab段与cd段所发生的反应相同
C．de段沉淀减少是由于BaCO3固体的消失
D．bc段反应的离子方程式是2AlO＋3H2O＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO
解析：选B。CO2优先与Ba(OH)2反应(图像中Oa段)，然后与KOH反应(图像中ab段)，接着与KAlO2反应(图像中bc段)，再与K2CO3反应(图像中cd段)，最后与BaCO3反应(图像中de段)。
二、非选择题
11．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________。
A．陶瓷　　　　　　　　　 B．玻璃
C．水泥 D．生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为________________________________，
工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D.铁坩埚
(4)工业上常利用反应2C＋SiO2Si＋2CO↑制备粗硅，该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________。
解析：(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si元素，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)题给反应中C(碳)被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
答案：(1)D　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氢氟酸　(3)防火剂　D　(4)C　SiO2
12．硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：
(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是________。
(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有__________________________________。
(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：


发生的主要反应
电弧炉
SiO2＋2CSi＋2CO↑
流化床
反应器
Si＋3HClSiHCl3＋H2
还原炉
SiHCl3＋H2Si＋3HCl
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为____________________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2 355
57.6
31.8
8.2
－30.4
－84.9
－111.9
③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为_________________________________________。
(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是________。
解析：(1)加热石英砂、木炭和铁时，得到的为合金。(2)生产普通玻璃的主要原料为石英砂、纯碱和石灰石。(3)①石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热反应生成碳化硅，化学方程式为SiO2＋3CSiC＋2CO↑；碳化硅俗称金刚砂；它的结构与金刚石(或单晶硅)相似。②比较SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸点，可得常温下SiHCl3、SiCl4为液体，SiH2Cl2、SiH3Cl为气体，沉降除去产物中的固体后，冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体，用蒸馏法可分离二者。③SiHCl3极易水解：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。(4)氯碱工业产生的H2、HCl，能作为上述工艺生产的原料。
答案：(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)　(2)石英砂、纯碱和石灰石　(3)①SiO2＋3CSiC＋2CO↑　金刚砂　金刚石(或单晶硅)　②精馏(或蒸馏)　③H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl　(4)H2、HCl
13．(2018·厦门十中月考)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。

实验操作步骤：
Ⅰ.打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。
Ⅱ.A中看到白色沉淀时，……，关闭活塞a。
请回答：
(1)B中反应的离子方程式是________________________________________。
(2)通过步骤Ⅰ、Ⅱ得知盐酸具有的性质是__________(填字母)。
A．挥发性 B．还原性
C．氧化性 D．酸性
(3)C装置的作用是_____________________，X是__________(写化学式)。
(4)为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是___________________________________，
D中反应的化学方程式是_______________________________________。
(5)碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是__________________(从原子结构角度加以解释)。
解析：B中CaCO3与盐酸反应的离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O，此反应表明盐酸具有酸性，A中看到的白色沉淀是AgCl沉淀，此现象表明盐酸具有挥发性。C装置是用饱和NaHCO3溶液除去CO2中混有的HCl气体，以保证与Na2SiO3溶液反应生成白色胶状沉淀的是CO2，此反应的化学方程式为CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，从而说明碳酸的酸性强于硅酸，进而证明碳的非金属性强于硅。
答案：(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O
(2)AD　(3)除去CO2中的HCl气体　NaHCO3
(4)打开弹簧夹2，关闭弹簧夹1，当D中出现白色胶状沉淀后　Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
(5)碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱
14．(2017·高考全国卷Ⅱ)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____________、______________(写化学式)。
(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MnO＋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 mol·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为____________。
解析：(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，为了不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2(或H2SiO3)，SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。(3)加入氨水调节溶液的pH＝4～5的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。(4)根据反应中转移电子数相等可找出关系式2MnO～5H2C2O4，结合消耗KMnO4溶液的浓度和体积可求出n(H2C2O4)＝＝4.5×10－3mol，则该水泥样品中钙的质量分数为×100%＝45.0%。
答案：(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋　H2O2
(2)SiO2(或H2SiO3)　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)
(3)防止胶体生成，易沉淀分离　Al(OH)3　Fe(OH)3
(4)45.0%