1、练案 9 第四章非金属及其重要化合物 第 9 讲碳、硅及其重要化合物 A 组基础必做题(40 分) 一、选择题(本题包括 4 小题,每题 4 分,共 16 分) 1(2021山东青岛高三检测)用金属钠还原 CCl4和 SiCl4制得一种一维 SiC 纳米棒,相 关反应的化学方程式为 8NaCCl4SiCl4=SiC8NaCl。下列说法不正确的是(B) ASiC 和 SiO2中 Si 元素的化合价相同 B上述反应中 SiC 既是氧化产物又是还原产物 CSiO2制备单质 Si、单质 Si 制备 SiCl4均涉及氧化还原反应 D一维 SiC 纳米棒比表面积大,对微小粒子有较强的吸附能力 解析SiC
2、和 SiO2中 Si 元素的化合价均为4,A 项正确,SiC 是还原产物,NaCl 是 氧化产物,B 项错误;SiO2制备单质 Si 需加入还原剂,单质 Si 制备 SiCl4需加入氧化剂,C 项正确;一维粒子上下表面均能与其他物质接触,比表面积大,对微小粒子有较强的吸附能 力,D 项正确。 2(2020课标,9)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很大影响,其原 理如下图所示。下列叙述错误的是(C) A海水酸化能引起 HCO 3浓度增大、CO 2 3浓度减小 B海水酸化能促进 CaCO3的溶解,导致珊瑚礁减少 CCO2能引起海水酸化,其原理为 HCO 3H CO2 3 D使用太阳能、
3、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境 解析海水酸化会引起 H 浓度增大, H与 CO2 3结合生成 HCO 3, 故 HCO 3浓度增大、 CO 2 3浓度减小;海水酸化会使 CO 2 3浓度减小,平衡 CaCO3(s)Ca2 (aq)CO2 3(aq)朝着 CaCO3溶 解 的方 向 移 动 , 导致 珊 瑚 礁 减 少; CO2引 起 海水 酸 化 的 原 理是 CO2 H2OH2CO3H HCO 3;使用太阳能、氢能等新能源可减少二氧化碳的排放,可改 善珊瑚的生存环境。故选 C。 3(2021广西高三检测)SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质。下列说法正确的 是(C) A图中所有反应都
4、不属于氧化还原反应 B硅酸盐的化学性质稳定,常用于制作光导纤维 C可用盐酸除去石英砂(主要成分为 SiO2)中少量的碳酸钙 D普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的,其熔点很高 解析图中 SiO2与 CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应,SiO2与 C、 Si 与 Cl2、SiCl4与 H2的反应属于氧化还原反应,A 错误;光导纤维的主要成分是 SiO2而不 是硅酸盐,B 错误;玻璃没有固定的熔点,D 错误。 4 (2021湖北武汉模拟)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
5、%35%)制取水玻璃 的工艺流程: 下列说法正确的是(A) 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 SiO22NaOH=Na2SiO3H2O 解析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,A 正确; 操作 A 为过滤,操作 B 为蒸发浓缩,是两种不同的操作,B 错误;二氧化硅中,硅元素的 化合价是4,硅酸钠中,硅元素的化合价是4,所以该流程中硅元素的化合价没有发生改 变, C 错误; 由复分解反应的概念可知, SiO22NaOH=Na2SiO3H2O 不属于复分解
6、反应, D 错误。 二、非选择题(本题包括 2 小题,共 24 分) 5(2021山东烟台检测)光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段,合成光导纤维 及氮化硅(一种无机涂层)的工艺流程如下: 回答下列问题: (1)反应的化学方程式为SiO22C= 高温 Si2CO,氧化剂为SiO2(填化学 式)。 (2)经反应所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下: 组分 名称 SiCl4SiHCl3SiH2Cl2HClBCl3PCl3 质量 分数 0.5450.4050.046 20.000 30.001 930.001 57 沸点 / 57.631.88.28512.575.5 图中“操作 X”的名称为精馏
7、(或蒸馏);PCl3的电子式为。 (3)反应和中尾气的用途为制取盐酸(或其他合理答案); 反应的化学方程式为 3SiCl44NH3= 1 400 Si 3N412HCl。 解析(1)反应是焦炭还原 SiO2,反应方程式为 SiO22C= 高温 Si2CO;氧化剂 是所含元素化合价降低的物质,根据反应方程式可知,二氧化硅中硅的化合价由4 价0 价,即 SiO2是氧化剂。 (2)根据表格数据,除 HCl、BCl3和 SiH2Cl2常温下是气体外,其余为液体,因此采用精 馏(或蒸馏)的方法得到 SiCl4,PCl3是共价化合物,最外层都满足 8 电子稳定结构,其电子式 为。 (3)反应中得到的物质为
8、 SiO2和 HCl,尾气是 HCl,反应中发生的反应是 3SiCl4 4NH3= 1 400 Si 3N412HCl,尾气是 HCl,因此尾气的用途是制备盐酸。 6(2021山东滨州高三检测)从“南澳一号”沉船中发现了大量宋代精美瓷器,体现了 灿烂的中华文明。青花瓷胎体的原料高岭土Al2Si2O5(OH)x可掺进瓷石制胎,青花瓷釉 料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8),在 1 300 左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。 (1)下列说法正确的是CD(填序号)。 A高岭土化学式中 x2 B钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液 C烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化 D青花瓷、玻
9、璃、水泥都属于硅酸盐产品 (2)在“南澳一号”考古过程中,需用高纯度 SiO2制造的光纤。下图是用海边的石英砂 (含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。 洗涤石英砂的目的是除去石英砂中的 NaCl 杂质。 二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 SiO22OH =SiO2 3H2O。 在以上流程中, 要将洗净的石英砂研磨成粉末, 目的是增大反应物之间的接触面积, 从而增大反应速率,提高生产效率。 工业上常用纯净石英砂与 C 在高温下发生反应制备粗硅,粗硅中含有 SiC,其中 Si 和 SiC 的物质的量之比为 11。下列说法正确的是B(填序号)。 ASiC 是一种传统的无机非
10、金属材料 B制造粗硅时的反应为 2SiO25C= 高温 SiSiC4CO C在以上流程中,将盐酸改为 NaOH 溶液,也可达到目的 D纯净的 SiO2只能用于制造光导纤维 解析(1)选项 A,根据化合物中各元素的正、负化合价代数和等于零的原则,可得( 3)2(4)2(2)5(1)x0,解得 x4,A 错;选项 B,钾长石与盐酸反应后 不能形成澄清的溶液,B 错;选项 C,根据陶瓷的制作过程可推测出烧制青花瓷的过程中发 生了复杂的物理变化和化学变化,C 正确;选项 D,青花瓷,玻璃、水泥都属于硅酸盐产品, D 正确。 (2)石英砂中含有易溶于水的 NaCl 杂质,洗涤石英砂可使 NaCl 与 S
11、iO2分离。SiO2 与 NaOH 溶液反应生成 Na2SiO3和 H2O,据此可写出相应的离子方程式。将洗净的石英砂 研磨成粉末后能增大反应物的表面积,从而增大反应物之间的接触面积,增大反应速率,提 高生产效率。选项 A,SiC 是一种新型无机非金属材料。选项 B,粗硅中含有 SiC,其中 Si 和 SiC 的物质的量之比为 11,根据元素的原子个数守恒和得失电子守恒,可将题述信 息转化为如下反应:2SiO25C= 高温 SiSiC4CO。选项 C,因 SiO2、Al2O3都能溶解在 NaOH 溶液中,无法实现二者的分离。选项 D,纯净的 SiO2还可用于制造光学玻璃等,正 确答案为 B。
12、B 组能力提升题(60 分) 一、选择题(本题包括 4 小题,每题 6 分,共 24 分) 1(2020山东,4)下列关于 C、Si 及其化合物结构与性质的论述错误的是(C) A键能 CCSiSi、CHSiH,因此 C2H6稳定性大于 Si2H6 B立方型 SiC 是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体,因此具有很高的硬度 CSiH4中 Si 的化合价为4,CH4中 C 的化合价为4,因此 SiH4还原性小于 CH4 D Si 原子间难形成双键而 C 原子间可以, 是因为 Si 的原子半径大于 C, 难形成 pp 键 解析A 项,分子内的键能越大,键长越短,分子越稳定,正确;B 项,SiC 共价
13、晶 体内只存在强度很大的 CSi 共价键, 并且原子之间形成稳定的空间立体网状结构, 故硬度 很高, 正确; C 项, 非金属性 CSi, 则键能 CHSiH, 键长 SiHCH, 稳定性 CH4SiH4, 气态氢化物稳定性越强,其还原性越弱,故还原性 SiH4CH4,错误;D 项,Si 原子半径较 大,p 轨道电子云肩并肩重叠程度小,很难形成 pp 键,正确。 2(2021山东临沂模拟改编)某学习小组拟探究 CO2和锌粒反应是否生成 CO,已知 CO 能与银氨溶液反应产生黑色固体。实验装置如图所示: 下列说法正确的是(D) A实验开始时,先点燃酒精灯,后打开活塞 K Bb、c、f 中试剂依次
14、为氢氧化钠溶液、浓硫酸、银氨溶液 C装置 e 的作用是收集一氧化碳气体 D用上述装置(另择试剂)可以制备氢气并探究其还原性 解析根据题意分析可知装置图中各个装置的作用分别是 a 装置是二氧化碳气体发生 装置,生成的二氧化碳气体含有氯化氢和水蒸气,通过 b 中饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢, 通过装置 c 中浓硫酸除去水蒸气,通过 d 加热和锌发生反应,生成的气体通过装置 e 分离二 氧化碳和一氧化碳, 一氧化碳进入装置 f 中的银氨溶液产生黑色固体, 验证一氧化碳的存在。 实验开始时,装置内含有空气,若先点燃酒精灯,锌与空气反应产生 ZnO,无法使 CO2与 Zn 反应,所以应该先打开活塞 K,使
15、 CO2充满整个装置后再点燃酒精灯,A 错误;b 中饱 和碳酸氢钠溶液用来除去 HCl,c 中浓硫酸用来干燥 CO2气体;f 中试剂为银氨溶液,验证 一氧化碳的存在,B 错误;装置 e 的作用是分离二氧化碳与一氧化碳的混合气体,C 错误; 由于在实验室中是用稀盐酸与 Zn 粒反应制取氢气,反应不需要加热,因此也可以使用启普 发生器制取,然后用饱和食盐水或水除 HCl 杂质,用浓硫酸干燥氢气,再通过盛有 CuO 的 硬质玻璃管来验证 H2的还原性,e 作安全瓶,可以防止倒吸现象的发生,氢气是可燃性气 体,在排放前要进行尾气处理,D 正确。 3(2021天津高三检测)二氧化硅(SiO2)又称硅石,
16、是制备硅及其化合物的重要原料(制 备流程如图所示)。下列说法正确的是(B) ASiO2既能与 HF 反应,又能与 NaOH 反应,属于两性氧化物 B盛放 Na2CO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 C硅胶吸水后不能重复使用 D图中所示转化反应都是氧化还原反应 解析二氧化硅与 NaOH 反应的化学方程式为 SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,生成 了盐和水,SiO2只能与 HF 反应,即只能与特殊酸反应,与其他酸不反应,所以二氧化硅不 是两性氧化物,故 A 错误;Na2CO3溶液呈碱性,二氧化硅能与碱反应生成具有黏合性的硅 酸钠,使玻璃塞无法打开,故 B 正确;硅胶吸附水分后,可通过热脱附方式将
17、水分除去重 复使用,故 C 错误;图中二氧化硅与氢氟酸、氢氧化钠、碳酸钠的反应,硅酸钠与盐酸的 反应,硅酸的分解反应,这些反应中元素的化合价都没有发生变化,属于非氧化还原反应, 故 D 错误。 4 (2021北京十中月考)我国化学家侯德榜创立了著名的“侯氏制碱法”(流程图如图所 示),促进了世界制碱技术的发展。下列有关说法正确的是(D) A沉淀池中的反应物共含有五种元素 B过滤得到的“母液”中一定只含有两种溶质 C图中 X 可能是氨气 D通入氨气的作用是使溶液呈碱性,促进二氧化碳的吸收,更多地析出沉淀 解析沉淀池中的反应物是氯化钠、氨气、二氧化碳和水,所以含有 Na、Cl、N、H、 C、O 六
18、种元素,故 A 项错误;过滤得到的“母液”中含有的溶质有碳酸氢钠、氯化铵,还 可能含有过量的氯化钠,故 B 项错误;碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水、二氧化碳,所以 X 是二氧化碳,故 C 项错误;氨气的水溶液显碱性,能更好地吸收二氧化碳,更多地析出沉 淀,故 D 项正确。 二、非选择题(本题包括 2 小题,共 36 分) 5(2021广西高三检测)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,以氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。 加入硝
19、酸的目的是将样品中可能存在的 Fe2 氧化为 Fe3 ,还可使用H2O2代替硝酸。 (2)沉淀 A 的主要成分是SiO2(或 H2SiO3),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SiO24HF=SiF42H2O(或 H2SiO34HF=SiF43H2O)。 (3)加氨水过程中加热的目的是防止胶体生成,易沉淀分离。沉淀 B 的主要成分为 Al(OH)3、Fe(OH)3(写化学式)。 (4)草酸钙沉淀经稀硫酸处理后,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 4H H2C2O4Mn2CO2H2O。 实验中称取 0.400 g 水泥样品,
20、滴定时消耗了 0.050 0 molL 1的 KMnO4溶液 36.00 mL,则该水泥样品中钙的质 量分数为45.0%。 解析(1)在此过程中需将铁元素转化为Fe3 , 再通过调节pH45使其转化为Fe(OH)3 而除去,所以加入硝酸的目的是将 Fe2 氧化为 Fe3,还可以用 H2O2代替硝酸,不会产生其 他杂质。 (2)A 为 SiO2或 H2SiO3,SiO2、H2SiO3均能与 HF 反应,反应的化学方程式为 SiO2 4HF=SiF42H2O 或 H2SiO34HF=SiF43H2O。 (3)加热使得 Fe3 、 Al3的水解平衡正向移动, 促进 Fe3、 Al3的水解, 能防止胶
21、体生成, 易沉淀分离,沉淀 B 的主要成分为 Fe(OH)3、Al(OH)3。 (4)滴定反应的离子方程式为 2MnO 46H 5H2C2O4=2Mn210CO28H2O,由 方程式可得关系式 5Ca2 5H2C2O42MnO 4 52 n0.050 03610 3 mol n4.510 3 mol, 所以 m(Ca)4.510 3 mol40 gmol 10.18 g 所以 w(Ca2 )0.18 g 0.400 g100%45.0%。 6(2021浙江高三检测)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
22、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: 3SiCl42N26H2=Si3N412HCl。 (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: 净化 N2和 H2时,铜屑的作用是除去原料气中的氧气,硅胶的作用是除去生成 的水蒸气。 在氮化炉中发生反应 3SiO2(s)2N2(g)=Si3N4(s)3O2(g)H727.5 kJmol 1, 开始时,严格控制氮气的流速以控制温度的
23、原因是该反应是放热反应,防止局部过热,导 致硅熔化成团,阻碍与 N2的接触;体系中要通入适量的氢气是为了将体系中的氧气转 化为水蒸气,而易被除去(或将整个体系中空气排尽)。 X 可能是硝酸(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: 假设每一轮次制备 1 mol 纯硅, 且生产过程中硅元素没有损失, 反应中 HCl 的利用率 为 90%,反应中 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51。 解析(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式: 3SiCl42N26H2=Si3N412HCl。 (2)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。 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。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)反应生成 1 mol 纯硅需补充 HCl 3 90%3mol, 需补充 H2 1 93.75%1mol, 补充 HCl 与 H2的物质的量之比为 51。