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第12讲 碳、硅及其化合物
课时集训
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知识点
基础
能力
挑战
碳、硅单质及其氧化物的性质及应用
1,2
6,8,9
12
硅酸、硅酸盐的性质及应用
3,4,5
10
综合应用
7,11
13
1.(2018·福建福州模拟)下列有关说法正确的是( A )
A.硅相对于氢气便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的燃料
B.硅在地壳中含量居第二位,在地球上有丰富的硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅
C.存放NaOH溶液的试剂应用玻璃塞
D.二氧化硅是一种良好的半导体材料
解析:硅常温下为固体,性质较稳定,便于贮存,较为安全,硅是有开发价值的燃料,A正确;石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅,B错误;SiO2能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O,Na2SiO3具有黏性,所以存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡胶塞,C错误,SiO2不导电,是绝缘体,D错误。
2.(2018·安徽宿州模拟)下列叙述中正确的是( D )
A.因为Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强
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B.碳和硅都是第ⅣA族的元素,所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似
C.高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
D.SiO2和CO2都是酸性氧化物,但SiO2不能与水反应生成硅酸
解析:A项,该反应在高温下进行,且反应生成的产物中有气体,反应正向移动,促使反应能够顺利进行,故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱,错误;CO2和SiO2的物理性质差异较大,B错误;光导纤维的主要成分是SiO2,C错误;SiO2和CO2都是酸性氧化物,SiO2不溶于水,所以不能与水反应生成硅酸,D正确。
3.(2018·福建高三毕业班质检)下列各组物质中,均属于硅酸盐工业产品的是( A )
A.陶瓷、水泥 B.水玻璃、玻璃钢
C.单晶硅、光导纤维 D.石膏、石英玻璃
解析:陶瓷、水泥是传统的硅酸盐材料,A正确;水玻璃是硅酸钠的水溶液,玻璃钢是一种以玻璃纤维作增强体、合成树脂作基体的复合材料,B错误;单晶硅是硅单质的一种晶体,光导纤维的主要成分是SiO2,C错误;石膏是硫酸盐,石英玻璃的主要成分是二氧化硅,D错误。
4.(2019·浙江舟山模拟)随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作,可以获取大量月球物质并进行成分分析,月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、正长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg2SiO4 或Fe2SiO4]等。下列说法或分析不正确的是( B )
A.辉石、正长石及橄榄石均属于硅酸盐矿
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B.正长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2
C.橄榄石中铁元素为+2价
D.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气
解析:根据辉石、正长石和橄榄石的化学式可知三者均属于硅酸盐矿,A正确;根据元素化合价不变的原则,将正长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2,B不正确;根据化合物中元素正负化合价代数和为零,可知橄榄石中铁元素为+2价,C正确;铁单质与氧气接触易被氧化,月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气,D正确。
5.(2018·河南洛阳模拟)胃舒平主要成分是氢氧化铝,同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。
(1)三硅酸镁的氧化物形式为 。
(2)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料,其原因是 (填字母)。
a.Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体
b.Al2O3、MgO和SiO2都是金属氧化物
c.Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点
解析:(1)Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·nH2O。
(2)Al2O3、MgO和SiO2均具有很高的熔点,故可作为耐火材料。
答案:(1)2MgO·3SiO2·nH2O (2)c
6.(2019·
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浙江舟山模拟)据报道,科学家通过对稻壳进行控制性热解,可从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( B )
A.二氧化硅溶于水生成硅酸,所以二氧化硅属于酸性氧化物
B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸
C.因为高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应能放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强
D.水晶是比较纯净的二氧化硅,沙子的主要成分是硅酸盐
解析:二氧化硅为酸性氧化物,但其不溶于水,A项错误;硅酸的酸性比碳酸弱,B项正确,C项错误;沙子的主要成分是二氧化硅,D项错误。
7.(2018·江西高三六校联考)用无机矿物资源生产部分材料,其产品流程示意图如下,下列说法正确的是( D )
A.制取粗硅时生成的气体产物为CO2
B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应
C.电解精炼铜时,当电路中转移0.2 mol电子时阳极质量减轻6.4 g
D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
解析:石英和碳在高温下反应生成Si和CO,A错误;生产玻璃涉及的反应有SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑和SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑
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,元素化合价没有发生变化,不是氧化还原反应,B错误;精炼铜时,阳极为粗铜,粗铜中如果有比Cu活泼的杂质金属,该杂质先放电,所以转移 0.2 mol电子时,阳极质量减少的不一定是 1 mol Cu的质量,故不一定为6.4 g,C错误;制备硅的过程中,利用沸点不同进行分馏,将SiCl4从杂质中提取出来,再与H2发生置换反应得到高纯硅,D正确。
8.(2018·山东师范大学附属中学二模)近年来,有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。下列有关硅及其化合物的描述正确的是( D )
A.硅单质常用于半导体和光导纤维
B.硅单质常温下性质稳定,自然界中硅元素主要以游离态存在
C.二氧化硅既能与NaOH溶液反应,又能与氢氟酸反应,是两性氧化物
D.玻璃、水泥和陶瓷均为传统无机非金属材料
解析:硅单质不能用于光导纤维,A错误;自然界中无单质硅存在,B错误;二氧化硅与氢氟酸反应,生成的SiF4不是盐,故二氧化硅不是两性氧化物,C错误。
9.(2018·宁夏银川模拟)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示:
容器Ⅰ中进行的反应为
①Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g);
容器Ⅱ中进行的反应为
②SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。
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下列说法正确的是( A )
A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3
C.反应①和②中HCl均作氧化剂
D.反应①和②互为可逆反应
解析:该工艺流程中HCl气体可循环使用;分离Si与 SiHCl3可用过滤的方法;反应②中HCl是生成物,是氧化产物;反应①、②不在同一条件下进行,不互为可逆反应。
10.(2018·福建漳州月考)歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目,但古瓷中所用颜料成分一直是个谜,近年来科学家才得知大多为硅酸盐,如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox,铜为+2价),下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( C )
A.可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B.性质稳定,不易脱色
C.易溶解于强酸和强碱
D.x等于6
解析:根据化合物中元素正负化合价的代数和为0可得,x=6,故D项正确;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A项正确;BaCuSi2O6性质较稳定,不容易脱色,故B项正确。
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11.“天宫二号”空间实验室已于2016年9月15日22时04分在酒泉卫星发射中心发射成功。请回答下列问题:
(1)耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。石英玻璃的成分是 (填化学式),该物质的类别属于 (填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”),实验室中不能用玻璃塞试剂瓶盛放KOH溶液,原因是 (用离子方程式表示)。
(2)太阳能电池帆板是“天宫二号”空间运行的动力源泉,其性能直接影响到“天宫二号”的运行寿命和可靠性。“天宫二号”使用光太阳能电池,该电池的核心材料是 ,其能量转化方式为 。
解析:(1)石英的主要成分为二氧化硅,其化学式为SiO2,它是玻璃工业和陶瓷工业的原料、冶金工业的助熔剂、石英玻璃的主要成分;SiO2能与强碱溶液反应生成硅酸盐和水,所以SiO2属于酸性氧化物;常温下,KOH与玻璃塞中的SiO2发生反应生成K2SiO3(具有黏性)和H2O,反应的离子方程式为SiO2+2OH-Si+H2O。
(2)太阳能电池的核心材料是晶体硅,其能量转化方式是太阳能转化为电能。
答案:(1)SiO2 酸性氧化物
SiO2+2OH-Si+H2O
(2)Si(或晶体硅) 太阳能转化为电能
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12.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备:
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
下列说法正确的是( D )
A.步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑
B.步骤①②③中生成或消耗1 mol Si,转移2 mol电子
C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应
D.SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点 67.6 ℃),可通过蒸馏提纯SiHCl3
解析:A项,高温下SiO2与C反应生成Si和CO,即步骤①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,错误;B项,步骤①中生成1 mol Si,转移4 mol电子,步骤②中生成1 mol SiHCl3,消耗1 mol Si,转移2 mol电子,步骤③中生成1 mol Si,转移2 mol电子,错误;C项,硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气,错误;D项,SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大,可以采用蒸馏的方法分离,正确。
13.(2018·福建六校联考)CO2是燃烧和代谢的最终产物,也是造成温室效应的废气,但CO2作为一种资源,开发和利用的前景十分诱人。
Ⅰ.利用太阳能,以CO2为原料制取炭黑的流程如上图所示,过程2的化学方程式为
。
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Ⅱ.近年科学家提出“绿色自由”构想。把含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中,再把CO2从溶液中提取出来,并使之与H2反应生成。其工艺流程如图所示:
由吸收池导入分解池中的主要物质的化学式是 。上述流程中 (填化学式)可循环使用,体现了该流程的“绿色”。
Ⅲ.某矿石含碳酸镁和石英,制备高纯硅和硅胶的工艺流程如下:
(1)“硅胶”常用作 ,也可以用作 的载体。A的结构式为 。
(2)制备粗硅的方程式为 。
(3)操作Ⅰ为 ,操作Ⅱ为 。
(4)操作Ⅲ,需要在氯化氢气流中加热脱水的原因是
。
(5)溶液G用E酸化的方程式为
。
解析:Ⅰ.过程2的化学方程式为6FeO+CO2C+2Fe3O4。
Ⅱ.分解池中产生CO2
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,由吸收池导入分解池中的主要物质的化学式是KHCO3。上述流程中KHCO3分解产生K2CO3,所以K2CO3可循环使用,该流程体现了“绿色化学”理念。
Ⅲ.(1)“硅胶”多孔,常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的载体。二氧化碳的结构式为OCO。
(2)工业制取纯硅的工艺流程为SiO2粗硅SiCl4纯硅,用焦炭还原SiO2,产物是CO而不是CO2。
(3)操作Ⅰ为过滤,操作Ⅱ为蒸发结晶。
(4)MgCl2·6H2O加热脱水制得MgCl2,要在氯化氢气流中进行,氯化氢氛围是防止镁离子水解。
(5)Na2SiO3与HCl反应生成NaCl和H2SiO3。
答案:Ⅰ.6FeO+CO2C+2Fe3O4
Ⅱ.KHCO3 K2CO3
Ⅲ.(1)干燥剂 催化剂 OCO
(2)SiO2+2CSi+2CO↑
(3)过滤 蒸发浓缩、冷却结晶
(4)防止镁离子水解
(5)Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
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