考點(diǎn)一 碳族元素 硅和二氧化硅
1．碳族元素概述
(1)碳、硅、鍺、錫、鉛均屬于第ⅣA族元素，又稱(chēng)碳族元素，其價(jià)電子排布式為ns2np2。
(2)碳的單質(zhì)
①碳單質(zhì)的存在形式有金剛石、石墨、無(wú)定形碳、足球烯，它們互為同素異形體。
②幾種單質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
金剛石：正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；石墨：平面正六邊形層狀結(jié)構(gòu)，C60是由60個(gè)碳原子形成的足球狀分子晶體。
2．硅單質(zhì)
3．二氧化硅
1．12C、13C、14C是碳的三種同素異形體( )
2．金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質(zhì)( )
3．石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)屬于氧化還原反應(yīng)( )
4．Si是半導(dǎo)體材料，可用于制作太陽(yáng)能電池( )
5．SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水，也可以和氫氟酸反應(yīng)，所以SiO2是兩性氧化物( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.×
一、硅和二氧化硅的性質(zhì)
1．下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是( )
A．硅是非金屬元素，它的單質(zhì)是灰黑色、有金屬光澤的固體
B．硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料
C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)
D．加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)
答案 C
解析 晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類(lèi)似，它是灰黑色、有金屬光澤的非金屬固體，故A正確；硅常溫下能和HF溶液、氫氧化鈉溶液反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；在加熱時(shí)，硅能與氧氣或氯氣反應(yīng)生成二氧化硅或四氯化硅，故D正確。
2．二氧化硅廣泛存在于自然界中，在日常生活、生產(chǎn)、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a～e是對(duì)①～⑤反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用進(jìn)行的判斷，其中正確的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑
a．反應(yīng)①中SiO2作為玻璃的成分被消耗，用于刻蝕玻璃
b．反應(yīng)②中SiO2表現(xiàn)出氧化性
c．反應(yīng)③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性
d．反應(yīng)④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易揮發(fā)性的酸酐的原理
e．反應(yīng)⑤中SiO2未參加氧化還原反應(yīng)
A．a(chǎn)ce B．bde C．cde D．a(chǎn)b
答案 B
解析 通常用氫氟酸來(lái)刻蝕玻璃，與之對(duì)應(yīng)的反應(yīng)是③，a、c判斷錯(cuò)誤；反應(yīng)②是一個(gè)置換反應(yīng)，其中二氧化硅被還原，表現(xiàn)出氧化性，b判斷正確；反應(yīng)④是一個(gè)復(fù)分解反應(yīng)，用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳，d判斷正確；反應(yīng)⑤中碳的化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)和＋2價(jià)，硅和氧的化合價(jià)都沒(méi)有改變，因此二氧化硅沒(méi)有參加氧化還原反應(yīng)，e判斷正確。
二、高純硅的制備
3．科學(xué)家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示：
容器①中進(jìn)行的反應(yīng)為①Si(粗)＋3HCl(g)eq \(=====,\s\up7(△))SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進(jìn)行的反應(yīng)為②SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(高溫))Si(純)＋3HCl。下列說(shuō)法不正確的是( )
A．該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是部分反應(yīng)物可循環(huán)使用
B．①和②互為可逆反應(yīng)
C．該流程中需要隔絕空氣
D．粗硅制備不能通過(guò)SiO2eq \(――→,\s\up7(HCl?aq?))SiCl4eq \(――→,\s\up7(H2),\s\d5(高溫))Si實(shí)現(xiàn)
答案 B
解析 A項(xiàng)，反應(yīng)②中生成的HCl在反應(yīng)①中循環(huán)利用，反應(yīng)①中生成的H2在反應(yīng)②中循環(huán)利用，正確；B項(xiàng)，反應(yīng)①與反應(yīng)②的反應(yīng)溫度不一致，不是可逆反應(yīng)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，高溫條件下，Si、SiHCl3、H2都與O2反應(yīng)，故需隔絕空氣，正確；D項(xiàng)，SiO2不與HCl反應(yīng)，不能通過(guò)上述途徑制硅，正確。
4．晶體硅是一種重要的非金屬原料，由粗硅制備純硅的主要步驟如下：
①粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))SiHCl3＋H2；
②經(jīng)過(guò)純化的SiHCl3與過(guò)量H2在1 000～1 100 ℃下反應(yīng)制得純硅。
回答相關(guān)問(wèn)題：
(1)粗硅與HCl氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到SiHCl3(沸點(diǎn)為36.5 ℃)，只含有少量SiCl4(沸點(diǎn)為57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)為－84.7 ℃)，提純SiHCl3的方法為_(kāi)______________________。
(2)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖所示(熱源及夾持裝置已略去)：
①在加熱D裝置前應(yīng)先打開(kāi)A裝置中分液漏斗的活塞，目的是_________________。
②C裝置中燒瓶需要加熱，采用的方法是___________________________________。
答案 (1)蒸餾 (2)①排出裝置內(nèi)的空氣，以防爆炸 ②水浴加熱

考點(diǎn)二 無(wú)機(jī)非金屬材料
1．常見(jiàn)硅酸鹽材料比較
2.新型無(wú)機(jī)非金屬材料
(1)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。
(2)碳納米材料
①類(lèi)型：富勒烯、碳納米管、石墨烯等。
②用途：在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
(3)特殊功能的含硅材料
①碳化硅共價(jià)晶體，具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。
②含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。
1．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽( )
2．二氧化硅可用于生產(chǎn)玻璃( )
3．碳化硅俗稱(chēng)金剛砂，它可用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的制作( )
4．壓電陶瓷能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化( )
5．石墨烯的電阻率低，熱導(dǎo)率也低( )
6．傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料均為硅酸鹽材料( )
答案 1.× 2.√ 3.√ 4.√ 5.× 6.×
一、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料
1．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：
下列說(shuō)法正確的是( )
A．原材料稻殼灰價(jià)格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值
B．操作A與操作B完全相同
C．該流程中硅元素的化合價(jià)發(fā)生改變
D．反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)
答案 A
解析 A項(xiàng)，稻殼灰來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，正確；B項(xiàng)，操作A為過(guò)濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，二氧化硅中硅元素的化合價(jià)是＋4價(jià)，硅酸鈉中硅元素的化合價(jià)也是＋4價(jià)，所以該流程中硅元素的化合價(jià)沒(méi)有發(fā)生改變，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反應(yīng)沒(méi)有元素化合價(jià)的變化，屬于非氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤。
2．世博會(huì)中國(guó)館——“東方之冠”由鋼筋、混凝土、7 000多塊鋁板和1 200多塊玻璃等建成。
(1)鋁板易被燒堿腐蝕，玻璃易被氫氟酸腐蝕，原因分別為_(kāi)__________________________、
________________________________________________________________________
(用化學(xué)方程式表示)。
(2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是____________________。制備普通玻璃的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________(任寫(xiě)一個(gè))。
(3)石英玻璃化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、膨脹系數(shù)小，是一種特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化學(xué)式)。
(4)要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是________(填字母)。
A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝
C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝
答案 (1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)石灰石 SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(或SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑)
(3)SiO2 (4)D
解析 (2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料為石灰石。制備普通玻璃的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式有SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑或SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。(4)普通玻璃坩堝和石英玻璃坩堝中的二氧化硅能夠與熔融的氫氧化鈉反應(yīng)，故A、B不選；氧化鋁坩堝中的氧化鋁能夠與熔融的氫氧化鈉反應(yīng)，故C不選；鐵與熔融的氫氧化鈉不反應(yīng)，故D選。
二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料
3．新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國(guó)際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示：
下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )
A．石墨烯是一種新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素異形體
D．氧化石墨烯具有一定的親水性
答案 D
解析 石墨烯是碳的單質(zhì)，A錯(cuò)誤；氧化石墨烯含有氫元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素異形體，B、C錯(cuò)誤；由于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有的羥基和羧基為親水基團(tuán)，所以它具有一定的親水性，D正確。
4．氮化硅可用作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料，在航空航天、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由石英砂合成氮化硅粉末的路線如圖所示：
其中—NH2中各元素的化合價(jià)與NH3相同。
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放，以NaOH為例，用化學(xué)方程式表示其原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)圖示①～⑤的變化中，屬于氧化還原反應(yīng)的是____________(填序號(hào))。
(3)在反應(yīng)⑤中，3 ml Si(NH2)4在高溫下加熱可得1 ml 氮化硅粉末和8 ml A氣體，則氮化硅的化學(xué)式為_(kāi)___________。
(4)在高溫下將SiCl4在B和C兩種氣體的氣氛中，也能反應(yīng)生成氮化硅，B和C兩種氣體在一定條件下化合生成A。寫(xiě)出SiCl4與B和C兩種氣體反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2eq \(=====,\s\up7(高溫))Si3N4＋12HCl
解析 (2)反應(yīng)①是石英砂與焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)；反應(yīng)②是硅單質(zhì)與Cl2發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(3)氮化硅的化學(xué)式可通過(guò)題目信息運(yùn)用質(zhì)量守恒定律求得：3Si(NH2)4eq \(=====,\s\up7(高溫))Si3N4＋8NH3↑。(4)結(jié)合題給信息，SiCl4與N2、H2反應(yīng)可得到Si3N4和HCl。
1．正誤判斷，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。
(1)晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，常用于制造光導(dǎo)纖維(2022·浙江，8A)( × )
(2)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光導(dǎo)纖維(2022·廣東，12A)( √ )
(3)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一(2022·湖南，2D)( √ )
(4)單晶硅熔點(diǎn)高，所以可用作半導(dǎo)體材料(2022·江蘇，7B)( × )
(5)冰壺主材料花崗巖屬于無(wú)機(jī)非金屬材料(2022·遼寧，1A)( √ )
(6)火炬“飛揚(yáng)”使用的碳纖維屬于有機(jī)高分子材料(2022·遼寧，1B)( × )
2．(2022·河北，1)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說(shuō)法正確的是( )
A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料
B．陶瓷主要成分為SiO2和MgO
C．陶瓷燒制的過(guò)程為物理變化
D．白瓷的白色是因鐵含量較高
答案 A
解析 陶瓷是良好的絕緣體，傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料，A正確；陶瓷的主要成分為硅酸鹽，而不是SiO2和MgO，B錯(cuò)誤；陶瓷燒制過(guò)程發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，有新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變化，C錯(cuò)誤；由于Fe2＋、Fe3＋和鐵的氧化物均有顏色，故陶瓷中含鐵量越高，陶瓷的顏色越深，白瓷的白色是因?yàn)殍F含量較低甚至幾乎不含，D錯(cuò)誤。
3．(2022·廣東，3)廣東一直是我國(guó)對(duì)外交流的重要窗口，館藏文物是其歷史見(jiàn)證。下列文物主要由硅酸鹽制成的是( )
答案 C
解析 鎏金飾品主要由合金材料制成，故A項(xiàng)不符合題意；蒜頭紋銀盒的主要成分為金屬銀，故B項(xiàng)不符合題意；廣彩瓷咖啡杯是由黏土等硅酸鹽產(chǎn)品燒制而成，其主要成分為硅酸鹽，故C項(xiàng)符合題意；銅鍍金鐘座由銅和金等金屬制成，故D項(xiàng)不符合題意。
4．(2019·全國(guó)卷Ⅰ,7)陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．“雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色，來(lái)自氧化鐵
B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成
C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽
D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)
答案 A
解析 “雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關(guān)，而氧化鐵顯紅棕色，A項(xiàng)錯(cuò)誤；秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，B項(xiàng)正確；陶瓷以黏土為原料，經(jīng)高溫?zé)贫?，屬于人造材料，主要成分是硅酸鹽，C項(xiàng)正確；陶瓷主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽中硅元素化合價(jià)處于最高價(jià)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，D項(xiàng)正確。
5．(2017·全國(guó)卷Ⅱ,26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水泥樣品中鈣含量的過(guò)程如圖所示：
回答下列問(wèn)題：
(1)在分解水泥樣品過(guò)程中，以鹽酸為溶劑，氯化銨為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是__________________________________________，還可以使用____________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是______________，其不溶于強(qiáng)酸但可與一種弱酸反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________________________________________________。
(3)加氨水過(guò)程中加熱的目的是_________________________________________________
________________________。沉淀B的主要成分為_(kāi)___________、____________(填化學(xué)式)。
(4)草酸鈣沉淀經(jīng)稀H2SO4處理后，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，通過(guò)測(cè)定草酸的量可間接獲知鈣的含量，滴定反應(yīng)為：MnOeq \\al(－,4)＋H＋＋H2C2O4―→Mn2＋＋CO2＋H2O。實(shí)驗(yàn)中稱(chēng)取0.400 g水泥樣品，滴定時(shí)消耗了0.050 0 ml·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，則該水泥樣品中鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_______________________________________________________________________。
答案 (1)將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋ H2O2 (2)SiO2 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (3)防止膠體生成，易于沉淀分離 Al(OH)3 Fe(OH)3 (4)45.0%
解析 (1)水泥樣品中含有鐵的氧化物。加入鹽酸后的溶液中可能含有Fe3＋、Fe2＋，F(xiàn)e2＋在pH為4～5時(shí)不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化劑將Fe2＋氧化為Fe3＋，故加入硝酸的目的是將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋；雙氧水是一種強(qiáng)氧化劑，可將Fe2＋氧化為Fe3＋，本身被還原為水，不會(huì)引入新的雜質(zhì)離子，故可用雙氧水代替硝酸。
(2)鈣、鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物都能溶于鹽酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不與鹽酸、硝酸反應(yīng)，故沉淀A的主要成分為SiO2；二氧化硅可與氫氟酸反應(yīng)，生成四氟化硅和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(3)Fe3＋和Al3＋在pH為4～5時(shí)可水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁，水解過(guò)程中會(huì)生成氫氧化鐵膠體和氫氧化鋁膠體，不利于分離出沉淀，加熱可使膠體聚沉，有利于分離出沉淀。
(4)根據(jù)化合價(jià)升降法、電荷守恒和質(zhì)量守恒配平可得：2MnOeq \\al(－,4)＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，設(shè)含鈣的物質(zhì)的量為x ml，由反應(yīng)方程式和鈣元素守恒可得關(guān)系式：
5Ca2＋ ～ 5H2C2O4 ～ 2MnOeq \\al(－,4)
5 ml 2 ml
x ml 0.050 0 ml·L－1×36.00×10－3L
解得x＝4.5×10－3，則0.400 g水泥樣品中鈣元素的質(zhì)量為4.5×10－3 ml×40 g·ml－1＝
0.180 g，故該水泥樣品中鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq \f(0.180 g,0.400 g)×100%＝45.0%。
課時(shí)精練
1．(2022·上海模擬)由于石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在石墨烯薄膜上施加較低的電壓(1～10 V)即可產(chǎn)生較高的熱量，平昌冬奧會(huì)“北京8分鐘”主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)用石墨烯制作了20 ℃能發(fā)熱4 h的智能服飾，向世界展現(xiàn)了新時(shí)代的中國(guó)形象，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．石墨烯是能導(dǎo)熱的金屬材料
B．石墨烯屬于單質(zhì)
C．石墨烯能導(dǎo)電
D．在石墨烯薄膜上施加電壓，使電能轉(zhuǎn)化為熱能
答案 A
解析 石墨烯屬于碳單質(zhì)，是能夠?qū)?、?dǎo)電的非金屬材料，A錯(cuò)誤，B、C正確；根據(jù)題干信息可知，在石墨烯薄膜上施加較低的電壓(1～10 V)即可產(chǎn)生較高的熱量，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，D正確。
2．(2022·江蘇模擬)“十四五”工作報(bào)告強(qiáng)調(diào)，中國(guó)將加速建設(shè)新能源供給消納體系。硅基能源逐步取代碳基能源的革命，必須舉全國(guó)之力破解芯片技術(shù)受制于人的困局。以下說(shuō)法不正確的是( )
A．碳基能源主要指煤、石油、天然氣，我國(guó)的煤炭資源稟賦優(yōu)于石油
B．硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，從沙灘到用戶(hù)，硅發(fā)生了還原反應(yīng)
C．半導(dǎo)體工藝中一般需要在晶硅中摻雜第ⅢA族與第ⅤA族元素
D．半導(dǎo)體工藝中用刻蝕劑——電子級(jí)氟化氫可加壓保存在玻璃罐體中
答案 D
解析 碳基能源主要指煤、石油、天然氣，我國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量及開(kāi)發(fā)技術(shù)均優(yōu)于石油，A正確；硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，從沙灘到用戶(hù)，硅由SiO2轉(zhuǎn)化為硅單質(zhì)，發(fā)生了還原反應(yīng)，B正確；氟化氫可與玻璃容器中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，D錯(cuò)誤。
3．下列關(guān)于無(wú)機(jī)非金屬材料的說(shuō)法不正確的是( )
A．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料
B．新型無(wú)機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差
C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)
D．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分不同
答案 B
解析 無(wú)機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類(lèi)。傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指我們常說(shuō)的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、陶瓷等；新型無(wú)機(jī)非金屬材料是指一些新型的具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能的非硅酸鹽材料。新型無(wú)機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料相比，具有許多優(yōu)良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應(yīng)和生物功能等。
4．下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說(shuō)法正確的是( )
①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品 ③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維 ④陶瓷是人類(lèi)應(yīng)用很早的硅酸鹽材料
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
答案 C
解析 幾乎所有的巖石和礦物都含有硅酸鹽或者二氧化硅，則硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素，故①正確；水泥、玻璃是硅酸鹽制品，水晶的主要成分是二氧化硅，故②錯(cuò)誤；光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，故③錯(cuò)誤；陶瓷的主要原料是黏土，則陶瓷是人類(lèi)應(yīng)用很早的硅酸鹽材料，故④正確。
5．“九秋風(fēng)露越窯開(kāi)，奪得千峰翠色來(lái)”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩(shī)句，描繪了我國(guó)古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )
A．玻璃是人類(lèi)最早使用的硅酸鹽制品
B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英
C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高
D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
答案 C
解析 陶瓷是人類(lèi)最早使用的硅酸鹽制品，A項(xiàng)錯(cuò)誤；制普通硅酸鹽水泥的原料是黏土和石灰石，B項(xiàng)錯(cuò)誤；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
6．學(xué)習(xí)化學(xué)不是靠一味背誦的，要學(xué)會(huì)運(yùn)用合適的方法，如“類(lèi)推”，這樣才能事半功倍。下列類(lèi)推不正確的是( )
A．已知CO2通入Ca(OH)2溶液中先變渾濁后溶解，SO2通入Ba(OH)2溶液中也先變渾濁后溶解
B．已知BaCO3能溶于鹽酸，溶液變澄清，BaCO3也能溶于硫酸，溶液變澄清
C．已知H2O能與Na2O2反應(yīng)生成NaOH，H2O也能與BaO2反應(yīng)生成Ba(OH)2
D．已知CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，則SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
答案 B
解析 CO2和SO2都是典型的酸性氧化物，所以化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似，與Ca(OH)2或者Ba(OH)2溶液反應(yīng)時(shí)都是先變渾濁后溶解，A項(xiàng)正確；BaCO3能溶于硫酸，但是會(huì)生成新的沉淀BaSO4，溶液依然渾濁，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Na2O2和BaO2都是過(guò)氧化物，氧元素的化合價(jià)都是－1價(jià)，所以都可與水反應(yīng)生成相應(yīng)的堿，C項(xiàng)正確；CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能和堿反應(yīng)生成鹽和水，D項(xiàng)正確。
7．在20世紀(jì)90年代末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碳有新的單質(zhì)形態(tài)C60存在。后來(lái)人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。21世紀(jì)初，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了管狀碳分子和洋蔥狀碳分子，大大豐富了碳元素單質(zhì)的家族。下列有關(guān)碳元素單質(zhì)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．金剛石和石墨的熔點(diǎn)肯定比C60高
B．熔點(diǎn)：C60＜C70＜C90
C．球碳分子、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子都不能與O2發(fā)生反應(yīng)
D．金剛石以非分子形式的粒子存在，屬于共價(jià)晶體；C60、C70、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子以分子形式的粒子存在，屬于分子晶體；這些碳單質(zhì)互為同素異形體
答案 C
解析 金剛石屬于共價(jià)晶體，石墨屬于混合型晶體，C60屬于分子晶體，因此金剛石和石墨的熔點(diǎn)肯定比C60高，故A正確；分子晶體的相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔點(diǎn)越高，因此熔點(diǎn)：C60＜C70＜C90，故B正確。
8．下列關(guān)于二氧化硅的說(shuō)法正確的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應(yīng)生成硅酸
B．二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電能力強(qiáng)而被用于制造光纜
C．二氧化硅能與碳酸鈉固體在高溫時(shí)發(fā)生反應(yīng)
D．用二氧化硅制取單質(zhì)硅時(shí)，當(dāng)生成2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，得到2.8 g硅
答案 C
解析 二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，與水不反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于其良好的光學(xué)特性而被用于制造光纜，故B錯(cuò)誤；在高溫時(shí)，二氧化硅能與碳酸鈉固體反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，故C正確；由化學(xué)方程式SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑可知，當(dāng)生成2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)即0.1 ml氣體時(shí)，得到0.05 ml 即1.4 g硅，故D錯(cuò)誤。
9．科學(xué)家最近用金屬鈉還原CCl4和SiCl4制得一種一維SiC納米棒，相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Na＋CCl4＋SiCl4eq \(=====,\s\up7(高溫))SiC＋8NaCl。下列說(shuō)法不正確的是( )
A．SiC和SiO2中Si元素的化合價(jià)相同
B．上述反應(yīng)中SiC既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物
C．SiO2制備單質(zhì)Si、單質(zhì)Si制備SiCl4均涉及氧化還原反應(yīng)
D．一維SiC納米棒比表面積大，對(duì)微小粒子有較強(qiáng)的吸附能力
答案 B
解析 SiC和SiO2中Si元素的化合價(jià)均為＋4價(jià)，A項(xiàng)正確；SiC是還原產(chǎn)物，NaCl是氧化產(chǎn)物，B項(xiàng)錯(cuò)誤；SiO2制備單質(zhì)Si需加入還原劑，單質(zhì)Si制備SiCl4需加入氧化劑，C項(xiàng)正確；一維粒子上下表面均能與其他物質(zhì)接觸，比表面積大，對(duì)微小粒子有較強(qiáng)的吸附能力，D項(xiàng)正確。
10．部分含碳物質(zhì)的分類(lèi)與相應(yīng)碳元素的化合價(jià)關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．a(chǎn)中可能含有非極性鍵
B．b存在多種同素異形體
C．c不屬于酸性氧化物
D．d轉(zhuǎn)化為e可通過(guò)化合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)
答案 A
解析 根據(jù)含碳物質(zhì)化合價(jià)分析可知，a為CH4，b為碳單質(zhì)，c為CO，d為CO2，e為碳酸鹽或碳酸氫鹽。a為CH4，不含非極性共價(jià)鍵，故A符合題意；b為碳單質(zhì)，存在多種同素異形體，如石墨、金剛石等，故B不符合題意；c為CO，不屬于酸性氧化物，故C不符合題意；若e為NaHCO3，d轉(zhuǎn)化為e則發(fā)生CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3，屬于化合反應(yīng)，故D不符合題意。
11．實(shí)驗(yàn)室用H2還原SiHCl3(沸點(diǎn)：31.85 ℃)制備高純硅的裝置如圖所示(夾持裝置和尾氣處理裝置略去)，下列說(shuō)法正確的是( )
A．裝置Ⅱ、Ⅲ中依次盛裝的是濃H2SO4、冰水
B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先加熱管式爐，再打開(kāi)活塞K
C．為鑒定制得的硅中是否含微量鐵單質(zhì)，需要用到的試劑為鹽酸、雙氧水、硫氰化鉀溶液
D．該實(shí)驗(yàn)中制備氫氣的裝置也可用于稀氫氧化鈉溶液與氯化銨固體反應(yīng)制備氨
答案 C
解析 本題制備高純硅，反應(yīng)H2＋SiHCl3eq \(=====,\s\up7(高溫))Si＋3HCl應(yīng)在裝置Ⅳ中進(jìn)行，裝置Ⅰ的目的是制備氫氣，氫氣中含有水蒸氣，對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾，必須除去，因此裝置Ⅱ的作用是除去氫氣中的水蒸氣，即裝置Ⅱ中盛放濃硫酸，裝置Ⅲ的作用是提供SiHCl3氣體，因此在水浴中加熱，故A錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先通入氫氣，目的是排出裝置中的空氣，防止發(fā)生危險(xiǎn)，故B錯(cuò)誤；硅不與鹽酸反應(yīng)，鐵與鹽酸反應(yīng)生成Fe2＋，F(xiàn)e2＋被H2O2氧化成Fe3＋，F(xiàn)e3＋與KSCN溶液反應(yīng)，溶液變紅色，可以鑒定是否含有鐵單質(zhì)，故C正確；用稀NaOH溶液制備氨，需要加熱，裝置Ⅰ中沒(méi)有加熱裝置，因此不能制備氨，故D錯(cuò)誤。
12．海洋碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分，是影響全球氣候變化的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。下圖為海洋中碳循環(huán)的簡(jiǎn)單原理圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．海洋碳循環(huán)過(guò)程中能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B．鈣化釋放CO2的離子方程式：2HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
C．影響海洋碳循環(huán)的因素主要有海水的酸堿性、水溫、藻類(lèi)生物的分布等
D．光合作用，每生成0.1 ml (CH2O)x轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)
答案 D
解析 由題圖知，CO2在弱堿性條件下轉(zhuǎn)化成Na2CO3、NaHCO3，遇氯化鈣發(fā)生反應(yīng)：2HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，鈣化生成CaCO3沉淀同時(shí)釋放CO2，再經(jīng)光合作用，形成有機(jī)物參與海洋碳循環(huán)。此過(guò)程中能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故A正確；溫度高或酸性條件下，二氧化碳在水中溶解度小，所以影響海洋碳循環(huán)的因素主要有海水的酸堿性、水溫、藻類(lèi)生物的分布等，故C正確；光合作用，碳由＋4價(jià)降為0價(jià)，每生成0.1 ml (CH2O)x轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.4xNA，故D錯(cuò)誤。
13．高純硅是制作光伏電池的關(guān)鍵材料，如圖是一種生產(chǎn)高純硅的工藝流程示意圖：
已知：①流化床反應(yīng)器內(nèi)的主反應(yīng)：Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(250～300 ℃))SiHCl3＋H2；
②還原爐內(nèi)的主反應(yīng)：SiHCl3＋H2eq \(============,\s\up7(1 100～1 200 ℃))Si＋3HCl；
③SiHCl3極易水解：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。
回答下列問(wèn)題：
(1)石英砂的主要成分為SiO2，SiO2是一種酸性氧化物，能與燒堿反應(yīng)生成鹽和水，下列物質(zhì)中也能與燒堿反應(yīng)生成鹽和水的是__________(填字母)。
A．Al B．Al2O3
C．CuO D．NaHCO3
SiO2能在一種常見(jiàn)的酸中溶解，生成一種氣態(tài)含硅物質(zhì)，這種酸的電子式為_(kāi)_______________。
(2)電弧爐中生成粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________
________________________________________________________________________。
若電弧爐中焦炭過(guò)量，還會(huì)有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反應(yīng)中，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)_____________。
(3)整個(gè)操作流程都需隔絕空氣，原因是________________________________________
________________________________________________________________________(答出兩條即可)。
(4)流化床反應(yīng)器中除SiHCl3外，還可能發(fā)生副反應(yīng)，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用蒸餾的方法加以分離，該操作方法的理論依據(jù)是__________________。
(5)上述操作流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是_____________________________________。
答案 (1)BD (2)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑ 1∶2 (3)防止SiHCl3發(fā)生水解；防止硅被氧化；防止氫氣與氧氣反應(yīng)而發(fā)生爆炸(任寫(xiě)兩條即可) (4)各組分沸點(diǎn)相差較大 (5)H2、HCl
解析 (1)鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，故A不符合題意；氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，故B符合題意；氧化銅與氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，故C不符合題意；碳酸氫鈉與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，故D符合題意。SiO2能在一種常見(jiàn)的酸中溶解，生成一種氣態(tài)含硅物質(zhì)，這種酸為HF，HF屬于共價(jià)化合物，其電子式為。(2)二氧化硅與碳在高溫條件下反應(yīng)生成粗硅和CO：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，石英砂和焦炭生成SiC的反應(yīng)為SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑，C元素化合價(jià)由0價(jià)降低為－4價(jià)，由0價(jià)升高為＋2價(jià)，C既是氧化劑又是還原劑，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2。
水泥
玻璃
陶瓷
生產(chǎn)原料
石灰石、黏土
純堿、石灰石、石英
黏土
主要設(shè)備
水泥回轉(zhuǎn)窯
玻璃窯
陶瓷窯
文物
選項(xiàng)
A.南宋鎏金飾品
B.蒜頭紋銀盒
C.廣彩瓷咖啡杯
D.銅鍍金鐘座

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