第12讲 碳、硅及其化合物
一、单项选择题
1．下列对材料的说法错误的是( )。
A．新材料的开发和应用，是社会发展和人类进步的一种标志
B．水泥、玻璃、陶瓷属于新型无机非金属材料
C．传统的无机非金属材料虽有不少优点，但质脆、经不起热冲击
D．新型结构陶瓷具有承受高温、抗氧化、耐磨损、密度小等特点，可应用于宇航事业
2．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法不正确的是( )。
A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片
B．硅可由二氧化硅还原制得
C．低温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应
D．自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅
3．青石棉(Crocidolite in Ironstone)是一种致癌物质，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2(化学组成可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O)。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法正确的是( )。
A．青石棉不属于硅酸盐材料
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉属于新型无机非金属材料
D．1 mol青石棉能使1 mol 稀HNO3被还原
4．下列表述正确的是( )。
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅；②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐；③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料；④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛；⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能。
A．①②③ B．②④ C．③④⑤ D．③⑤
5．四氯化硅还原法是当前制备较高纯度硅的一种方法，有关反应的化学方程式：SiCl4＋2H24HCl＋Si。下列说法不合理的是( )。
A．反应制得的硅可用于制造半导体材料
B．增大压强有利于加快上述反应的化学反应速率
C．四氯化硅可以由粗硅与氯气通过化合反应制得
D．混入少量空气对上述反应无影响
6．华裔科学家高琨因“在光纤传输信息领域中的突破性成就”获得2009年诺贝尔物理学奖。下列有关硅材料的说法正确的是( )。
A．光纤的主要成分是高纯度的单质硅
B．金刚砂的主要成分是二氧化硅
C．28 g硅含有6.02×1023个电子
D．28Si、29Si、30Si是不同的核素
7．(2011年上海高考)120 mL含有0.20 mol碳酸钠的溶液和200 mL盐酸，不管将前者滴加入后者，还是将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生成的气体体积不同，则盐酸的浓度合理的是( )。
A．2.0 mol/L B．1.5 mol/L
C．0.18 mol/L D．0.24 mol/L
8．(2011年江苏高考)下列有关物质的性质和该性质的应用均正确的是( )。
A．常温下浓硫酸能是铝发生钝化，可在常温下用铝制贮藏贮运浓硫酸
B．二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
C．二氧化氯具有还原性，可用于自来水的杀菌消毒
D．铜的金属活泼性比铁的差，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀
二、双项选择题
9．(2011年海南高考)“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图K2－12－1所示(部分条件及物质未标出)。
图K2－12－1
下列有关该方法的叙述中正确的是( )。
A．能耗大是该方法的一大缺点
B．整个过程中，只有一种物质可以循环利用
C．“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤
D．该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品
10．对于化学方程式SiO2＋3CSiC＋2CO↑，有关叙述正确的是( )。
A．反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂
B．硅元素被还原了，碳元素被氧化了
C．在反应中C既是氧化剂又是还原剂
D．在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
11．某些保健品中含有的锗元素(Ge)位于周期表的第4周期第ⅣA族。有关锗的叙述正确的是( )。
A．锗的原子序数为34
B．锗元素金属性比锡强
C．Ge可形成Na2GeO3的盐
D．单质锗是半导体材料
三、非选择题
12．(1)普通玻璃的化学式是Na2CaSi6O14，以氧化物形式可表示为__________________，钾云母的化学式是K2H4Al6Si6O24，以氧化物形式表示为_______________________________。
正长石的化学式是KAlSi3Ox，x是______________，以氧化物形式表示为_____________ _________。
(2)三硅酸镁(2MgO·3SiO2·nH2O)被用来治疗胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。写出三硅酸镁与盐酸(胃酸中含有盐酸)反应的化学方程式：______________________________________________________________。
13．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃反应获得氮化硅。
(1)根据性质推测氮化硅陶瓷的用途是________(填字母)。
A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃
C．制永久性模具 D．制造柴油机
(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，写出该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：_________________________________________________________。
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为：___________________________________________________________。
14．晶体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；
③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅；
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为：__________。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：
图K2－12－2
①装置B中的试剂是____________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是：____________________________________________________。
②装置D中发生反应的化学方程式为：______________________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是______________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及__________________________________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，请设计实验进行检验，叙述实验操作、预期现象和结论。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第12讲 碳、硅及其化合物
1．B 解析：水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料。
2．D 解析：自然界中无单质硅存在。
3．D 解析：本题考查硅酸盐材料。青石棉属于硅酸盐材料，且属于传统无机非金属材料，A、C错；硅酸盐材料可以写成氧化物的形式，但并不是表示由这些氧化物组成的，B错；观察氧化物组成形式，里面有3个Fe2＋，与硝酸反应被氧化为Fe3＋，根据化合价升降相等，D正确。
4．D 解析：本题主要考查硅及其化合物的具体应用。刚玉的主要成分为Al2O3；玛瑙的主要成分是SiO2；玻璃的主要成分为SiO2；水泥的主要成分为3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3等，为硅酸盐材料；Cu2O虽然是红色的，但它不能变色，也不能吸收有害光线。
5．D 解析：此反应可以制得较高纯度的硅，工业上用此反应制得的硅生产半导体；对有气体参加的化学反应，增大压强能提高其反应速率，这个反应有气体参加，增大压强能提高其反应速率；反应中的四氯化硅是由粗硅与氯气通过化合反应制得；如果反应中混入少量空气，制得的硅会和氧气发生反应生成SiO2，使制得的不再是纯硅，故只有D不合理。
6．D 解析：光纤的主要成分为高纯度的二氧化硅，A错；金刚砂的主要成分为碳化硅，B错；1个硅原子中含有14个电子，因此28 g硅含有电子的数目为×14×6.02×1023 mol－1＝8.428×1024，C错。
7．B 解析：若碳酸钠恰好与盐酸反应生成碳酸氢钠，则盐酸的浓度是1.0 mol/L；若碳酸钠恰好与盐酸反应生成二氧化碳，则盐酸的浓度是2.0 mol/L。由于最终生成的气体体积不同，所以盐酸的浓度只能是介于二者之间。
8．A 解析：二氧化硅可与氢氟酸反应；二氧化氯中氯的化合价为＋4价，用它来给自来水消毒主要体现氧化性；铜的金属活泼性比铁的差，在原电池中作正极，海轮外壳上装铜块会加快海轮外壳的腐蚀。
9．AD 解析：由题可知基本过程中有两个反应：①二氧化碳与氢氧化钠反应，②碳酸钙的高温分解。A选项正确，循环利用的应该有CaO和NaOH 两种物质，B选项错误；“反应分离”过程中分离物质的操作应该是过滤，C选项错误；D选项中甲醇工业上可用CO2作原料。
10．CD 解析：根据氧化还原反应中各物质得失电子的情况可知：C、D选项正确；A选项中碳既是氧化剂，又是还原剂，A选项错误；B选项错误，硅元素化合价没有变化。
11．CD 解析：A选项错误，锗的原子序数为32；根据同主族元素性质的相似性及递变性可知，B选项错误，C选项正确；常用作半导体材料的元素有Si、Ge、Se。
12．(1)Na2O·CaO·6SiO2 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
8 K2O·Al2O3·6SiO2
(2)2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl===2MgCl2＋3SiO2＋(n＋2)H2O
解析：求正长石中的x值，根据元素正、负化合价和为零法，则1＋3＋3×4＝2x，x＝8。
13．(1)ACD
(2)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑
(3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
解析： (1)据氮化硅硬度大、熔点高等性能知为A、C、D。(2)氮化硅被HF腐蚀是由于Si与F有极强的亲合性生成了SiF4，则反应中另一产物为NH3。(3)SiCl4与N2、H2反应产物之一为Si3N4，则另一产物必是HCl。可理解为H2还原SiCl4制得Si，Si又与N2反应生成Si3N4。
14．(1)蒸馏
(2)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化，从而与H2充分混合
②SiHCl3＋H2Si＋3HCl 在1 000～1 100 ℃时，普通玻璃管会软化
③排尽装置中的空气
④在试管中加入少许样品，加入过量稀硫酸，取加入硫酸反应后的上清液，加入少许稀硝酸(或氯水等氧化剂)，加入KSCN，溶液呈血红色，说明样品中含Fe
解析：(1)根据三种物质的沸点差异，可以采用蒸馏的方法分离。(2)由信息可知SiHCl3与水强烈反应，制备的氢气含有水蒸气，必须除去；这里用水浴加热的目的是控制SiHCl3变成蒸气的速度，使其进入反应管前与氢气充分混合。普通的玻璃管在300 ℃以上就开始变软，只能用熔点更高的石英管；检验铁单质，应将其转化为离子，检验Fe3＋的存在即可。
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