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第10讲 碳、硅及其化合物
A组 基础题组
1.(2016湖南岳阳检测)下列说法正确的是( )
A.光导纤维的主要成分是硅
B.常用氢氟酸(HF)来蚀刻玻璃
C.制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英砂
D.实验室用带玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液
2.(2016山东诸城月考)下列关于硅的说法不正确的是( )
A.硅是非金属元素,晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质发生反应
D.加热到一定温度时,硅能与氯气、氧气等非金属单质反应
3.(2016湖北七校联考)将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中,然后加热蒸干,再在高温下充分灼烧,最后得到的固体物质是( )
A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3 C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2
4.下列说法错误的是( )
A.粗硅SiCl4
Si物质间的转化可一步实现
B.Si和SiO2都用于制备光导纤维
C.SiO2可与HF反应,因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中
D.单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料
5.(2016天津七校联考)下列说法正确的是( )
A.自然界中含有大量的游离态的硅,纯净的硅晶体可用于制作计算机芯片
B.硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,可用作木材防腐剂
C.水泥、玻璃、水晶都是硅酸盐制品
D.二氧化硅不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器
6.将2.8 g硅粉与2.3 g钠同时放入足量水中,采用恰当的方法收集反应过程中产生的气体(全部收集),这些气体在标准状况下的体积为( )
A.1.12 L B.4.48 L C.5.6 L D.3.36 L
7.(2016天津检测)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )
①硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料
A.②③ B.①③ C.①④ D.④
8.(2016宁夏银川模拟)下列物质的反应过程符合图示过程的是( )
A.向CaCl2溶液中通入过量CO2
B.向水玻璃中通入过量CO2
C.向澄清石灰水中通入过量CO2
D.向水玻璃中加入过量盐酸
9.(2016江西南昌模拟)硅及其化合物对人类现代文明具有特殊贡献。请回答下列有关问题:
(1)硅原子的结构示意图为 。
(2)下列物品或设备所用材料属于硅酸盐的是 (填字母)。
①长江三峡水泥大坝 ②光导纤维
③陶瓷坩埚 ④普通玻璃 ⑤硅太阳能电池
A.①②③ B.③④⑤ C.②③④ D.①③④
(3)下列说法正确的是 。
A.在粗硅的制取中发生2C+SiO22CO↑+Si,硅被还原,所以碳的还原性强于硅的还原性
B.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠可以保存在配磨口玻璃塞的试剂瓶中
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2 CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸
(4)常温下,SiCl4为液态,沸点为57.6 ℃,在空气中冒白雾。制备高纯度硅的中间产物SiCl4中溶有液态杂质,若要得到高纯度SiCl4,应采用的方法是 ;
用化学方程式及必要的文字解释SiCl4在空气中冒白雾的原因: 。
10.(2016黑龙江大庆模拟)太阳能光伏发电最关键的材料是高纯硅,高纯硅可以通过以下过程制取:
制粗硅:①SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑
制纯硅:②Si(粗硅)+2Cl2SiCl4
③SiCl4+2H2Si(纯硅)+4HCl
石英砂、水晶、玛瑙的主要成分均是SiO2,SiO2的化学性质与CO2有些类似。
(1)请写出SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式: 。
(2)在反应①②③中,②属于 (填基本反应类型),属于置换反应的是 (填序号)。
(3)在反应①②③中有元素的化合价改变的反应是 (填序号)。
B组 提升题组
11.(2016湖南岳阳测试)某二价金属的碳酸盐和酸式碳酸盐的混合物跟足量的稀盐酸反应,消耗H+和生成CO2的物质的量之比为6∶5,则该混合物中碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量之比是( )
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4
12.(2016浙江宁波十校联考)化合物A、B、C、D各由两种元素组成,甲、乙、丙是由短周期元素组成的单质。这些常见的化合物与单质之间存在如下图所示关系(已知C是一种有机物),以下结论不正确的是( )
A.上述转化关系所涉及的化合物中有一种是酸性氧化物
B.甲、乙、丙三种单质的晶体一定是分子晶体
C.上图所示的五个转化关系中,有三个涉及化合反应
D.上图所示的五个转化关系均涉及氧化还原反应
13.氮化硅是一种重要的高温结构陶瓷,为立体网状结构的晶体,属于超硬物质,本身具有润滑性,并且耐磨损,抗腐蚀能力强,高温时抗氧化。人们常常利用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
(1)下列有关该陶瓷的说法中正确的是 (填字母,下同)。
A.氮化硅的分子式为Si3N4
B.该陶瓷虽耐高温,但抗震性差、易断裂
C.该陶瓷在高温时,易与氧气反应
D.氮化硅陶瓷制成的机械部件一般不需要润滑剂
(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强,但遇上氢氟酸会发生反应:Si3N4+HF+H2OH2SiO3+NH4F。下列有关说法中正确的是 。
A.该反应为氧化还原反应
B.该反应配平后的化学计量数依次为1、4、9、3、4
C.氢氟酸是一种超强酸
D.Si3N4为共价化合物,NH4F为离子化合物
(3)氮化硅可由硅的氯化物与氨气在一定条件下反应得到,试写出该反应的化学方程式: 。
14.化合物A是制玻璃的主要原料之一。常温下,化合物B、H、I为气体,B不溶于水且有毒,H、I易溶于水,H的水溶液呈碱性,I的水溶液呈酸性。D元素是地壳中含量仅次于氧的非金属元素。化合物J是一种可用于制造发动机的新型无机非金属材料,其相对分子质量为140,其中D元素的质量分数为60%。上述物质间的转化关系如下图所示:
(1)除A外,制玻璃的主要原料还有(填化学式) 、 。盛放NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,原因是(用化学方程式表示) 。
(2)D元素在元素周期表中的位置是 。
(3)H的电子式是 。
(4)F和H反应生成J和I的化学方程式是 。
(5)下列说法正确的是 (填序号)。
a.上述由A生成D的单质的反应属于置换反应
b.D元素在自然界中主要以单质形式存在
c.G是含有共价键的离子化合物
d.I是强电解质,G是弱电解质,二者的水溶液都显酸性
15.某矿石可能由FeCO3、SiO2、Al2O3中的一种或几种组成,欲探究其组成,设计探究过程如图所示。已知:碳酸不能溶解Al(OH)3沉淀。
(1)Si在元素周期表中的位置是 。
(2)下列说法正确的是 。
a.酸性:H2CO3>H2SiO3
b.原子半径:O
c.稳定性:H2O>CH4>SiH4
d.离子半径:O2-
(3)该矿石的组成是 ,滤渣和NaOH溶液反应的离子方程式是 。
(4)该矿石和1 mol·L-1 HNO3溶液反应的离子方程式为 。
(5)工业上依据上述实验原理处理该矿石,将反应池逸出的气体与一定量的O2混合循环通入反应池中,目的是 ;若处理该矿石2.36×103 kg,得到滤渣1.2×103 kg,理论上至少需要1 mol·L-1 HNO3溶液的体积为 L。
答案全解全析
A组 基础题组
1.B A项,光导纤维的主要成分是二氧化硅,不正确;C项,制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂,不正确;D项,保存氢氧化钠溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶,因为NaOH与玻璃的主要成分反应生成的硅酸钠是一种矿物胶,时间长了瓶塞会打不开,不正确。
2.C 硅的化学性质不活泼,但常温下仍能与氟气、氢氟酸、NaOH溶液等发生反应,加热至一定温度时,硅能与氯气、氧气等发生反应。
3.A CO2与水玻璃反应生成Na2CO3和H2SiO3,在高温条件下H2SiO3变为SiO2,Na2CO3与SiO2反应又生成Na2SiO3和CO2,所以最后得到的固体物质是Na2SiO3,故A正确。
4.B A选项是精制硅的一般过程,正确;SiO2用于制备光导纤维,硅没有这样的用途,B选项错误;氢氟酸能与玻璃中的SiO2发生反应,C选项正确;单质硅是制备太阳能电池常用的材料,D选项正确。
5.B 自然界中无游离态硅,A错;硅酸钠水溶液可作防火、防腐剂,B正确;水晶的主要成分是SiO2,不是硅酸盐制品,C错;二氧化硅可与氢氟酸反应,D错。
6.D 2Na + 2H2O 2NaOH + H2↑
2×23 g 2 mol 22.4 L
2.3 g 0.1 mol 1.12 L
Si + 2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑
28 g 2 mol 2×22.4 L
1.4 g 0.1 mol 2.24 L
反应后硅剩余1.4 g,标准状况下,V(H2)=1.12 L+2.24 L=3.36 L。
7.D 硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O·Fe2O3·3SiO2,①错误;水晶的主要成分是SiO2,不是硅酸盐制品,②错误;高纯度的硅单质广泛用于电子行业,SiO2用于制作光导纤维,③错误;单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料,④正确。
8.C A项不反应,违背了强酸制备弱酸的原理;B项中沉淀为硅酸,硅酸不能溶于过量的碳酸中;C项先生成CaCO3,然后CaCO3与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2,符合题意;D项中生成的沉淀为硅酸,硅酸不溶于过量的盐酸。
9.答案 (1)
(2)D (3)C
(4)蒸馏 SiCl4+3H2O4HCl↑+H2SiO3↓,生成的HCl与水蒸气结合形成盐酸小液滴,形成白雾
解析 (3)A项,该反应主要是因为CO是气态物质,从混合物中逸出而容易发生,实际上Si的还原性强于C,A错;硅酸钠本身即为矿物胶,可作黏合剂,使瓶塞、瓶口黏合不易打开,B错;强酸制取弱酸的适用对象是水溶液中的复分解反应,D错。(4)分离液态混合物可用蒸馏的方法。
10.答案 (1)SiO2+2NaOH
Na2SiO3+H2O
(2)化合反应 ①③
(3)①②③
解析 (1)SiO2与NaOH溶液反应生成了硅酸钠和水,反应的化学方程式是SiO2+2NaOH
Na2SiO3+H2O。
(2)在反应②中,由两种物质生成了一种物质,属于化合反应;在反应①③中,都是由一种单质与一种化合物反应,生成了另一种单质和另一种化合物,属于置换反应。
(3)在反应①②③中,都有单质参加或生成,一定有元素化合价的变化。
B组 提升题组
11.B 设碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量分别为x mol、y mol,则:
RCO3 ~ 2H+ ~ CO2,R(HCO3)2 ~ 2H+ ~ 2CO2
1 2 1 1 2 2
x mol 2x mol x mol y mol 2y mol 2y mol
则有(2x mol+2y mol)∶(x mol+2y mol)=6∶5,解得x∶y=1∶2。
12.B 由单质甲能与有机物C反应生成A与B,甲可与单质乙反应生成A,A继续与乙反应生成D,可推出甲、乙、丙分别为O2、C、H2,A、B、D分别为CO2、H2O、CO,进而可判断A、C、D选项正确;B选项中乙(碳)可能为原子晶体,错误。
13.答案 (1)D (2)BD
(3)3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl
解析 (1)氮化硅为立体网状结构的晶体,不存在单个分子,Si3N4不是分子式,A错误;由氮化硅是高温结构陶瓷,抗氧化、有润滑性可知B、C错误,D正确。(2)Si3N4与HF反应,无元素化合价的变化,A项错误;氢氟酸是一种弱酸,C项错误。(3)硅的氯化物为SiCl4,根据题意可知化学方程式为3SiCl4+4NH3
Si3N4+12HCl。
14.答案 (1)Na2CO3 CaCO3 SiO2+2NaOH
Na2SiO3+H2O
(2)第三周期第ⅣA族
(3)H：：H
(4)3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl (5)ac
解析 由D元素是地壳中含量仅次于氧的非金属元素知,D为Si。结合图中转化关系,由B不溶于水且是有毒气体可知B为CO;由D的单质与Cl2反应生成F可知F为SiCl4;由H的水溶液呈碱性可知H为NH3,所以I为HCl、J为新型无机非金属材料Si3N4,G为NH4Cl。
15.答案 (1)第三周期ⅣA族 (2)abc
(3)FeCO3和SiO2 SiO2+2OH- Si
+H2O
(4)3FeCO3+10H++N 3Fe3++3CO2↑+NO↑+5H2O
(5)NO循环使用减少环境污染,NO跟H2O、O2反应后又得到硝酸,可以提高原料利用率 3×104
解析 (4)SiO2与硝酸不反应。FeCO3与硝酸反应时,要注意生成Fe3+,同时硝酸被还原为NO。(5)NO、H2O、O2可发生反应:4NO+2H2O+3O2
4HNO3,生成的硝酸可循环使用,减少污染。每溶解3 mol FeCO3,消耗10 mol HNO3,如果由NO回收的1 mol HNO3再利用,则理论上只需要9 mol HNO3,即:FeCO3~3HNO3。根据矿石2.36×103 kg、滤渣1.2×103 kg,可知其中含有1.16×103 kg FeCO3,需要硝酸3×104 mol,故需1 mol·L-1的HNO3溶液3×104 L。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2f4af41acd22bcd126fff705cc17552706225e64.html
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