第20讲 碳、硅及无机非金属材料
[目标速览] 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解碳、硅及其重要化合物的主要性质,认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。2.结合实例认识碳、硅及其化合物的多样性,了解通过化学反应可以探索物质的性质,实现物质的转化,认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
微考点 核心突破
考点1 碳、硅单质的性质
知|识|梳|理
1.碳、硅元素在自然界中的存在形态
(1)碳:既有游离态又有化合态。
(2)硅:只有______________。硅在地壳中的含量占第________位。
2.常见的碳单质
(1)金刚石。
碳原子的排列方式:________的空间网状结构
碳原子的杂化方式:________
物理性质:熔点______,硬度______,不导电
(2)石墨。
碳原子的排列方式:层状结构,每层为________的平面网状结构
碳原子的杂化方式:________
物理性质:熔点______,硬度______,______导电
(3)足球烯(C60)。
碳原子的排列方式:“足球”状分子,由正五边形和正六边形排列而成
物理性质:不导电
3.碳、硅单质的物理性质和用途(连线)
4.碳和硅的化学性质——还原性
(1)碳单质的化学性质。
①与O2反应。
a.O2不足:___________________________________________________________。
b.O2足量:___________________________________________________________。
②与其他物质反应。
a.与CuO反应:___________________________________________________________。
b.与CO2反应:___________________________________________________________。
c.与水蒸气反应:___________________________________________________________。
d.与浓硫酸反应:___________________________________________________________。
(2)硅单质的化学性质。
①与O2反应:___________________________________________________________。
②与Cl2反应:___________________________________________________________。
③与氢氟酸反应:___________________________________________________________。
5.硅的工业制法
用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅,反应的化学方程式为__________________。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( )
2.高纯度的单晶硅用于制造光导纤维。( )
3.硅主要以单质形式存在于自然界中。( )
4.硅是一种良好的半导体材料。( )
5.碳有多种同素异形体,氧不存在同素异形体。( )
知|识|拓|展
1.Si的还原性强于C,但C能还原SiO2生成Si,且氧化产物为CO,反应方程式为2C+SiO2Si+2CO↑,其原因是产物CO为气体,它的放出降低了生成物的浓度,促使反应向正反应方向进行。
2.不要混淆硅和二氧化硅的用途:用作半导体材料的是晶体硅,用于制作光导纤维的是SiO2。
3.不要混淆常见含硅物质的成分。
(1)计算机芯片的成分是晶体硅。
(2)水晶、石英、玛瑙等的主要成分是SiO2。
(3)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
知|识|对|练
角度一 新材料、新技术下碳的考查
1.碳及其化合物与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是( )
A.12C、13C、14C、C60、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体,用途广泛
B.用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料,可以实现“碳”的循环利用
C.石墨烯和碳纤维都是新型有机高分子材料
D.碳纳米管是一种有机合成纤维,其比表面积大,可用作新型储氢材料
角度二 硅的性质
2.ChatGPT是史上月活用户增长最快的消费者应用。下列说法中不正确的是( )
A.硅晶片是生产芯片的基础材料
B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像,该过程涉及化学变化
C.硅在自然界中主要以单质形式存在
D.硅是应用最广泛的半导体材料
角度三 工业制取高纯度硅
3.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)硅在元素周期表中的位置是___________________________________________________________
____________________。
(2)工业上生产粗硅的反应有SiO2+2CSi(粗)+2CO↑;SiO2+3CSiC+2CO↑。
若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1,则参加反应的C和SiO2的物质的量之比约为________。
(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:
①若反应Ⅰ为Si(粗)+3HClSiHCl3+H2,则反应Ⅱ的化学方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出该反应的化学方程式:___________________________________________________________
___________________________________________________________。
③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Ⅰ中HCl的利用率为90%,反应Ⅱ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________。
考点2 碳、硅氧化物的性质
知|识|梳|理
1.物理性质
(1)熔、沸点:SiO2的熔、沸点比CO2的熔、沸点________。
(2)溶解性:CO2________于水,SiO2________于水。
2.化学性质
物质 二氧化硅 二氧化碳
与水 反应 不反应 ___________________________________________________________
与酸 反应 只与氢氟酸反应: ___________________________________________________________ 不反应
与碱 (NaOH) 溶液反应 ____________________________(盛碱液的试剂瓶用________塞) CO2少量:___________________________________________________________ ___________________________________________________________ CO2足量:___________________________________________________________ ___________________________________________________________
与盐 反应 如与Na2CO3反应: ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 如与Ca(ClO)2反应: ___________________________________________________________ ___________________________________________________________
与碱 性氧化 物反应 如与CaO反应:___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 如与Na2O反应: ___________________________________________________________ ___________________________________________________________
3.主要用途
(1)CO2:制饮料、碳酸盐,干冰用作制冷剂。
(2)SiO2:作光导纤维,制光学仪器、电子部件,水晶可制作饰品。
4.CO2的实验室制法
(1)反应原理。
用大理石与稀盐酸或稀硝酸反应的离子方程式:____________________________________。
(2)发生装置。
通常用启普发生器。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.因为SiO2有导电性,所以SiO2可用于制备光导纤维。( )
2.酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应。( )
3.工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2+CSi+CO2↑。( )
4.实验室中保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞。( )
5.向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀,证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强。( )
知|识|拓|展
1.混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计
各装置的作用:
A——除去混合气体中的CO2气体
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——CO还原CuO:CO+CuOCu+CO2
D——验证CO的氧化产物CO2
E——除去尾气中的CO2气体
F——除去尾气中的CO气体,防止污染环境
确定混合气体中含有CO气体的实验现象:
B中无明显现象,C中的物质由黑色变成红色,且D中的澄清石灰水变浑浊。
2.CO2与碱、盐溶液的反应
(1)与碱溶液的反应。
①反应原理。
NaOHNa2CO3NaHCO3。
②反应后溶质成分的判断。
x= 溶质成分
x≤1 NaHCO3
1x=2 Na2CO3
x>2 NaOH、Na2CO3
也可用数轴来表示:
(2)往某溶液中不断通入CO2至过量时,现象是“先产生白色沉淀,后沉淀逐渐溶解”的反应。
①往澄清石灰水中不断通入CO2气体。
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O,
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2。
②往氢氧化钡溶液中不断通入CO2气体。
Ba(OH)2+CO2===BaCO3↓+H2O,
BaCO3+CO2+H2O===Ba(HCO3)2。
③往漂白粉溶液中不断通入CO2气体。
Ca(ClO)2+CO2+H2O===CaCO3↓+2HClO,
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2。
(3)向某溶液中不断通入CO2气体至过量时,现象为“生成白色沉淀或浑浊,沉淀或浑浊不消失”的反应。
①在Na[Al(OH)4]溶液中不断通入CO2气体至过量。
2[Al(OH)4]-+CO2(少量)===2Al(OH)3↓+C+H2O,
[Al(OH)4]-+CO2(过量)===Al(OH)3↓+HC。
②往Na2SiO3溶液中不断通入CO2气体至过量。
Si+CO2(少量)+H2O===H2SiO3↓+C,
Si+2CO2(过量)+2H2O===H2SiO3↓+2HC。
③常温下,向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2气体有晶体析出。
2Na++C+CO2+H2O===2NaHCO3↓。
3.几点反常
(1)一般情况,碱性氧化物+酸—→盐+水,SiO2是酸性氧化物,却能与氢氟酸发生反应SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。
(2)一般情况,较强酸+较弱酸盐—→较弱酸+较强酸盐。虽然酸性H2CO3>H2SiO3,却能发生如下反应Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑。
(3)一般情况,非金属氧化物与水反应生成相应的酸,如CO2+H2OH2CO3,但SiO2不溶于水,也不与水反应。
知|识|对|练
角度四 二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律
4.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项 操作及现象 溶液
A 通入CO2,溶液变浑浊,再升温至65 ℃以上,溶液变澄清 C6H5ONa溶液
B 通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失 Na2SiO3溶液
C 通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去 Ca(ClO)2溶液
D 通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊 Ca(OH)2溶液
5.中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2,反应过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2
B.环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶
C.反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质
D.可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2
角度五 CO2与碱溶液反应产物的定量判断
6.标准状况下,将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L-1 NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(C)与c(HC)的比为(不考虑C、HC的水解)( )
A.1∶1 B.1∶2
C.2∶1 D.1∶3
角度六 碳的氧化物的有关实验
7.为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳,某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置。根据装置回答下列问题:
(1)A装置的作用是___________________________________________________________。
(2)实验后通过________处理尾气,发生反应的化学方程式为___________________________________________________________。
(3)若实验时观察到___________________________________________________________
___________________________________________________________,
则证明原气体中一定含有一氧化碳。
角度七 碳及其化合物的相互转化
8.第十三届全国人民代表大会第四次会议政府工作报告指出“要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作”,绿色氢能和液态阳光甲醇可助力完成碳中和目标。下列说法正确的是( )
A.CH3OH属于电解质
B.用焦炭与H2O反应是未来较好获取氢能的方法
C.H2与CO2反应,每生成1 mol CH3OH时转移4 mol电子
D.植树造林、节能减排等有利于实现碳中和
9.部分含碳物质的分类与相应碳元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.固态p可做制冷剂用于人工降雨
B.p转化为r可通过化合反应来实现
C.m转化为n或o的反应均释放能量
D.n的一种同素异形体中既存在共价键也存在范德华力
10.如图是碳循环中的一部分。以下对该图示的理解不正确的是( )
A.倡导“低碳生活、减少CO2的排放”的思想主要涉及反应①
B.反应②是在植物体内完成的
C.反应③是大气中CO2浓度逐渐升高的主要原因
D.反应④⑥是人为缓解温室效应的措施
11.由气体甲开始,可发生如下四个变化:
甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体,则甲、乙、丙、丁分别为( )
A.CO2、CO、O2、CaO
B.O2、CO、CO2、CaCO3
C.O2、CO2、CO、CaCO3
D.CO、CO2、O2、Ca(OH)2
角度八 二氧化硅的性质
12.诺贝尔物理学奖曾被授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅,下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A.二氧化硅是酸性氧化物,与水反应生成硅酸
B.用二氧化硅制取单质硅时,当生成2.24 L气体(标准状况)时,得到2.8 g硅
C.6 g二氧化硅中含有0.2 mol的共价键
D.二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应,但能与碳酸钠固体在高温时发生反应
角度九 硅及其化合物的相互转化
13.水泥产品被广泛应用于水利水电工程、公路、铁路、桥梁、涵洞、飞机场、码头等各类工程领域,产品具备强度高、耐蚀、耐酸性强、相溶性好等优点。水泥属于无机非金属材料,下列关于无机非金属材料说法错误的是( )
A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、光导纤维等材料
B.无机非金属材料二氧化硅是生产光导纤维的原料
C.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
D.在水泥中加入适量石膏的目的是调节水泥硬化速率
14.已知A是灰黑色的有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系,回答下列有关问题:
(1)写出B、C两物质的名称:B____________,C____________。
(2)写出D—→B的化学方程式:_____________________________________________________。
(3)写出B—→C的离子方程式:_____________________________________________________。
考点3 无机非金属材料
知|识|梳|理
一、硅酸盐材料
1.陶瓷
陶瓷以________(主要成分为含水的________)为主要原料,经________烧结而成的。
2.玻璃
普通玻璃的主要成分为____________________________,它是以________________________为主要原料,经混合、粉碎,在________中熔融,发生复杂的________________________而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿,还可制造________用于高强度________等。
3.水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是____________,二者与其他辅料经混合、研磨后在____________中煅烧,发生复杂的物理和化学变化,加入适量石膏调节水泥的________,再磨成细粉就能得到普通水泥。
混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
二、新型无机非金属材料
1.新型陶瓷
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系,在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
2.新型陶瓷的种类与用途
材料类型 主要特性 示例 用途
高温结 构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等
压电 陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器等
透明 陶瓷 优异的光学性能,耐高温,绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 — 可用于电力、交通、医疗等领域
3.碳纳米材料
碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。
(1)类型:富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
(2)用途:在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
材料类型 性能 用途
碳纳 米管 比表面积大,高强度,优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 电阻率低,热导率高,具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.碳化硅俗称金刚砂,它可用于高温结构陶瓷的制作。( )
2.二氧化硅可用于生产玻璃。( )
3.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。( )
4.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品。( )
5.传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。( )
6.石墨烯的电阻率低,热导率也低。( )
7.压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。( )
知|识|对|练
角度十 传统无机非金属材料
15.硅胶吸附剂的结构如图所示,硅胶常用作干燥剂,在其中添加CoCl2可使其指示吸水量,这可用于判断硅胶是否失效,原理如下:CoCl2(蓝色)—→CoCl2·6H2O(粉红色),失效的硅胶可加热再生。下列说法错误的是( )
A.当硅胶变粉红色时说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物,硅胶可干燥HF
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时,硅胶中的羟基形成了过多氢键从而失去吸附力
16.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(含SiO2 65%~70%、含C 30%~35%)制取水玻璃的工艺流程:
下列说法正确的是( )
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.反应器中发生的反应为氧化还原反应
17.(2025·邯郸模拟)工业上制备高纯硅,一般需要先制得98%左右的粗硅,再以粗硅为原料制备高纯硅,工艺流程如下;工业上还以粗硅为原料采用熔融盐电解法制取甲硅烷(SiH4),电解装置如图所示:
石英砂粗硅SiHCl3(粗)SiHCl3(纯)高纯硅
下列有关说法正确的是( )
A.制备粗硅的化学方程式:SiO2+CSi+CO2↑
B.制备高纯硅的工艺中可循环使用的物质只有HCl
C.阴极发生的电极反应:H2+2e-===2H-
D.SiO2、Si、SiH4都属于共价晶体
角度十一 新型无机非金属材料
18.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示:
下列有关说法正确的是( )
A.石墨烯是一种新型的化合物
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异形体
D.氧化石墨烯具有一定的亲水性
19.2024年央视春晚首次应用5G-A技术,AI含量高,硬科技霸屏,下列有关说法错误的是( )
A.舞蹈《瓷影》所诠释的青花瓷,其主要原材料为含水的铝硅酸盐
B.晚会采用的LED屏,其发光材料通常是以Si3N4为基础,用Al取代部分Si,用O取代部分N后所得的陶瓷制作而成
C.5G-A技术所需高频通讯材料之一的LCP(液晶高分子)在一定加热状态下一般会变成液晶,液晶既具有液体的流动性,又表现出类似晶体的各向异性
D.芯片中二氧化硅优异的半导体性能使得晚会上各种AI技术得以完美体现
20.氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料,在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示:
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
回答下列问题:
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放,以NaOH为例,用化学方程式表示其原因:____________________________________。
(2)图示①~⑤的变化中,属于氧化还原反应的是________(填序号)。
(3)在反应⑤中,3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体,则氮化硅的化学式为________。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中也能反应生成氮化硅,B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式:___________________________________________________________。
微充电 素养提升
创新考法——精选情境显价值 能力突破有方法
命题点1 利用诗词名句创设崭新情境
【母题1】 “试玉要烧三日满,辨材须待七年期”是唐代诗人白居易的名句,下列有关“玉”的说法正确的是( )
A.玉是石灰石 B.玉的硬度比河砂的大
C.玉的熔点较高 D.玉是金刚砂
【衍生1】 《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无沙黏土而为之”“凡坯既成,干燥之后,则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A.沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B.“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理和化学变化
C.烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦
D.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
重点记忆 软玉的成分有Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2、Ca2Fe5(Si4O11)2(OH)2等,硬玉的成分有NaAl(Si2O6),均为硅酸盐。写成氧化物的形式分别为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O、2CaO·5FeO·8SiO2·H2O、Na2O·Al2O3·4SiO2。
命题点2 利用结构式创设崭新情境
【母题2】 磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如:
如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则相应的酸根可写为________。
【衍生2】 铝硅酸盐型分子筛中有许多笼状空穴和通道(如图),其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体,化学组成可表示为Ma[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O(M代表金属离子)。
下列推测不正确的是( )
A.常采用水玻璃、四羟基合铝酸钠在强酸溶液中反应后结晶制得分子筛
B.若a=x/2,则M为二价阳离子
C.调节y/x(硅铝比)的值,可以改变分子筛骨架的热稳定性
D.分子筛中的笼状空穴和通道,可用于筛分分子
重点记忆 B、Si、P、S等元素的含氧酸分子间的羟基,可以脱水形成多酸或多酸盐。重要含氧酸的特性归纳如表所示:
名称 化学式 结构 特性
H3PO4 高沸点三元中强酸,P元素是+5价,H3PO4分子中“PO4”原子团呈四面体,磷酸盐中P是正四面体
H4P2O7 可看作两个磷酸分子间脱去一个水分子形成H4P2O7,与水反应生成磷酸。三个磷酸分子间脱去二个水分子形成三聚磷酸H5P3O10;四个磷酸分子间脱去四个水分子形成环状的四偏磷酸(HPO3)4
H2SO4 高沸点、强氧化性的二元强酸,S元素是+6价。沸点高是因为分子间可以形成氢键。H2SO4分子中“SO4”原子团呈四面体,硫酸盐中S是正四面体
H2S2O7 可看作两个硫酸分子间脱去一个水分子形成H2S2O7,与水反应生成硫酸。焦硫酸是强氧化剂
H2S2O8 过二硫酸具有强氧化性,S2能将I-、Fe2+氧化为I2、Fe3+,将Cr3+、Mn2+氧化为Cr2、Mn,本身被还原为S
H2S2O3 S2为四面体: 中心S原子为+6价,另一个S原子为-2价,S元素的平均化合价为+2价。S2具有还原性
微真题 把握方向
考向一 无机非金属材料
1.(2024·贵州卷)我国科学家首次合成了化合物[K(2,2,2-crypt)]5[K@Au12Sb20]。其阴离子[K@Au12Sb20]5-为全金属富勒烯(结构如图),
具有与富勒烯C60相似的高对称性。下列说法错误的是( )
A.富勒烯C60是分子晶体
B.图示中的K+位于Au形成的二十面体笼内
C.全金属富勒烯和富勒烯C60互为同素异形体
D.锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族,则其基态原子价层电子排布式是5s25p3
2.(2023·广东卷)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中,主要由硅酸盐材料制成的是( )
A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟
3.(2022·河北卷)定窑是宋代五大名窑之一,其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是( )
A.传统陶瓷是典型的绝缘材料
B.陶瓷的主要成分为SiO2和MgO
C.陶瓷烧制的过程为物理变化
D.白瓷的白色是因铁含量较高
考向二 硅的化合物的制备实验
4.(2023·山东卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料,常温下为无色液体,沸点为31.8 ℃,熔点为-126.5 ℃,易水解。实验室根据反应Si+3HClSiHCl3+H2,利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题:
(1)制备SiHCl3时进行操作:(ⅰ)……;
(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中;
(ⅲ)通入HCl,一段时间后接通冷凝装置,加热开始反应。操作(ⅰ)为______________;判断制备反应结束的实验现象是________________________。图示装置存在的两处缺陷是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)已知电负性Cl>H>Si,SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3的纯度。
m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后,进行如下实验操作:①________,②________(填操作名称),③称量等操作,测得所得固体氧化物的质量为m2 g,从下列仪器中选出①②中需使用的仪器,依次为________(填字母)。测得样品纯度为____________(用含m1、m2的代数式表示)。
第20讲 碳、硅及无机非金属材料
微考点·核心突破
考点1
知识梳理
1.(2)化合态 二
2.(1)正四面体 sp3杂化 高 大 (2)正六边形 sp2杂化 高 小 能
3.
4.(1)①a.2C+O22CO b.C+O2CO2
②a.2CuO+C2Cu+CO2↑ b.CO2+C2CO
c.C+H2O(g)CO+H2
d.C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(2)①Si+O2SiO2 ②Si+2Cl2SiCl4
③Si+4HF===SiF4↑+2H2↑
5.2C+SiO2Si+2CO↑
思维辨析
1.√
2.× 提示:二氧化硅用于制造光导纤维。
3.× 提示:自然界中无单质硅。
4.√
5.× 提示:碳有多种同素异形体,氧也存在同素异形体,如O2、O3。
知识对练
1.B 解析 12C、13C、14C是碳元素的三种核素,它们之间互称为同位素,不是同素异形体,A项错误;用CO2合成可降解的聚碳酸酯塑料,可以实现“碳”的循环利用,B项正确;石墨烯、碳纤维、碳纳米管都是碳的单质,是无机非金属材料,不是有机材料,C、D两项错误。
2.C 解析 硅晶片是优良的半导体材料,是生产芯片的基础材料,A项正确;光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成,属于化学变化,B项正确;硅元素是亲氧元素,在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在,不存在硅单质,C项错误;硅是优良的半导体材料,可用于制造和生产芯片,D项正确。
3.答案 (1)第三周期第ⅣA族 (2)5∶2
(3)①SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl
②SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+H2↑ ③5∶1
解析 (2)根据反应SiO2+2CSi(粗)+2CO↑、SiO2+3CSiC+2CO↑,生成1 mol Si需2 mol C、1 mol SiO2,生成1 mol SiC需3 mol C、1 mol SiO2,产品中Si与SiC的物质的量之比为1∶1,则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。(3)①反应Ⅱ的化学方程式为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。②化学方程式为SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+H2↑。③反应生成1 mol纯硅需补充HCl为-3,需补充H2为-1,补充HCl与H2的物质的量之比约为5∶1。
考点2
知识梳理
1.(1)高 (2)可溶 不溶
2.CO2+H2OH2CO3 SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O 橡胶
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O
CO2+NaOH===NaHCO3 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
Ca(ClO)2+CO2+H2O===CaCO3↓+2HClO
SiO2+CaOCaSiO3
CO2+Na2O===Na2CO3
4.(1)CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
思维辨析
1.× 提示:SiO2无导电性,但SiO2具有立体四面体网状结构,具有良好的透光性并发生全反射,可用于制备光导纤维。
2.× 提示:二氧化硅属于酸性氧化物,但能与氢氟酸发生反应SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。
3.× 提示:反应生成的是CO而不是CO2。
4.√ 提示:SiO2能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3,Na2SiO3溶液具有黏性,使瓶口与瓶塞黏在一起,不易开启。
5.× 提示:硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸,根据强酸制弱酸原理,说明碳酸的酸性比硅酸强。
知识对练
4.B 解析 硅酸与过量的CO2不反应。
5.B 解析 利用NaOH溶液实现“碳捕获”吸收器中,NaOH溶液用喷淋方式加入,增大反应物之间的接触面积,充分吸收二氧化碳,环节a中,氧化钙与水反应生成氢氧化钙,碳酸钠与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠,Na2CO3发生反应的化学方程式为Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH,CaCO3需从溶液中过滤出来再高温煅烧,生成的CO2循环使用。NaOH溶液喷成雾状,可增大反应接触面积,提高CO2吸收率,A项正确;环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3,需从溶液中过滤出来再高温煅烧,故基本操作不是蒸发结晶,B项错误;NaOH和CaO在流程中既有消耗,也有生成,可循环利用,C项正确;Na2CO3可以和CO2反应,因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液,D项正确。
6.B 解析 n(CO2)==0.150 mol,n(NaOH)=0.200 L×1.00 mol·L-1=0.200 mol,==,即1<<2,反应产物为Na2CO3、NaHCO3,设其物质的量分别为x、y,则,解得,所以n(C)∶n(HC)=1∶2。
7.答案 (1)吸收CO2 (2)点燃 2CO+O22CO2
(3)B中无明显现象,装置C中黑色粉末变成红色,D中澄清石灰水变浑浊
解析 (1)除去混合气体中的CO2时,可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中,故A装置的作用是吸收CO2,以排除对后面实验的干扰。(2)CO有毒,故将CO点燃生成CO2后才能排放到空气中。(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色,故利用这一现象来证明原气体中一定含有CO。
8.D 解析 CH3OH属于非电解质,A项错误;该工艺需消耗大量的能量,不节能,B项错误;每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子,C项错误;植树造林、节能减排等有利于实现碳中和,D项正确。
9.C 解析 依据“价—类”二维图可知,m为甲烷、n为碳单质、o为CO、p为CO2、r为碳酸盐。p为二氧化碳,可做制冷剂用于人工降雨,A项正确;二氧化碳与氧化钙反应生成碳酸钙,是化合反应,B项正确;甲烷转化为碳单质是吸热反应,C项错误;碳有多种同素异形体,如金刚石、石墨等,石墨中既存在共价键也存在范德华力,D项正确。
10.C 解析 化石燃料燃烧生成的CO2是大气中CO2的主要来源,A项正确;植物体内的光合作用将CO2转化为葡萄糖,B项正确;大气中CO2浓度逐渐升高的主要原因是人为过度使用化石燃料、过度砍伐树木,C项错误;④⑥可人为缓解温室效应,D项正确。
11.C 解析 分析题中流程图最终生成丁固体,丁为CaCO3,丙气体具有还原性,则丙为CO。故选C。
12.D 解析 A项,SiO2不与H2O反应;B项,SiO2+2C2CO↑+Si,生成2.24 L CO(标准状况)时,得到1.4 g Si;C项,6 g二氧化硅的物质的量为0.1 mol,1 mol二氧化硅分子中含有4 mol共价键,所以0.1 mol二氧化硅中含有0.4 mol共价键。
13.A 解析 陶瓷、玻璃和水泥属于传统无机非金属材料,光导纤维属于新型无机非金属材料,A项错误;二氧化硅透明度高、能够发生全反射,可作为生产光导纤维的原料,B项正确;硅是一种半导体,性质较稳定,具有电气特性,是人类将太阳能转换为电能的常用材料,C项正确;水泥中加入适量的石膏,石膏可在水泥表面形成保护膜从而阻滞水泥颗粒的水化反应,防止水泥凝结过快,D项正确。
14.答案 (1)硅酸钠 硅酸 (2)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
(3)Si+H2O+CO2===C+H2SiO3↓
解析 灰黑色有金属光泽的固体单质A能与O2反应,能与NaOH溶液反应,且A由氧化物D与碳在高温下制得,故A为Si,依据各物质间的转化关系进而推知B为Na2SiO3,C为H2SiO3,D为SiO2。
考点3
知识梳理
一、1.黏土 铝硅酸盐 高温 2.Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 纯碱、石灰石和石英砂 玻璃窑 物理和化学变化 玻璃纤维 复合材料 3.黏土和石灰石 水泥回转窑 硬化速率
思维辨析
1.√ 2.√ 3.× 4.× 5.× 6.× 7.√
知识对练
15.B 解析 由题中信息可知,硅胶吸水失效后,蓝色的CoCl2会转化为粉红色的CoCl2·6H2O,A项正确;二氧化硅可以和HF反应,故硅胶不能干燥HF,B项错误;温度过高,CoCl2水解生成Co(OH)2而失去显色作用,C项正确;由硅胶结构可知,硅胶通过羟基和水分子之间形成氢键而达到吸水的目的,故当硅胶遇到大量的水分子时,硅胶中的羟基形成了过多氢键从而失去吸附力,D项正确。
16.A 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项正确;操作A为过滤,操作B为蒸发浓缩,是两种不同的操作,B项错误;二氧化硅中硅元素的化合价是+4价,硅酸钠中硅元素的化合价也是+4价,所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变,C项错误;反应器中发生的反应为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O,此反应没有元素化合价的变化,属于非氧化还原反应,D项错误。
17.C 解析 石英砂加焦炭在高温条件下反应得到粗硅,粗硅与HCl在573 K以上加热生成粗SiHCl3,精馏得到纯的SiHCl3,在1 357 K与氢气反应生成高纯硅。制备粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,A项错误;制备高纯硅的工艺中可循环使用的物质有H2和HCl,B项错误;阴极上氢气得电子产生H-,发生的电极反应为H2+2e-===2H-,C项正确;SiH4属于分子晶体,D项错误。
18.D 解析 石墨烯是碳的单质,A项错误;氧化石墨烯中含有氢元素,故不是石墨烯的氧化物,也不是碳的同素异形体,B、C两项错误;由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团,所以它具有一定的亲水性,D项正确。
19.D 解析 青花瓷是传统无机非金属材料,其主要原材料为含水的铝硅酸盐,A项正确;LED屏发光材料通常是以Si3N4为基础,用Al取代部分Si,用O取代部分N后所得的结构多样化的陶瓷,B项正确;液晶在一定温度范围内既具有液体的流动性,在折射率、磁化率、电导率等宏观方面又表现出类似晶体的各向异性,C项正确;芯片的主要成分是硅单质,D项错误。
20.答案 (1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O (2)①②
(3)Si3N4 (4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
解析 (2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应;反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒定律求得3Si(NH2)4Si3N4+8NH3↑。(4)结合题给信息,SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
微充电·素养提升
母题1 C 解析 玉有软玉和硬玉两种,软玉和硬玉的成分都是硅酸盐,金刚砂是碳化硅的俗称,A、D两项错误。软玉是含水的钙镁硅酸盐,硬度一般在6.5以下;硬玉也叫翡翠,为钠和铝的硅酸盐,硬度为6.5~7。河砂的主要成分是石英,玉石可以用河砂作磨料进行琢磨,可以判断河砂的硬度比玉的大,B项错误。“试玉要烧三日满”的意思是检验“玉”的真假要烧满三日,说明“玉”的熔点较高;若能联想到陶瓷、玻璃的主要成分是硅酸盐,均为高温烧制而成,也可以快速判断玉的熔点较高,C项正确。
衍生1 A 解析 沙子的主要成分为二氧化硅,二氧化硅是氧化物,不属于硅酸盐,A项错误;黏土烧制成瓦的过程中发生了复杂的物理和化学变化,B项正确;由“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”可知,C项正确;黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料,D项正确。
母题2 答案 Pn
解析 由题中信息可知,n个磷酸分子间脱去(n-1)个水分子形成链状的多磷酸,因此,如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则可脱去n个水分子得到(HPO3)n,其失去H+后得到相应的酸根,故该酸根可写为Pn。
衍生2 A 解析 在强酸溶液中反应生成H2SiO3沉淀和Al3+溶液,得不到分子筛,A项不正确。
微真题·把握方向
1.C 解析 富勒烯C60是由C60分子通过范德华力结合形成的分子晶体,A项正确;由题图可知,中心K+周围有12个Au原子形成二十面体笼(每个面为三角形,上、中、下层分别有5、10、5个面),B项正确;全金属富勒烯不是碳元素的单质,因此其与富勒烯C60不能互为同素异形体,C项错误;锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族,则根据元素位置与原子结构关系可知,其基态原子价层电子排布式是5s25p3,D项正确。
2.C 解析 九霄环佩木古琴主要由木材、动物筋制得,A项错误;裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成,B项错误;陶埙属于陶瓷,由硅酸盐制成,C项正确;曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成,D项错误。
3.A 解析 陶瓷是良好的绝缘体,传统陶瓷是典型的绝缘材料,常用于高压变压器的开关外包装和器件,A项正确;陶瓷的主要成分为硅酸盐,而不是SiO2和MgO,B项错误;陶瓷烧制的过程中发生了复杂的化学反应,有新物质生成,属于化学变化,C项错误;由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色,故陶瓷中含铁量越多,陶瓷的颜色越深,白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含,D项错误。
4.答案 (1)检查装置气密性 管式炉中固体消失、烧瓶中无液体滴下 C和D之间缺少吸水装置,没有处理氢气的装置
(2)SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+H2↑+3NaCl+2H2O
(3)灼烧 冷却干燥 AC ×100%
解析 (1)利用Si和HCl(气体)的反应制备SiHCl3,实验前要检查装置气密性,故操作(ⅰ)为检查装置气密性。制备反应结束时,Si完全反应,SiHCl3(常温下为无色液体)不再增加,则实验现象是管式炉中固体消失、烧瓶中无液体滴下。SiHCl3容易水解,D中水蒸气容易进入C中,C和D之间应增加吸收水蒸气的装置,NaOH溶液吸收HCl,但不吸收H2,D装置后应增加处理H2的装置。(2)已知电负性Cl>H>Si,则SiHCl3中Cl、H元素化合价为-1价,Si元素化合价为+4价,SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl,配平化学方程式为SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+H2↑+3NaCl+2H2O。(3)由后续操作可知,SiHCl3水解得到的硅酸水合物要先在坩埚中灼烧(得到SiO2),然后在干燥器中冷却干燥SiO2,使用的仪器分别为A、C。根据原子守恒可得关系式SiHCl3~SiO2,则m1 g样品中SiHCl3的质量为m2 g×,故样品纯度为m2 g×÷m1 g×100%=×100%。(共114张PPT)
第20讲
大单元三 非金属及其化合物
碳、硅及无机非金属材料
目
标
速
览
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。2.结合实例认识碳、硅及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质的性质，实现物质的转化，认识物质及其转化在促进社会文明进 步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
考点1 碳、硅单质的性质
微考点/核心突破
第一部分
1.碳、硅元素在自然界中的存在形态
(1)碳：既有游离态又有化合态。
(2)硅：只有 。硅在地壳中的含量占第 位。
化合态
二
2.常见的碳单质
(1)金刚石。
碳原子的排列方式： 的空间网状结构
碳原子的杂化方式：___________
物理性质：熔点 ，硬度 ，不导电
正四面体
sp3杂化
高
大
(2)石墨。
碳原子的排列方式：层状结构，每层为______________的平面网状结构
碳原子的杂化方式：___________
物理性质：熔点 ，硬度 ， 导电
正六边形
sp2杂化
高
小
能
(3)足球烯(C60)。
碳原子的排列方式：“足球”状分子，由正五边形和正六边形排列而成
物理性质：不导电
3.碳、硅单质的物理性质和用途(连线)
4.碳和硅的化学性质——还原性
(1)碳单质的化学性质。
①与O2反应。
a.O2不足：_______________________。
b.O2足量：_______________________。
②与其他物质反应。
a.与CuO反应：_____________________。
b.与CO2反应：_______________。
c.与水蒸气反应：_______________________。
d.与浓硫酸反应：___________________________________。
(2)硅单质的化学性质。
①与O2反应：___________________。
②与Cl2反应：___________________。
③与氢氟酸反应：_______________________。
5.硅的工业制法
用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为_____________________________。
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( )
2.高纯度的单晶硅用于制造光导纤维。( )
3.硅主要以单质形式存在于自然界中。( )
提示：二氧化硅用于制造光导纤维。
提示：自然界中无单质硅。
4.硅是一种良好的半导体材料。( )
5.碳有多种同素异形体，氧不存在同素异形体。( )
提示：碳有多种同素异形体，氧也存在同素异形体，如O2、O3。
3.不要混淆常见含硅物质的成分。
(1)计算机芯片的成分是晶体硅。
(2)水晶、石英、玛瑙等的主要成分是SiO2。
(3)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
角度一 新材料、新技术下碳的考查
1.碳及其化合物与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是( )
A.12C、13C、14C、C60、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体，用途广泛
B.用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用
C.石墨烯和碳纤维都是新型有机高分子材料
D.碳纳米管是一种有机合成纤维，其比表面积大，可用作新型储氢材料
12C、13C、14C是碳元素的三种核素，它们之间互称为同位素，不是同素异形体，A项错误；用CO2合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用，B项正确；石墨烯、碳纤维、碳纳米管都是碳的单质，是无机非金属材料，不是有机材料，C、D两项错误。
解析
角度二 硅的性质
2.ChatGPT是史上月活用户增长最快的消费者应用。下列说法中不正确的是( )
A.硅晶片是生产芯片的基础材料
B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化
C.硅在自然界中主要以单质形式存在
D.硅是应用最广泛的半导体材料
硅晶片是优良的半导体材料，是生产芯片的基础材料，A项正 确；光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成，属于化学变 化，B项正确；硅元素是亲氧元素，在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，C项错误；硅是优良的半导体材料，可用于制造和生产芯片，D项正确。
解析
第三周期第ⅣA族
5∶2
②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：______________________________________。
③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Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ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 。
SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+H2↑
5∶1
解析
考点2 碳、硅氧化物的性质
微考点/核心突破
第一部分
1.物理性质
(1)熔、沸点：SiO2的熔、沸点比CO2的熔、沸点 。
(2)溶解性：CO2 于水，SiO2 于水。
高
可溶
不溶
2.化学性质
物质 二氧化硅 二氧化碳
与水反应 不反应 _______________________
与酸反应 只与氢氟酸反应： _____________________________ 不反应
与碱 (NaOH) 溶液反应 _________________________________(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) CO2少量：
________________________________
CO2足量：
________________________________
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+
H2O
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O
CO2+NaOH===NaHCO3
与盐 反应 如与Na2CO3反应： ___________________________________ 如与Ca(ClO)2反应：
______________________________________________
与碱 性氧化 物反应 如与CaO反应： ______________________ 如与Na2O反应：
_________________________
Ca(ClO)2+CO2+H2O===
CaCO3↓+2HclO
CO2+Na2O===Na2CO3
3.主要用途
(1)CO2：制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂。
(2)SiO2：作光导纤维，制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。
4.CO2的实验室制法
(1)反应原理。
用大理石与稀盐酸或稀硝酸反应的离子方程式：
________________________________。
(2)发生装置。
通常用启普发生器。
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.因为SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维。( )
2.酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应。( )
提示：SiO2无导电性，但SiO2具有立体四面体网状结构，具有良好的透光性并发生全反射，可用于制备光导纤维。
提示：二氧化硅属于酸性氧化物，但能与氢氟酸发生反应SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。
提示：反应生成的是CO而不是CO2。
提示：SiO2能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液具有黏 性，使瓶口与瓶塞黏在一起，不易开启。
5.向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强。( )
提示：硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸原理，说明碳酸的酸性比硅酸强。
1.混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计
②反应后溶质成分的判断。
x= 溶质成分
x≤1 NaHCO3
1x=2 Na2CO3
x>2 NaOH、Na2CO3
也可用数轴来表示：
(2)往某溶液中不断通入CO2至过量时，现象是“先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解”的反应。
①往澄清石灰水中不断通入CO2气体。
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O，
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2。
②往氢氧化钡溶液中不断通入CO2气体。
Ba(OH)2+CO2===BaCO3↓+H2O，
BaCO3+CO2+H2O===Ba(HCO3)2。
③往漂白粉溶液中不断通入CO2气体。
Ca(ClO)2+CO2+H2O===CaCO3↓+2HClO，
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2。
(3)向某溶液中不断通入CO2气体至过量时，现象为“生成白色沉淀或浑浊，沉淀或浑浊不消失”的反应。
①在Na[Al(OH)4]溶液中不断通入CO2气体至过量。
2[Al(OH)4]-+CO2(少量)===2Al(OH)3↓+C+H2O，
[Al(OH)4]-+CO2(过量)===Al(OH)3↓+HC。
②往Na2SiO3溶液中不断通入CO2气体至过量。
Si+CO2(少量)+H2O===H2SiO3↓+C，
Si+2CO2(过量)+2H2O===H2SiO3↓+2HC。
③常温下，向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2气体有晶体析出。
2Na++C+CO2+H2O===2NaHCO3↓。
角度四 二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律
4.用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项 操作及现象 溶液
A 通入CO2，溶液变浑浊，再升温至65 ℃以上，溶液变澄清 C6H5ONa溶液
B 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液
C 通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液
D 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液
硅酸与过量的CO2不反应。
解析
5.中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2
B.环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶
C.反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质
D.可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2
利用NaOH溶液实现“碳捕获”吸收器中，NaOH溶液用喷淋方式加入,增大反应物之间的接触面积，充分吸收二氧化碳，环节a中,氧化钙与水反应生成氢氧化钙，碳酸钠与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，Na2CO3发生反应的化学方程式为Na2CO3+
解析
Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH，CaCO3需从溶液中过滤出来再高温煅烧，生成的CO2循环使用。NaOH溶液喷成雾状，可增大反应接触面积，提高CO2吸收率，A项正确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再高温煅烧，故基本操作不是蒸发结晶，B项错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环利用，C项正确；Na2CO3可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D项正确。
解析
角度五 CO2与碱溶液反应产物的定量判断
6.标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L-1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(C)与c(HC)的比为(不考虑C、HC的水解)( )
A.1∶1 B.1∶2
C.2∶1 D.1∶3
解析
角度六 碳的氧化物的有关实验
7.为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置。根据装置回答下列问题：
(1)A装置的作用是 。
(2)实验后通过 处理尾气，发生反应的化学方程式为_____________________。
(3)若实验时观察到___________________________________________
________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。
吸收CO2
点燃
B中无明显现象，装置C中黑色粉末变成红色，
D中澄清石灰水变浑浊
(1)除去混合气体中的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中，故A装置的作用是吸收CO2，以排除对后面实验的干扰。(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2后才能排放到空气中。(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，故利用这一现象来证明原气体中一定含有CO。
解析
角度七 碳及其化合物的相互转化
8.第十三届全国人民代表大会第四次会议政府工作报告指出“要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作”，绿色氢能和液态阳光甲醇可助力完成碳中和目标。下列说法正确的是( )
A.CH3OH属于电解质
B.用焦炭与H2O反应是未来较好获取氢能的方法
C.H2与CO2反应，每生成1 mol CH3OH时转移4 mol电子
D.植树造林、节能减排等有利于实现碳中和
CH3OH属于非电解质，A项错误；该工艺需消耗大量的能量，不节能，B项错误；每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子，C项错误；植树造林、节能减排等有利于实现碳中和，D项正确。
解析
9.部分含碳物质的分类与相应碳元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.固态p可做制冷剂用于人工降雨
B.p转化为r可通过化合反应来实现
C.m转化为n或o的反应均释放能量
D.n的一种同素异形体中既存在共价键也存在范德华力
依据“价—类”二维图可知，m为甲烷、n为碳单质、o为CO、p为CO2、r为碳酸盐。p为二氧化碳，可做制冷剂用于人工降雨，A项正确；二氧化碳与氧化钙反应生成碳酸钙，是化合反应，B项正确；甲烷转化为碳单质是吸热反应，C项错误；碳有多种同素异形体，如金刚石、石墨等，石墨中既存在共价键也存在范德华力，D项正确。
解析
10.如图是碳循环中的一部分。以下对该图示的理解不正确的是( )
A.倡导“低碳生活、减少CO2的排放”的思想主要涉及反应①
B.反应②是在植物体内完成的
C.反应③是大气中CO2浓度逐渐升高的主要原因
D.反应④⑥是人为缓解温室效应的措施
化石燃料燃烧生成的CO2是大气中CO2的主要来源，A项正确；植物体内的光合作用将CO2转化为葡萄糖，B项正确；大气中CO2浓度逐渐升高的主要原因是人为过度使用化石燃料、过度砍伐树 木，C项错误；④⑥可人为缓解温室效应，D项正确。
解析
分析题中流程图最终生成丁固体，丁为CaCO3，丙气体具有还原性，则丙为CO。故选C。
解析
角度八 二氧化硅的性质
12.诺贝尔物理学奖曾被授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A.二氧化硅是酸性氧化物，与水反应生成硅酸
B.用二氧化硅制取单质硅时,当生成2.24 L气体(标准状况)时,得到2.8 g硅
C.6 g二氧化硅中含有0.2 mol的共价键
D.二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应
解析
角度九 硅及其化合物的相互转化
13.水泥产品被广泛应用于水利水电工程、公路、铁路、桥梁、涵 洞、飞机场、码头等各类工程领域，产品具备强度高、耐蚀、耐酸性强、相溶性好等优点。水泥属于无机非金属材料，下列关于无机非金属材料说法错误的是( )
A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、光导纤维等材料
B.无机非金属材料二氧化硅是生产光导纤维的原料
C.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
D.在水泥中加入适量石膏的目的是调节水泥硬化速率
陶瓷、玻璃和水泥属于传统无机非金属材料，光导纤维属于新型无机非金属材料，A项错误；二氧化硅透明度高、能够发生全反射，可作为生产光导纤维的原料，B项正确；硅是一种半导体，性质较稳定，具有电气特性，是人类将太阳能转换为电能的常用材料，C项正确；水泥中加入适量的石膏，石膏可在水泥表面形成保护膜从而阻滞水泥颗粒的水化反应，防止水泥凝结过快，D项正确。
解析
14.已知A是灰黑色的有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题：
(1)写出B、C两物质的名称：B ，C 。
(2)写出D—→B的化学方程式： 。
(3)写出B—→C的离子方程式：
。
硅酸钠
硅酸
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
Si+H2O+CO2===C+H2SiO3↓
灰黑色有金属光泽的固体单质A能与O2反应，能与NaOH溶液反 应，且A由氧化物D与碳在高温下制得，故A为Si，依据各物质间的转化关系进而推知B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。
解析
考点3 无机非金属材料
微考点/核心突破
第一部分
一、硅酸盐材料
1.陶瓷
陶瓷以 (主要成分为含水的 )为主要原料，经______烧结而成的。
黏土
铝硅酸盐
高温
2.玻璃
普通玻璃的主要成分为 ，它是以_________
_________________为主要原料，经混合、粉碎，在_________中熔融，发生复杂的_________________而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造______________用于高强度____________等。
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
纯碱、石
灰石和石英砂
玻璃窑
物理和化学变化
玻璃纤维
复合材料
3.水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是_______________，二者与其他辅料经混合、研磨后在_____________中煅烧，发生复杂的物理和化学变 化，加入适量石膏调节水泥的____________，再磨成细粉就能得到普通水泥。
混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
黏土和石灰石
水泥回转窑
硬化速率
二、新型无机非金属材料
1.新型陶瓷
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
2.新型陶瓷的种类与用途
材料类型 主要特性 示例 用途
高温结 构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等
压电 陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器等
透明 陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 — 可用于电力、交通、医疗等领域
3.碳纳米材料
碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。
(1)类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
(2)用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
材料类型 性能 用途
碳纳 米管 比表面积大，高强度，优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 电阻率低，热导率高，具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作。( )
2.二氧化硅可用于生产玻璃。( )
3.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。 ( )
4.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品。 ( )
5.传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。 ( )
6.石墨烯的电阻率低，热导率也低。 ( )
7.压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。 ( )
角度十 传统无机非金属材料
15.硅胶吸附剂的结构如图所示，硅胶常用作干燥剂，在其中添加CoCl2可使其指示吸水量，这可用于判断硅胶是否失效，原理如下：CoCl2(蓝色)—→CoCl2·6H2O(粉红色)，失效的硅胶可加热再生。下列说法错误的是( )
A.当硅胶变粉红色时说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物，硅胶可干燥HF
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时，硅胶中的羟基形成了过多氢键从而失去吸附力
由题中信息可知，硅胶吸水失效后，蓝色的CoCl2会转化为粉红色的CoCl2·6H2O，A项正确；二氧化硅可以和HF反应，故硅胶不能干燥HF，B项错误；温度过高，CoCl2水解生成Co(OH)2而失去显色作用，C项正确；由硅胶结构可知，硅胶通过羟基和水分子之间形成氢键而达到吸水的目的，故当硅胶遇到大量的水分子 时，硅胶中的羟基形成了过多氢键从而失去吸附力，D项正确。
解析
16.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(含SiO2 65%~70%、
含C 30%~35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是( )
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.反应器中发生的反应为氧化还原反应
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项正确；操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B项错误；二氧化硅中硅元素的化合价是+4价，硅酸钠中硅元素的化合价也是+4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C项错误；反应器中发生的反应为SiO2+2NaOH=== Na2SiO3+H2O，此反应没有元素化合价的变化，属于非氧化还原反应，D项错误。
解析
17.(2025·邯郸模拟)工业上制备高纯硅，一般需要先制得98%左右的粗硅，再以粗硅为原料制备高纯硅，工艺流程如下；工业上还以粗硅为原料采用熔融盐电解法制取甲硅烷(SiH4)，电解装置如图所示：
解析
角度十一 新型无机非金属材料
18.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示：
下列有关说法正确的是( )
A.石墨烯是一种新型的化合物 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异形体 D.氧化石墨烯具有一定的亲水性
石墨烯是碳的单质，A项错误；氧化石墨烯中含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C两项错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D项正确。
解析
19.2024年央视春晚首次应用5G-A技术，AI含量高，硬科技霸屏，下列有关说法错误的是( )
A.舞蹈《瓷影》所诠释的青花瓷，其主要原材料为含水的铝硅酸盐
B.晚会采用的LED屏，其发光材料通常是以Si3N4为基础，用Al取代部分Si，用O取代部分N后所得的陶瓷制作而成
C.5G-A技术所需高频通讯材料之一的LCP(液晶高分子)在一定加热状态下一般会变成液晶，液晶既具有液体的流动性，又表现出类似晶体的各向异性
D.芯片中二氧化硅优异的半导体性能使得晚会上各种AI技术得以完美体现
青花瓷是传统无机非金属材料，其主要原材料为含水的铝硅酸 盐，A项正确；LED屏发光材料通常是以Si3N4为基础，用Al取代部分Si，用O取代部分N后所得的结构多样化的陶瓷，B项正确；液晶在一定温度范围内既具有液体的流动性，在折射率、磁化 率、电导率等宏观方面又表现出类似晶体的各向异性，C项正 确；芯片的主要成分是硅单质，D项错误。
解析
20.氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动 机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：______________________________。
(2)图示①~⑤的变化中，属于氧化还原反应的是 (填序号)。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为 。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：________________________________。
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
①②
Si3N4
解析
创新考法——精选情境显价值
能力突破有方法
微充电/素养提升
第二部分
命题点1 利用诗词名句创设崭新情境
【母题1】 “试玉要烧三日满，辨材须待七年期”是唐代诗人白居易的名句，下列有关“玉”的说法正确的是( )
A.玉是石灰石 B.玉的硬度比河砂的大
C.玉的熔点较高 D.玉是金刚砂
玉有软玉和硬玉两种，软玉和硬玉的成分都是硅酸盐，金刚砂是碳化硅的俗称，A、D两项错误。软玉是含水的钙镁硅酸盐，硬度一般在6.5以下；硬玉也叫翡翠,为钠和铝的硅酸盐,硬度为6.5~7。河砂的主要成分是石英，玉石可以用河砂作磨料进行琢磨，可以判断河砂的硬度比玉的大，B项错误。“试玉要烧三日满”的意思是检验“玉”的真假要烧满三日，说明“玉”的熔点较高；若能联想到陶瓷、玻璃的主要成分是硅酸盐，均为高温烧制而成，也可以快速判断玉的熔点较高，C项正确。
解析
【衍生1】 《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择 取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举 火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是
( )
A.沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B.“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理和化学变化
C.烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸 盐，A项错误；黏土烧制成瓦的过程中发生了复杂的物理和化 学变化，B项正确；由“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，C项正确；黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D项正确。
解析
重点记忆 软玉的成分有Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2、Ca2Fe5(Si4O11)2(OH)2
等，硬玉的成分有NaAl(Si2O6)，均为硅酸盐。写成氧化物的形式分别为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O、2CaO·5FeO·8SiO2·H2O、
Na2O·Al2O3·4SiO2。
命题点2 利用结构式创设崭新情境
【母题2】 磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸，如：
如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为 ___________。
由题中信息可知，n个磷酸分子间脱去(n-1)个水分子形成链状的多磷酸，因此，如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则可脱去n个水分子得到(HPO3)n，其失去H+后得到相应的酸根，故该酸根可写为Pn。
解析
Pn
【衍生2】 铝硅酸盐型分子筛中有许多笼状空穴和通道(如图)，其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，化学组成可表示为Ma[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O(M代表金属离子)。
下列推测不正确的是( )
A.常采用水玻璃、四羟基合铝酸钠在强酸溶液中反应后结晶制得分子筛
B.若a=x/2，则M为二价阳离子
C.调节y/x(硅铝比)的值，可以改变分子筛骨架的热稳定性
D.分子筛中的笼状空穴和通道，可用于筛分分子
在强酸溶液中反应生成H2SiO3沉淀和Al3+溶液，得不到分子筛，A项不正确。
解析
重点记忆 B、Si、P、S等元素的含氧酸分子间的羟基，可以脱水形成多酸或多酸盐。重要含氧酸的特性归纳如表所示：
名称 化学式 结构 特性
磷酸 H3PO4 高沸点三元中强酸，P元素是+5价，H3PO4分子中“PO4”原子团呈四面体，磷酸盐中P是正四面体
焦磷酸 H4P2O7 可看作两个磷酸分子间脱去一个水分子形成H4P2O7，与水反应生成磷酸。三个磷酸分子间脱去二个水分子形成三聚磷酸H5P3O10；四个磷酸分子间脱去四个水分子形成环状的四偏磷酸(HPO3)4
硫酸 H2SO4 高沸点、强氧化性的二元强酸，S元素是+6价。沸点高是因为分子间可以形成氢键。H2SO4分子中“SO4”原子团呈四面体，硫酸盐中S是正四面体
焦硫酸 H2S2O7 可看作两个硫酸分子间脱去一个水分子形成H2S2O7，与水反应生成硫酸。焦硫酸是强氧化剂
过二硫酸 H2S2O8 过二硫酸具有强氧化性，S2能将I-、Fe2+氧化为I2、Fe3+，将Cr3+、Mn2+氧化为Cr2、Mn，本身被还原为S
硫代硫酸 H2S2O3 S2为四面体：
中心S原子为+6价，另一个S原子为-2价，S元素的平均化合价为+2价。S2具有还原性
微真题/把握方向
第三部分
考向一 无机非金属材料
1.(2024·贵州卷)我国科学家首次合成了化合物[K(2，2，2-crypt)]5 [K@Au12Sb20]。其阴离子[K@Au12Sb20]5-为全金属富勒烯(结构如 图)，具有与富勒烯C60相似的高对称性。下列说法错误的是( )
A.富勒烯C60是分子晶体
B.图示中的K+位于Au形成的二十面体笼内
C.全金属富勒烯和富勒烯C60互为同素异形体
D.锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族，则其基态原子价层电子排布式是5s25p3
富勒烯C60是由C60分子通过范德华力结合形成的分子晶体，A项正确；由题图可知，中心K+周围有12个Au原子形成二十面体笼(每个面为三角形，上、中、下层分别有5、10、5个面)，B项正确；全金属富勒烯不是碳元素的单质，因此其与富勒烯C60不能互为同素异形体，C项错误；锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族，则根据元素位置与原子结构关系可知，其基态原子价层电子排布式是5s25p3，D项正确。
解析
2.(2023·广东卷)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是( )
古乐器
选项 A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟
九霄环佩木古琴主要由木材、动物筋制得，A项错误；裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成，B项错误；陶埙属于陶瓷，由硅酸盐制成，C项正确；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D项错误。
解析
3.(2022·河北卷)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是( )
A.传统陶瓷是典型的绝缘材料
B.陶瓷的主要成分为SiO2和MgO
C.陶瓷烧制的过程为物理变化
D.白瓷的白色是因铁含量较高
陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，A项正确；陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，B项错误；陶瓷烧制的过程中发生了复杂的化学反应，有新物质生成，属于化学变化，C项错误；由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越多，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D项错误。
解析
置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；
(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；
(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为 ____________________；判断制备反应结束的实验现象是__________
________________________________。图示装置存在的两处缺陷是 ____________________________________________。
(2)已知电负性Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为___________________________________________。
检查装置气密性
管式炉中
固体消失、烧瓶中无液体滴下
C和D之间缺少吸水装置，没有处理氢气的装置
SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+H2↑+3NaCl+2H2O
(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3的纯度。
m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：① ，② (填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物的质量为m2 g，从下列仪器中选出①②中需使用的仪
器，依次为 (填字母)。测得样品纯度为_________________(用含
m1、m2的代数式表示)。
灼烧
冷却干燥
AC
(1)利用Si和HCl(气体)的反应制备SiHCl3,实验前要检查装置气密性，故操作(ⅰ)为检查装置气密性。制备反应结束时，Si完全反应，SiHCl3(常温下为无色液体)不再增加，则实验现象是管式炉中固体消失、烧瓶中无液体滴下。SiHCl3容易水解,D中水蒸气容易进入C中，C和D之间应增加吸收水蒸气的装置，NaOH溶液吸收HCl，但不吸收H2，D装置后应增加处理H2的装置。(2)已知电负性Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H元素化合价为-1价，Si元素化合价为+4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+H2↑+3NaCl+2H2O。
解析
解析课时微练(二十) 碳、硅及无机非金属材料
基础训练
1.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世,填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )
A.晶体硅的结构与金刚石类似
B.晶体硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质发生反应
C.晶体硅是一种良好的半导体材料,但是它提炼工艺复杂,价格昂贵
D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电
2.(2025·东莞模拟)中华文化源远流长、博大精深。下列文物主要是由硅酸盐类材料构成的是( )
文物
河北省博 物馆中的 长信宫灯 西周玉鹿 明代象牙 雕寿星 战国青瓷罐
选项 A B C D
3.碳纳米管,又名巴基管,是一种具有特殊结构的一维量子材料,具有许多异常的力学、电学和化学性能。随着碳纳米管及纳米材料研究的深入,其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是( )
A.纳米管孔径较大,可以掺杂各种金属原子,体现特殊的催化活性
B.碳纳米管拥有极高的熔点
C.碳纳米管是一种新型有机纳米材料
D.碳纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
4.《流浪地球2》向观众展示了太空电梯、行星发动机、超级计算机550 W等超前的科技幻想,探讨了数字生命、人工智能等科技伦理问题。它们与化学有着密切联系,下列说法不正确的是( )
A.我国“硅—石墨烯—锗高速晶体管”技术获得重大突破,C、Si、Ge都是主族元素
B.我国提出网络强国战略,光纤线路总长超过三千万公里,光纤的主要成分是SiO2
C.新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料
D.富勒烯、石墨烯都是有机高分子材料
5.“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金。”诗句中的“沙”的主要成分是SiO2,下列说法错误的是( )
A.“从沙滩到用户”这句话涉及工业上制备粗硅的工艺
B.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得
C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一
D.SiO2属于酸性氧化物,不与任何酸反应
6.“九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句,描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品,下列有关说法正确的是( )
A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
7.宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )
A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化
B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料
C.高品质的瓷器晶莹剔透,属于纯净物
D.陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀,但是不能用来盛装氢氟酸
8.2024年5月3日,嫦娥六号探测器在海南文昌航天发射场由长征五号遥八运载火箭发射升空,踏上人类首次月背采样返回之旅,并于5月8日成功实施近月制动,顺利进入环月轨道飞行。下列有关说法错误的是( )
A.嫦娥六号所用的太阳能电池帆板的主要原料是硅
B.长征五号遥八运载火箭使用液氧、液氢推进剂,产物对环境无污染
C.嫦娥六号所带回的月壤可以通过红外光谱测得所含有的元素种类
D.长征五号系列运载火箭所使用的耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料
9.实验室用H2还原SiHCl3(沸点为31.85 ℃)制备纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去),下列说法正确的是( )
A.装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水
B.实验时,应先加热管式炉,再打开活塞K
C.为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质,需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液
D.该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔
10.中国北斗卫星导航系统中所用芯片的主要成分是高纯硅,工业制备高纯硅的路线之一,如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.气体X为CO
B.反应②的化学方程式为Si+3HClSiHCl3+H2
C.流程中H2、HCl均可循环利用
D.自然界中的硅主要以游离态形式存在
11.大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是( )
选项 俗名 主要成分 (化学式) 用途
A 石英 SiO2 集成电路板
B 纯碱 Na2CO3 制备玻璃
C 水玻璃 Na2SiO3 制备硅胶
D 铁红 Fe2O3 用作油漆和涂料
12.灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2,为了检验产物中的H2和CO(假设气体均被充分吸收),设计如下实验装置。下列有关说法错误的是( )
A.为了实验安全,应先点燃①处酒精灯,后点燃④处酒精灯
B.②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水
C.④中黑色固体变红,即可证明产物中含有H2和CO中的一种或两种
D.若用碱石灰替换无水硫酸铜,也可以达到检验H2和CO的目的
能力训练
13.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________(填字母)。
A.高岭土分子中x=2
B.钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液
C.烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化
D.青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品
(2)在“南澳一号”考古直播过程中,需用高纯度SiO2制造的光纤。如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。
①洗涤石英砂的目的是____________________________________。
②在工艺流程中,要将洗净的石英砂研磨成粉末,目的是____________________________________。
③工业上常用纯净的石英砂与C在高温下发生反应制造粗硅,粗硅中含有SiC,其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1。下列说法正确的是________(填字母)。
A.SiC性质稳定,能用于制造抗高温水泥
B.制造粗硅时的反应为2SiO2+5CSi+SiC+4CO↑
C.在工艺流程中,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
14.二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒,与水接触易水解,沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下,HCl与硅在250~260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。
(1)用浓硫酸、浓盐酸为原料,选用装置A制取HCl,利用了浓硫酸的__________性。
(2)装置D中生成二氯二氢硅的化学方程式为______________________________。
(3)按照气体从左到右的方向,制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )(填仪器接口的字母,其中装置C用到两次)。
(4)按从左到右的顺序,前面装置C中装的药品为________,后面装置C的作用为________________________________________________________________________。
(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会生成H2和__________、__________等。
(6)新的制取SiH2Cl2的方法:往硅粉中先通入Cl2,在300~350 ℃反应生成SiCl4,然后再与HCl在250~260 ℃反应,可以大大提高产率。如果通入气体次序相反,结果会________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。
15.半导体“硅”已经成为信息时代高科技的代名词,高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业的基础材料。制备高纯硅的主要工艺流程如图所示:
已知:SiHCl3极易水解,反应过程中会产生氢气。
回答下列问题:
(1)二氧化硅和硅酸盐是构成地壳中大部分岩石、沙子和土壤的主要微粒,SiO2的晶体类型为____________。
(2)反应④的化学方程式为____________________________________。
(3)以上①~⑤的流程中,包含置换反应的是________(填序号)。整个操作流程都需隔绝空气,原因是________________________________________________________________________(答出两条即可)。
(4)氮化硼陶瓷基复合材料电推进系统及以SiC单晶制作器件,在航空航天特殊环境下具有广泛的应用前景。科学家用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了SiC纳米棒,反应的化学方程式为____________________________________。
(5)在硅酸盐中,Si四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大结构型式。图(b)为一种链状结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化形式为________________,其化学式为________________。
课时微练(二十) 碳、硅及无机非金属材料
1.A 解析 晶体硅为正四面体结构,与金刚石类似,A项正确;晶体硅常温下可以与氢氟酸反应,B项错误;晶体硅是一种良好的半导体材料,但是它的提炼工艺不复杂,价格不高,已经被普及使用,C项错误;晶体硅有金属光泽,可以导电,但它属于非金属材料,D项错误。
2.D 解析 长信宫灯为金属材料,A项错误;玉不属于硅酸盐材料,B项错误;象牙主要成分为磷酸盐,C项错误;陶瓷属于硅酸盐材料,D项正确。
3.C 解析 纳米管孔径较大,有很强的吸附作用,可以掺杂各种金属原子,体现特殊的催化活性,A项正确;碳纳米管上每个碳原子采取sp2杂化,相互之间以碳—碳σ键结合起来,所以熔点高,B项正确;碳纳米管只由碳原子构成,属于单质,不是有机化合物,C项错误;碳纳米管可以看作是石墨烯片层卷曲而成,D项正确。
4.D 解析 C、Si、Ge都是第ⅣA族元素,都是主族元素,A项正确;二氧化硅晶体具有良好的导光性,是制造光导纤维的主要原料,B项正确;碳化硅(SiC)熔点很高,可作耐高温结构材料,C项正确;富勒烯、石墨烯都是碳单质,不是有机高分子化合物,D项错误。
5.D 解析 “从沙滩到用户”这句话涉及工业上制备粗硅的工艺,A项正确;SiO2与NaOH溶液反应制得硅酸钠溶液,即水玻璃,B项正确;SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一,C项正确;SiO2属于酸性氧化物,但是可以和HF酸反应,D项错误。
6.C 解析 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品,A项错误;纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料,而制水泥的原料是黏土和石灰石,B项错误;沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸盐,D项错误。
7.C 解析 瓷器中含有多种硅酸盐,是混合物,C项错误。
8.C 解析 太阳能电池帆板的主要成分是硅,A项正确;液氧、液氢的燃烧产物是水,对环境无污染,B项正确;红外光谱可确定有机物中的官能团和化学键,不能测定元素种类,C项错误;新型无机非金属材料在性能上比传统无机非金属材料有了很大的提高,可适用于不同的要求,耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料,D项正确。
9.C 解析 本题制备纯硅的反应为H2+SiHCl3Si+3HCl,此反应应在装置Ⅳ中进行。装置Ⅰ的目的是制备氢气,氢气中含有水蒸气,对后续实验产生干扰,必须除去,因此装置Ⅱ的目的是除去氢气中的水蒸气,即装置Ⅱ中盛放浓硫酸;装置Ⅲ的目的是使SiHCl3气化,与氢气充分混合,因此应在热水浴中加热,A项错误;实验时应先打开活塞K,通入氢气,排除装置中的空气,防止加热时遇O2发生爆炸,B项错误;硅不与盐酸反应,铁与盐酸反应生成Fe2+,Fe2+被H2O2氧化成的Fe3+与KSCN溶液反应溶液变红,可以鉴定是否含有铁单质,C项正确;饱和食盐水与电石反应制备乙炔,反应迅速放出大量热且生成微溶的氢氧化钙,因此不能用启普发生器进行实验,D项错误。
10.D 解析 反应①为粗硅的制取SiO2+2CSi+2CO↑,则气体X为CO,A项正确;反应②是粗硅与HCl反应生成SiHCl3和H2,化学方程式为Si+3HClSiHCl3+H2,B项正确;由流程图可知,H2、HCl既是反应物,又是生成物,则H2、HCl均可循环利用,C项正确;自然界中没有游离态的硅,硅以化合态的形式存在,D项错误。
11.A 解析 石英主要用于生产玻璃,也可用于制造光导纤维,晶体硅用于制作集成电路板,故选A。
12.D 解析 灼热的焦炭与水蒸气反应所得的产物为H2、CO和少量CO2,要检验产物中的H2和CO,需要除去产物中少量的二氧化碳,通入装置④的气体需要干燥,因此②中盛放氢氧化钠溶液,③中盛放浓硫酸,④中反应后的气体中含有水蒸气和二氧化碳,因此无水硫酸铜变成蓝色,说明产物中含有氢气,⑤中澄清石灰水变浑浊,说明产物中含有CO。H2、CO不纯时加热易发生爆炸,为了实验安全,应先点燃①处酒精灯,排出装置中的空气后点燃④处酒精灯,A项正确;由分析可知,②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水,B项正确;H2和CO均可还原CuO,当黑色氧化铜变红色,说明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种,C项正确;碱石灰可吸收水、二氧化碳,但不能检验水,因此不能用碱石灰代替无水硫酸铜,D项错误。
13.答案 (1)CD (2)①除去石英砂中的NaCl杂质
②增大反应物之间的接触面积,加快反应速率,提高生产效率 ③B
解析 (1)根据正、负化合价代数和等于零的原则,可得6+8-10-x=0,解得x=4,A项错误;钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液,B项错误;根据水泥制造过程可推测出烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化,C项正确;青花瓷、玻璃、水泥都符合硅酸盐产品的特点,属于硅酸盐产品,D项正确。(2)①石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质,洗涤石英砂可使NaCl与SiO2分离。②将纯净的石英砂研磨后能增大反应物与盐酸的接触面积,加快反应速率,提高生产效率。③根据SiC中元素的价态可知,SiC具有还原性,在高温下与O2燃烧生成SiO2和CO2,因此不能用于制造抗高温水泥,A项错误;粗硅中含有SiC,其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1,根据原子守恒,可将题述信息转化为如下反应2SiO2+5CSi+SiC+4CO↑,B项正确;因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中,无法实现二者的分离,C项错误;纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等,D项错误。
14.答案 (1)吸水 (2)Si+2HClSiH2Cl2 (3)d e f g b c d (4)P2O5或CaCl2 尾气处理和防止空气中的水进入装置B中 (5)SiCl4 SiHCl3 (6)SiH2Cl2+2Cl2SiCl4+2HCl(或SiH2Cl2+Cl2SiHCl3+HCl)
解析 (1)浓硫酸有吸水性并放出大量的热,使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平化学方程式。(3)装置A制取HCl,连接装置C干燥,从f进入装置D中反应,SiH2Cl2从g处挥发出来,在装置B中收集,SiH2Cl2的密度比空气大,导气管应长进短出,为防止空气中的水进入装置B中,则应在装置B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的,应选用P2O5或CaCl2,后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入装置B中。(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会发生反应3Si+10HCl2SiHCl3+SiCl4+4H2,生成H2、SiCl4、SiHCl3等。(6)如果通入气体的次序相反,SiH2Cl2会与Cl2继续反应生成SiCl4、SiHCl3。
15.答案 (1)共价晶体 (2) SiHCl3+H2Si+3HCl (3)①②④ 防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸 (4)8Na+CCl4+SiCl4===SiC+8NaCl
(5)sp3 (Si4O11或Si4
解析 石英砂中主要成分是SiO2,与C在高温下发生反应SiO2+2CSi+2CO↑,得到粗硅,粗硅与HCl在300 ℃发生反应Si+3HClSiHCl3+H2,生成粗SiHCl3,粗SiHCl3中含有少量SiCl4,根据二者沸点不同,可以采取蒸馏的方法分离,纯SiHCl3在1 084 ℃条件下与H2反应生成高纯硅,化学方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl。石英砂与焦炭在高温的氮气流中反应制得氮化硅,反应的化学方程式为3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。(1)SiO2的结构为共价键结合成的空间网状结构,所以为共价晶体。(2)④的反应方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl。(3)以上①~⑤的流程中,①②④均属于置换反应;根据上述流程以及相关信息可知SiHCl3极易水解,反应过程中会产生氢气,而空气中含有氧气和水蒸气,因此整个操作流程都需隔绝空气,原因是防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸。(4)根据提示,用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了SiC纳米棒,反应的化学方程式为8Na+CCl4+SiCl4===SiC+8NaCl。(5)根据图(b)可知,每个Si原子周围都与4个O原子相连,无孤电子对,所以Si原子为sp3杂化;根据晶胞结构图可知,在一个六角形的晶胞中共有6个Si原子,其中有4个被2个晶胞共有,所以Si原子的实际个数是4×1/2+2=4;1个六角形的晶胞中有18个O原子,其中完全属于该晶胞的是4个(上下各2个),其余O原子均属于2个小正四面体共有,所以O原子的实际个数是4+14×1/2=11,每个独立的Si—O键中的O原子带一个单位的负电荷,所以该晶胞的化学式是(Si4O11或Si4。(共44张PPT)
课时微练(二十)
碳、硅及无机非金属材料
1.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )
A.晶体硅的结构与金刚石类似
B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它提炼工艺复杂，价格昂贵
D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
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晶体硅为正四面体结构，与金刚石类似，A项正确；晶体硅常温下可以与氢氟酸反应，B项错误；晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺不复杂，价格不高，已经被普及使用，C项错误；晶体硅有金属光泽，可以导电，但它属于非金属材料，D项错误。
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2.(2025·东莞模拟)中华文化源远流长、博大精深。下列文物主要是由硅酸盐类材料构成的是( )
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文物
河北省博物馆中的长信宫灯 西周玉鹿 明代象牙 雕寿星 战国青瓷罐
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长信宫灯为金属材料，A项错误；玉不属于硅酸盐材料，B项错 误；象牙主要成分为磷酸盐，C项错误；陶瓷属于硅酸盐材料，
D项正确。
解析
3.碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是( )
A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，
体现特殊的催化活性
B.碳纳米管拥有极高的熔点
C.碳纳米管是一种新型有机纳米材料
D.碳纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
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纳米管孔径较大，有很强的吸附作用，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性，A项正确；碳纳米管上每个碳原子采取sp2杂化，相互之间以碳—碳σ键结合起来，所以熔点高，B项正确；碳纳米管只由碳原子构成，属于单质，不是有机化合物，C项错误；碳纳米管可以看作是石墨烯片层卷曲而成，D项正确。
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4.《流浪地球2》向观众展示了太空电梯、行星发动机、超级计算机550 W等超前的科技幻想，探讨了数字生命、人工智能等科技伦理问题。它们与化学有着密切联系，下列说法不正确的是( )
A.我国“硅—石墨烯—锗高速晶体管”技术获得重大突破，C、Si、Ge都是主族元素
B.我国提出网络强国战略，光纤线路总长超过三千万公里，光纤的主要成分是SiO2
C.新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料
D.富勒烯、石墨烯都是有机高分子材料
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C、Si、Ge都是第ⅣA族元素，都是主族元素，A项正确；二氧化硅晶体具有良好的导光性，是制造光导纤维的主要原料，B项正确；碳化硅(SiC)熔点很高，可作耐高温结构材料，C项正确；富勒烯、石墨烯都是碳单质，不是有机高分子化合物，D项错误。
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5.“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。”诗句中的“沙”的主要成分是SiO2，下列说法错误的是( )
A.“从沙滩到用户”这句话涉及工业上制备粗硅的工艺
B.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得
C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一
D.SiO2属于酸性氧化物，不与任何酸反应
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“从沙滩到用户”这句话涉及工业上制备粗硅的工艺，A项正确；SiO2与NaOH溶液反应制得硅酸钠溶液，即水玻璃，B项正确；SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一，C项正确；SiO2属于酸性氧化物，但是可以和HF酸反应，D项错误。
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6.“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是( )
A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
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陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错 误。
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7.宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )
A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化
B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料
C.高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物
D.陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸
瓷器中含有多种硅酸盐，是混合物，C项错误。
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8.2024年5月3日，嫦娥六号探测器在海南文昌航天发射场由长征五号遥八运载火箭发射升空，踏上人类首次月背采样返回之旅，并于5月8日成功实施近月制动，顺利进入环月轨道飞行。下列有关说法错误的是( )
A.嫦娥六号所用的太阳能电池帆板的主要原料是硅
B.长征五号遥八运载火箭使用液氧、液氢推进剂，产物对环境无污染
C.嫦娥六号所带回的月壤可以通过红外光谱测得所含有的元素种类
D.长征五号系列运载火箭所使用的耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料
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太阳能电池帆板的主要成分是硅，A项正确；液氧、液氢的燃烧产物是水，对环境无污染，B项正确；红外光谱可确定有机物中的官能团和化学键，不能测定元素种类，C项错误；新型无机非金属材料在性能上比传统无机非金属材料有了很大的提高，可适用于不同的要求，耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料，D项正确。
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9.实验室用H2还原SiHCl3(沸点为31.85 ℃)制备纯硅的装置如图所示 (夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是( )
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A.装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水
B.实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C.为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐 酸、双氧水、KSCN溶液
D.该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔
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误；硅不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2+，Fe2+被H2O2氧化成的Fe3+与KSCN溶液反应溶液变红，可以鉴定是否含有铁单质，C项正确；饱和食盐水与电石反应制备乙炔，反应迅速放出大量热且生成微溶的氢氧化钙，因此不能用启普发生器进行实验，D项错误。
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11.大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是( )
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选项 俗名 主要成分(化学式) 用途
A 石英 SiO2 集成电路板
B 纯碱 Na2CO3 制备玻璃
C 水玻璃 Na2SiO3 制备硅胶
D 铁红 Fe2O3 用作油漆和涂料
石英主要用于生产玻璃，也可用于制造光导纤维，晶体硅用于制作集成电路板，故选A。
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12.灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2，为了检验产物中的H2和CO(假设气体均被充分吸收)，设计如下实验装置。下列有关说法错误的是( )
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A.为了实验安全，应先点燃①处酒精灯，后点燃④处酒精灯
B.②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水
C.④中黑色固体变红，即可证明产物中含有H2和CO中的一种或两种
D.若用碱石灰替换无水硫酸铜，也可以达到检验H2和CO的目的
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灼热的焦炭与水蒸气反应所得的产物为H2、CO和少量CO2，要检验产物中的H2和CO，需要除去产物中少量的二氧化碳，通入装置④的气体需要干燥,因此②中盛放氢氧化钠溶液,③中盛放浓硫酸，
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④中反应后的气体中含有水蒸气和二氧化碳，因此无水硫酸铜变成蓝色，说明产物中含有氢气，⑤中澄清石灰水变浑浊，说明产物中含有CO。H2、CO不纯时加热易发生爆炸，为了实验安全，应先点燃①处酒精灯，排出装置中的空气后点燃④处酒精灯，A项正确；由分析可知，②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水，B项正确；H2和CO均可还原CuO，当黑色氧化铜变红色,说明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种，C项正确；碱石灰可吸收水、二氧化碳，但不能检验水，因此不能用碱石灰代替无水硫酸铜，D项错误。
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13.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 (填字母)。
A.高岭土分子中x=2
B.钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液
C.烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化
D.青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品
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能力训练
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(2)在“南澳一号”考古直播过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。如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。
①洗涤石英砂的目的是 。
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除去石英砂中的NaCl杂质
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增大反应物之间的接触面积，加快反应速率，提高生产效率
B
(1)根据正、负化合价代数和等于零的原则，可得6+8-10-x=0，解得x=4，A项错误；钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液，B项错误；根据水泥制造过程可推测出烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，C项正确；青花瓷、玻璃、水泥都符合硅酸盐产品的特点，属于硅酸盐产品，D项正确。(2)①石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质，洗涤石英砂可使NaCl与SiO2分离。②将纯净的石英砂研磨后能增大反应物与盐酸的接触面积，加快
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14.二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250~260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。
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(1)用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用装置A制取HCl，利用了浓硫酸的 ________性。
(2)装置D中生成二氯二氢硅的化学方程式为
_____________________________。
(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )(填仪器接口的字母，其中装置C用到两次)。
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吸水
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(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为 ，后面装置C的作用为 。
(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会生成H2和 、 等。
(6)新的制取SiH2Cl2的方法：往硅粉中先通入Cl2，在300~350 ℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250~260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会_________________________________
_____________________________________(用化学方程式表示)。
P2O5或CaCl2
尾气处理和防止空气中的水进入装置B中
SiCl4
SiHCl3
(1)浓硫酸有吸水性并放出大量的热，使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平化学方程式。(3)装置A制取HCl，连接装置C干燥，从f进入装置D中反应，SiH2Cl2从g处挥发出来，在装置B中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入装置B中，则应在装置B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或CaCl2，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入装置B中。
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15.半导体“硅”已经成为信息时代高科技的代名词，高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业的基础材料。制备高纯硅的主要工艺流程如图所示：
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已知：SiHCl3极易水解，反应过程中会产生氢气。
回答下列问题：
(1)二氧化硅和硅酸盐是构成地壳中大部分岩石、沙子和土壤的主要微粒，SiO2的晶体类型为 。
(2)反应④的化学方程式为 。
(3)以上①~⑤的流程中，包含置换反应的是 (填序号)。整个操作流程都需隔绝空气，原因是_______________________________
(答出两条即可)。
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共价晶体
①②④
防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸
(4)氮化硼陶瓷基复合材料电推进系统及以SiC单晶制作器件，在航空航天特殊环境下具有广泛的应用前景。科学家用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了SiC纳米棒，反应的化学方程式为 _________________________________。
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8Na+CCl4+SiCl4===SiC+8NaCl
(5)在硅酸盐中，Si四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大结构型式。图(b)为一种链状结
构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为 ，其化学式为
_____________________。
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sp3
(Si4O11或Si4
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(5)根据图(b)可知，每个Si原子周围都与4个O原子相连，无孤电子对，所以Si原子为sp3杂化；根据晶胞结构图可知，在一个六角形的晶胞中共有6个Si原子，其中有4个被2个晶胞共有，所以Si原子的实际个数是4×1/2+2=4；1个六角形的晶胞中有18个O原子，其中完全属于该晶胞的是4个(上下各2个)，其余O原子均属于2个小正四面体共有，所以O原子的实际个数是4+14×1/2=11，每个独立的Si—O键中的O原子带一个单位的负电荷，所以该晶胞的化学式是(Si4O11或Si4。
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