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考点3 硅及其化合物
硅单质
存在 地壳中的含量位居第二位，只存在化合态的硅(主要以硅酸盐和氧化物的形式)，无游离态
物理性质 灰黑色、金属光泽、熔沸点高、硬度大、半导体
化学性质 常温 Si＋2F2＝SiF4 Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
高温 Si＋O2SiO2 Si＋2Cl2SiCl4 Si＋CSiC Si＋2H2SiH4
高纯硅制备 生产流程一：二氧化硅粗硅纯SiCl4高纯硅。 反应式如下： ①粗硅：SiO2＋2C2Si(粗硅)＋2CO↑ ②高纯硅：Si＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si＋4HCl
生产流程二：二氧化硅粗硅纯SiCl4高纯硅。反应式如下： ①粗硅：SiO2＋2C2Si(粗硅)＋2CO↑ ②高纯硅：Si＋3HClSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl
用途 半导体材料，用于集成电路、晶体管的制造；制太阳能电池的材料
注意
二氧化硅 硅酸
1．二氧化硅
存在 普通的沙(细小的石英晶体)、水晶(纯石英，无色透明晶体)
物理性质 无色透明晶体，高熔点，高硬度，不溶于水
结构 1个Si原子结合4个O原子，同时1个O原子结合2个Si原子。最小的环上有12个原子：6个O原子、6个Si原子。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的立体的正四面体空间网状结构，这种结构很稳定，要破坏此结构需很大的能量，因此SiO2具有较高的熔、沸点及较高的硬度。 虽然1个Si原子结合4个O原子，由于1个O原子结合2个Si原子，所以1个Si原子实际上分享到的O原子个数为4×＝2，即在二氧化硅晶体Si与O的个数比为1∶2，通常所用的“SiO2”表示的是化学式，而不是分子式。
化学性质 酸性氧化物 水 不反应
碱性氧化物 CaO＋SiO2CaSiO3
碱 2NaOH＋SiO2＝Na2SiO3＋H2O（实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞）
某些盐 CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
弱氧化性 SiO2＋2C Si＋2CO↑ SiO2＋3C SiC＋2CO↑ SiO2＋Mg2MgO＋Si
特殊性 SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O（氢氟酸不能保存于玻璃瓶中，常保存于塑料瓶中）
用途 ①制造光导纤维；②制光学镜片；③制石英坩埚；④制石英玻璃
2．硅酸
溶解性 难溶于水
弱酸性 与强碱反应：H2SiO3＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O 酸性小于碳酸：Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3
不稳定性 H2SiO3SiO2＋H2O
用途 制作硅胶，用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。
注意
无机非金属材料
1．硅酸盐工业
主要原料 主要设备 主要反应 主要成分 特性
水泥 石灰石 黏土 水泥回转窑 复杂的物理变化与化学反应 3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 水硬性
玻璃 石灰石、纯碱、 石英 玻璃熔炉 CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaSiO3、Na2SiO3、 SiO2 无 固定熔点
陶瓷 黏土 陶瓷窑 —— Al2O3·2SiO2·2H2O ——
2．新型无机非金属材料
高温结构陶瓷 SiC、BN、Si3N4、Al2O3等
碳纳米材料 类型 富勒烯、碳纳米管、石墨烯等
用途 在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景
注意
一、单选题
1．下列叙述均正确且前后有因果关系的是( )
A．氨很容易液化，液氨气化时要吸收大量的热，因此液氨可用作制冷剂
B．常温，SiO2与氢氟酸、NaOH溶液均可反应，SiO2是两性氧化物
C．BaSO3难溶于水，SO2气体通入Ba(NO3)2溶液中产生沉淀
D．非金属性：Cl > S，酸性：HClO > H2SO4
【答案】A
【详解】A．氨易液化，液氨气化时要吸收大量的热，因此液氨可用作制冷剂，A正确；
B．SiO2与氢氟酸反应不生成盐和水，因此SiO2不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，B错误；
C．SO2气体通入Ba(NO3)2溶液中发生氧化还原反应生成BaSO4沉淀，C错误；
D．非金属性：Cl > S，则最高价氧化物对应水化物的酸性：HClO4 > H2SO4，D错误；
答案选A。
2．用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含有少量Fe2O3和单质Cu)：
下列叙述正确的是( )
A．“还原”过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 2：1
B．“操作 X”是将原料气通过灼热的铜粉
C．“高温氮化”反应中N2是还原剂
D．“稀酸 Y”选用稀硫酸除去产物中的杂质
【答案】B
【分析】用石英砂（粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物）和原料气（含N2和少量O2）制备Si3N4的操作流程，石英砂为SiO2，SiO2与焦炭在高温下发生反应，粗硅与氮气反应生成Si3N4，再用稀酸Y进行酸洗，除去铁、铜，得到纯净的产物，据此分析。
【详解】A．“还原” 过程发生反应，SiO2是氧化剂，C是还原剂，氧化剂与还原剂物质的量之比为1：2，A错误；
B．原料气含N2和少量O2，“操作X” 是将原料气通过灼热铜粉，O2与Cu反应生成CuO，从而除去O2，防止Si被O2氧化，B正确；
C．“高温氮化” 反应为，N元素化合价从0价降低到-3价，N2是氧化剂，C错误；
D．粗硅含少量Fe2O3和单质Cu，“高温氮化” 后，Fe2O3可能转化为Fe3N等， Cu不与N2反应，稀硫酸不与Cu反应，应选用稀硝酸除去杂质，稀硝酸可与Cu等反应，D错误；
故选B。
3．下列过程中的化学反应，相应方程式正确的是( )
A．Ca(HCO3)2溶液中加入过量氨水：
B．向BaCl2溶液中通入SO2气体：Ba2++SO2+H2O=BaSO3↓+2H+
C．向氯化铝溶液中滴加过量氨水：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3
D．二氧化硅与碳单质反应方程式为：
【答案】C
【详解】A．Ca(HCO3)2溶液中加入过量氨水，离子方程式为，故A错误；
B．BaCl2溶液中通入SO2气体，不发生反应，故B错误；
C．向氯化铝溶液中滴加过量氨水，离子方程式为：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3，故C正确；
D．二氧化硅与碳单质反应方程式为：，故D错误；
故选C。
4．下列各组物质能满足如图所示转化关系的是(图中箭头表示一步转化)( )
a b c d
① Si
② Na NaOH
③ Cu CuO
④ Al
A．①③ B．①② C．③④ D．②④
【答案】D
【分析】图示转化关系可以分析为：
①②
③④
【详解】硅与氧气反应生成二氧化硅，但是二氧化硅不能直接与水反应生成硅酸，只能通过硅酸盐与强酸反应生成硅酸，同时硅酸钠也不能直接转化成二氧化硅，①错误；
钠与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠与少量(过量)二氧化碳反应生成碳酸钠(碳酸氢钠)，碳酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠，碳酸钠与足量二氧化碳反应生成碳酸氢钠，碳酸氢钠与氢氧化钠反应(或碳酸氢钠固体加热)得到碳酸钠，碳酸氢钠与足量氢氧化钙反应生成氢氧化钠，②正确；
铜在空气中加热生成氧化铜，氧化铜不能直接转变成氢氧化铜，③错误；
铝与盐酸或氯气反应生成氯化铝，氯化铝与过量氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠，四羟基合铝酸钠与足量盐酸反应生成氯化铝，四羟基合铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝，氯化铝与氨水反应生成氢氧化铝，氢氧化铝与盐酸(氢氧化钠溶液)反应生成氯化铝(四羟基合铝酸钠)，④正确。
故选D。
5．我国成功地发射了“嫦娥一号”探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(MgFe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是( )
A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐
B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2
C．铁橄榄石(Fe2SiO4)中铁为＋2价
D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱
【答案】D
【详解】A．由辉石、斜长石及橄榄石的化学式知，它们均属于硅酸盐，故A正确；
B．斜长石的化学式为KAlSi3O8，斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，故B正确；
C．在(MgFe)2SiO6中，各元素的化合价的代数和为零，O为-2价，Si为+4价，Mg为+2价，所以Fe的化合价为+2价，故C正确；
D．月球上铁以游离态存在，是因月球缺乏氧气和水（无氧化环境），而非铁的活动性差异，金属活动性为固有属性，与星球无关，故D错误；
故选D。
6．下列离子方程式书写错误的是( )
A．与强碱的反应：
B．少量溶于稀硝酸：
C．溶液中通入过量
D．等体积、等浓度的溶液与溶液反应：
【答案】C
【详解】A．与强碱反应生成硅酸盐和水，其离子方程式为：，A正确；
B．少量Fe溶于稀硝酸，Fe被氧化为，硝酸被还原生成NO，其反应的离子方程式为：，B正确；
C．溶液中通入过量，、均被氧化分别生成、，反应的离子方程式为：，C错误；
D．等体积、等浓度的溶液与溶液反应，即两者等物质的量反应，生成、和，反应的离子方程式为：，D正确；
故选C。
7．海南文物和非物质文化遗产闻名世界。下列文物的主要成分属于金属材料的是( )
文物
名称 A．弦纹双耳铜釜 B．青白釉花口凤首壶 C．黎族树皮布 D．海南椰雕
【答案】A
【详解】A．铜釜的主要材料是铜合金，属于金属材料，A正确；
B．凤首壶的主要材料是陶瓷，为无机非金属材料，B错误；
C．树皮布主要材料是植物纤维，不是金属材料，C错误；
D．椰雕为木制品，不是金属材料，D错误；
故选A。
8．在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能一步实现的是( )
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】A．硫在氧气中燃烧生成二氧化硫，二氧化硫和氯化钡不反应，转化不能一步实现，A不符合题意；
B．FeS2在氧气中煅烧生成二氧化硫，而不是三氧化硫，转化不能一步实现，B不符合题意；
C．氮气和氧气放电生成NO ，NO和氧气反应生成NO2，NO2和水反应生成硝酸，转化能一步实现，C符合题意；
D．二氧化硅不溶于水，也不与水反应，所以不能实现，D不符合题意；
故选C。
9．下列离子组在指定条件下一定能大量共存的是( )
A．澄清透明溶液中：、、、
B．水玻璃中：、、、
C．加粉产生氢气的溶液中：、、、
D．使石蕊变红的溶液中：、、、
【答案】A
【详解】A．所给离子相互不反应，能大量共存，A正确；
B．水玻璃中的与会形成沉淀而不共存，B错误；
C．加Al粉产生氢气的溶液可能为酸性溶液，也可能为碱性溶液；若为酸性溶液，铝与发生氧化还原反应不生成氢气，则不可能是酸性溶液，若为碱性溶液，、OH-不能大量共存，C错误；
D．使石蕊变红的溶液为酸性溶液，氢离子和会反应生成二氧化硫和硫单质，会发生氧化还原反应而不能大量共存，D错误；
故选A。
10．归纳法是化学学习的重要科学方法。能由下列事实得出结论，且结论正确的是( )
事实 结论
A 氨分子中断裂键吸热 液氨可作制冷剂
B 铁制容器可用于储存、运输浓硫酸 铁与浓硫酸不反应
C 工业上可用焦炭还原石英石制粗硅 非金属性：
D 氢氟酸可与反应生成和 氢氟酸可生产磨砂玻璃
【答案】D
【详解】A．液氨作制冷剂是因为液氨气化时会吸收热量，使周围环境的温度降低，与破坏氮氢键无关，A错误；
B．常温下铁遇浓硫酸发生钝化，铁表面形成致密氧化膜，保护了内部金属，故铁制容器可用于储存、运输浓硫酸，B错误；
C．高温下焦炭还原石英石生成粗硅和一氧化碳，主要原因是生成气体一氧化碳从体系中分离，反应能够进行，与非金属性无关，C错误；
D．玻璃中含有，氢氟酸可与反应生成和，故氢氟酸可用于生产磨砂玻璃，D正确；
故选D。
11．高纯硅是现代信息等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如图所示，下列说法正确的是( )
A．硅元素位于周期表中第二周期，第IVA族
B．电弧炉中的反应为
C．该工艺流程中被循环利用的物质有和
D．制备所得的高纯硅可用于制造光导纤维，属于新型无机非金属材料
【答案】C
【分析】电弧炉中发生反应制备粗硅，粗硅在流化床反应器中发生反应，还原炉中发生反应制备高纯硅。
【详解】A．硅是14号元素，位于元素周期表的第三周期第IVA族，故A错误；
B．电弧炉中二氧化硅与碳反应生成硅与，反应方程式为：，故B错误；
C．粗硅与的反应为：，后续还原炉中反应为：，由此判断上述工艺生产中循环使用的物质为、，故C正确；
D．制备所得的高纯硅，可用来做芯片，光导纤维是二氧化硅的用途，故D错误；
选C。
12．由含硒废料(主要含、、、、、等)制取硒的流程如下：
下列有关说法正确的是( )
A．“分离”的方法是分液
B．“滤液”中主要存在的阴离子有：、
C．若向“酸溶”所得的滤液中加入少量铜，铜不会溶解
D．“酸化”的离子反应方程式为
【答案】D
【分析】由流程可知，煤油溶解S后，过滤分离出含硫的煤油，分离出Se、Fe2O3、CuO、ZnO、SiO2后，加硫酸溶解、过滤，滤液含硫酸铜、硫酸锌、硫酸铁，滤渣含Se、SiO2，再加亚硫酸钠浸取Se生成Na2SeSO3，最后酸化生成精硒，据此分析解题。
【详解】A． 煤油溶解S后，过滤分离出含硫的煤油，滤渣为Se、Fe2O3、CuO、ZnO、SiO2，“分离”时得到含硫煤油的方法是过滤，故A错误；
B．加硫酸溶解、过滤，滤液含硫酸铜、硫酸锌、硫酸铁，滤渣含Se、SiO2，“酸溶”时能除去废料中的部分氧化物杂质，二氧化硅不溶于硫酸，故不含有，故B错误；
C．若向“酸溶”所得的滤液中加入少量铜，滤液含硫酸铁，铜会溶解，2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+，故C错误；
D．Na2SeSO3酸化生成精硒，“酸化”的离子反应为：，故D正确；
故选D。
13．铝电解厂烟气(含粉尘、氟化物等污染物)净化的一种简单流程如下：
下列说法正确的是( )
A．石英耐高温，可作吸收塔内衬的耐热材料
B．当吸收塔中不再冒气泡，说明已耗尽，需补充溶液
C．合成槽中产物主要有和
D．采用从下方通入烟气，上方喷淋溶液法可提高烟气吸收效率
【答案】D
【分析】烟气（含HF）通入吸收塔，加入过量的碳酸钠，发生反应Na2CO3+HF=NaF+NaHCO3，向合成槽中通入NaAlO2，发生反应6NaF+NaAlO2+4NaHCO3=Na3AlF6+4Na2CO3+2H2O，过滤得到和含有的滤液。
【详解】A．石英的成分中含有SiO2，SiO2能与烟气中的HF发生反应，因此不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，故A错误；
B．吸收塔中发生反应Na2CO3+HF=NaF+NaHCO3，不产生气体，故B错误；
C．由上述分析可知，合成槽内发生反应6NaF+NaAlO2+4NaHCO3=Na3AlF6+4Na2CO3+2H2O，产物是Na3AlF6和Na2CO3，故C错误；
D．HF密度小于空气，从下部通入烟气后向上移动，并同时从上部喷淋溶液可增大反应物的接触面积，提高吸收塔内烟气吸收效率，故D正确；故答案为D。
14．下列实验装置及目的，所得现象或结论正确的是( )
选项 装置 目的 现象结论
A． 铜与100ml 5mol L 1的浓硝酸制NO2 收集到560mlNO2
B． 探究碳酸和硅酸的酸性强弱 产生沉淀，说明酸性H2CO3>H2SiO3
C． 制备NH3 用向下排空气法可以收集到NH3
D． 检验混合气体中是否含有CO2和SO2 去除装置A仍能达到实验目的
【答案】D
【详解】A．，根据方程式，若完全反应生成，标况下体积为560mL，但随着反应进行，浓硝酸变稀，则此时生成一氧化氮，故无法计算二氧化氮的物质的量，且题目也没说明标况，A错误；
B．盐酸和大理石反应生成二氧化碳，由于盐酸挥发，则二氧化碳中含有氯化氢，氯化氢也会和硅酸钠反应生成硅酸沉淀，无法比较碳酸和硅酸的酸性强弱，B错误；
C．氯化铵和氢氧化钙反应制备氨气，为了防止水滴倒流，试管口应该向下倾斜，C错误；
D．品红检验二氧化硫，酸性高锰酸钾除去二氧化硫，随后的品红验证二氧化硫是否除干净，最后用澄清石灰水检验二氧化碳，去除装置A，则酸性高锰酸钾可以同时起到检验和除去二氧化硫的作用，D正确；故选D。
15．设表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的有( )
①的摩尔质量为
②标准状况下，酒精中含有的氧原子数为
③和的固体混合物中所含阳离子的数目为
④被完全氧化生成，则失去个电子
⑤，每生成，则需消耗
⑥的硫酸钠溶液和的溶液中的浓度相等
⑦在的条件下，中含有的分子数小于
A．②⑤⑥⑦ B．①③④⑤ C．①③④⑦ D．②③④⑦
【答案】C
【详解】①摩尔质量在数值上等于其相对分子或原子质量，因此水的摩尔质量为，①正确；
②标准状况下，酒精为液态，则无法计算酒精的物质的量和含有的氧原子数，②错误；
③碳酸钙和碳酸氢钾的摩尔质量都为，阳离子个数都为1，则碳酸钙和碳酸氢钾的固体混合物中所含阳离子的数目为，③正确；
④钠被完全氧化生成氧化钠时，失去电子的物质的量为，④正确；
⑤未明确是否为标准状况，无法计算生成硅所消耗氢气的体积，⑤错误；
⑥的硫酸钠溶液中钠离子浓度为的氯化钠溶液中钠离子浓度为，两种溶液中钠离子浓度不相等，⑥错误；
⑦在的条件下，气体摩尔体积大于，则氢气中含有的分子数小于，⑦正确；
①③④⑦正确，故选C。
二、解答题
16．某化学兴趣小组利用如图所示装置制备硝酸溶液，并进行C、N、Si的非金属性强弱探究。请回答下列问题：
Ⅰ．硝酸溶液的制备
已知：装置丙用于除去氮氧化物中的。
(1)实验室中，利用和反应制备，发生反应的化学方程式为 。
(2)装置甲中的作用为 。
(3)实验中每制备100mL硝酸溶液，理论上至少需要 mol。
Ⅱ．利用制备的硝酸溶液按如图所示装置探究C、N、Si的非金属性强弱。
(4)根据所学知识，判断C、N、Si的非金属性由强到弱的顺序： ；从原子结构解释原因： 。
(5)装置A中发生反应的离子方程式为 ；装置B可观察到的现象为 。
(6)该装置存在不足之处，请说明如何完善该装置： 。
【答案】(1)
(2)和水反应制备，且反应放热促使浓氨水分解产生氨气
(3)0.4
(4) 半径，半径越小，原子核对最外层电子的吸引力越强，非金属性越强
(5) 有白色（胶状）沉淀生成
(6)装置A和B之间连接一个盛有饱和溶液的洗气瓶
【分析】装置甲中浓氨水与反应产生同时放热促进氨水分解产生氨气，装置乙吸收水蒸气，在铂丝网催化作用下生成NO，再与氧气反应转化成NO2，装置丙用于除去氮氧化物中的，装置戊中NO2与水反应生成硝酸，装置己为尾气吸收装置；验证碳、硅元非金属性强弱，可以通过验证最高价氧化物对应水化物的酸性强弱来验证，酸性强弱可以通过以强制弱原理来判断，据此分析；
【详解】（1）实验室中，利用和反应生成、、水，发生反应的化学方程式为；
（2）装置甲中的作用为：和水反应制备，方程式为：，且反应放热促使浓氨水分解产生氨气；
（3）生成的硝酸的物质的量为0.100L×=0.1mol，根据氮原子守恒和得失电子守恒可得到关系式：，因此生成0.1mol，理论上至少需要0.4mol；
（4）同周期元素从左至右非金属性增强，同主族元素从上至下非金属性减弱，C、N、Si的非金属性由强到弱的顺序：；从原子结构解释原因：同周期元素从左至右半径越小，同主族元素从上至下半径增大，半径，半径越小，原子核对最外层电子的吸引力越强，非金属性越强；
（5）装置A中与硝酸发生反应生成和水，离子方程式为；装置B发生反应为二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色（胶状）沉淀和碳酸钠，现象是有白色（胶状）沉淀生成；
（6）硝酸具有挥发性，挥发出的硝酸也会与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色（胶状）沉淀，不能比较出碳酸与硅酸的酸性强弱，因此无法判断C与Si的非金属强弱，故需要装置A和B之间连接一个盛有饱和溶液的洗气瓶，除去挥发出的硝酸。
17．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为 。
②在流化床反应的产物中， SiHCl3大约占85%， 还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等， 有关物质的沸点数据如表所示，提纯 的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。
物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4
沸点/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2 -30.4 -84.9 -111.9
③SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为 。
(2)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)，实验操作步骤：
I.打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。
Ⅱ. A中看到白色沉淀时，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，关闭活塞a。
①B中反应的离子方程式是 。
②通过步骤Ⅰ知浓盐酸具有的性质是 (填字母)。
A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性
③C 中的试剂 X 是 (填化学式)。D中反应的化学方程式是 。
④碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因： 。
【答案】(1) 蒸馏 SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2↑+3HCl↑
(2) CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O AD 饱和NaHCO3溶液 Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3 碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱
【分析】（1）石英砂和焦炭在电弧炉内加热发生反应制得粗硅，在粗硅中加入HCl在流化床反应器中反应制得SiHCl3，在SiHCl3中加入H2在还原炉内还原制得高纯硅；
（2）I.打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸，由于浓盐酸具有挥发性，挥发出得HCl使A中HNO3酸化得AgNO3产生白色沉淀，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，关闭活塞a，B中盐酸与碳酸钙发生反应的离子方程式是CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O，因为浓盐酸具有挥发性，所以C装置中饱和NaHCO3溶液将HCl气体除去，CO2通入D中，与Na2SiO3发生Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3反应，据此回答。
【详解】（1）①石英砂的主要成分是二氧化硅，用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为；
②利用沸点的不同提纯SiHCl3属于蒸馏，SiHCl3沸点为31.8℃，SiCl4的沸点为57.6℃，SiH2Cl2的沸点为8.2℃，由于沸点差别较大，可以通过精馏或蒸馏的方法除去杂质；因此提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和精馏或蒸馏；
③SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2↑+3HCl↑；
（2）①B中盐酸与碳酸钙发生反应的离子方程式是CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O；
②步骤Ⅰ是为了验证浓盐酸是否具有挥发性(看A中是否产生沉淀)和酸性(与盐反应)，故选AD；
③因为浓盐酸具有挥发性，所以C装置的作用是将HCl气体除去，可以使用的试剂为饱和NaHCO3溶液；D中反应的化学方程式是Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，也可以生成NaHCO3，答案合理即可；
④由于碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱。
18．利用绿柱石(主要化学成分为BeO、Al2O3、SiO2，还含有少量FeO和Fe2O3)冶炼Be的一种工艺流程如下。
已知：①铍的性质与处于元素周期表对角线的铝相似。
②氯化铍在熔融态时较难电离。
③在强碱性条件下，Be元素以[Be(OH)4]2-形式存在。
(1)“熔炼”的目的是通过改变绿柱石晶相中的稳定结构增强其反应活性，气体A是 。
(2)滤渣1的成分为 ，“溶浸”工序、“沉铁”工序所加试剂改为稀硫酸、氨水和过氧化氢会更好，这是由于 。
(3)“沉铍”时若使用NaOH溶液，将导致铍的产率降低，用离子方程式解释原因： 。
(4)“灼烧”工序的化学方程式为 。
(5)“高温反应”镁或铍均会和氧气反应，需在惰性气氛中进行， (填“能”或“不能”)选择N2气氛。氯化铍熔融盐电解法也可以制备铍，但在电解过程中需要加入一定量NaCl，加入NaCl的作用是 。
(6)该流程中能循环使用的物质有HF、NH3和 (填化学式)。
【答案】(1)CO2
(2) H2SiO3、CaSO4 浓硫酸和FeO发生反应放出SO2污染性气体
(3)Be2++4OH-＝[Be(OH)4]2-
(4)(NH4)2BeF4BeF2+2NH3↑+2HF↑
(5) 不能 增强熔融盐导电性
(6)(NH4)2SO4
【分析】绿柱石(主要化学成分为BeO、Al2O3、SiO2，还含有少量FeO和Fe2O3)，加入石灰石熔炼，SiO2、Al2O3、BeO分别与CaCO3反应生成CaSiO3、铝酸钙、铍酸钙和二氧化碳，加入浓硫酸溶浸，浸出液中含有BeSO4、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3，滤渣1为H2SiO3和CaSO4，向滤液中加入硫酸铵沉铝，过滤得到滤液和铝铵矾，在滤液中加氨水调节pH使铁离子转化为沉淀，滤渣2为氢氧化铁，过滤后滤液中含有BeSO4、(NH4)2SO4，再向溶液中加入氨水沉铍得到氢氧化铍，过滤后向氢氧化铍中加入HF、NH3，得到(NH4)2BeF4，(NH4)2BeF4灼烧得到BeF2、NH3和HF，加入镁在高温下反应生成Be，以此解答该题。
【详解】（1）“熔炼”过程中SiO2、Al2O3、BeO分别与CaCO3反应生成CaSiO3、铝酸钙、铍酸钙和二氧化碳，气体A为二氧化碳。答案为：CO2；
（2）加入浓硫酸进行溶浸，浸出液中含有BeSO4、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3，滤渣1为H2SiO3和微溶物CaSO4。“溶浸”工序、“沉铁”工序所加试剂改为稀硫酸、氨水和过氧化氢会更好，这是因为浓硫酸具有强氧化性，浓硫酸和FeO发生反应放出SO2污染性气体。答案为：H2SiO3、CaSO4；浓硫酸和FeO发生反应放出SO2污染性气体；
（3）由题给信息可知，Be的性质与Al类似，在强碱性条件下，Be元素以[Be(OH)4]2-形式存在，若使用NaOH溶液，生成[Be(OH)4]2-，因此会降低Be的沉淀率，导致Be的产率降低。离子方程式为：Be2++4OH-＝[Be(OH)4]2-。答案为：Be2++4OH-＝[Be(OH)4]2-；
（4）根据流程图可知，灼烧时(NH4)2BeF4分解生成BeF2、NH3和HF。反应方程式为：(NH4)2BeF4BeF2+2NH3↑+2HF↑。答案为：(NH4)2BeF4BeF2+2NH3↑+2HF↑；
（5）不能选择N2气氛，因为高温下，Be、Mg皆能与N2发生反应生成氮化物。氯化铍在熔融态时较难电离，熔融氯化铍电解制Be时加入NaCl的作用增强熔融盐导电性。答案为：不能；增强熔融盐导电性；
（6）根据元素守恒可知沉铍后的滤液中含有(NH4)2SO4，灼烧过程中会产生HF和NH3，故该流程中能循环使用的物质是(NH4)2SO4、HF、NH3。答案为：(NH4)2SO4。
19．天然矿石X由三种元素组成，兴趣小组为探究其组成和性质，设计完成如下实验：
已知：a．固体B是难溶性酸(白色胶状沉淀)，溶液E可用作黏合剂和防火剂
b．所有试剂均过量
请回答下列问题：
(1)红棕色固体G的化学式为 。
(2)X的化学式为 。
(3)写出反应①的化学方程式 。
(4)写出D转变成F的化学方程式 。
(5)请设计实验，检验溶液A中所含的金属阳离子 。
【答案】(1)Fe2O3
(2)
(3)Fe2SiO4+4HCl=H2SiO3+2FeCl2+H2O
(4)
(5)取少量溶液A于试管中，加入几滴溶液，无明显现象，再加入少量新制氯水(或)，溶液变红，则说明溶液A中有
【分析】白色沉淀D转化为红褐色F，则D为氢氧化亚铁、F为氢氧化铁、G为氢氧化铁煅烧生成的氧化铁，A中含有氯化亚铁，氯化亚铁和氢氧化钠生成C中含有氯化钠；固体B是难溶性酸(白色胶状沉淀)，溶液E可用作黏合剂和防火剂，则B为硅酸沉淀、E为硅酸和氢氧化钠生成的硅酸钠；氧化铁中铁为，硅酸中硅为，结合质量守恒，X中还含有氧为2.04g-1.12g-0.28g=0.64g；
【详解】（1）由分析，G为Fe2O3；
（2）由分析，X的组成元素为，原子个数比为，化学式为；
（3）结合分析，反应①的化学方程式Fe2SiO4+4HCl=H2SiO3↓+2FeCl2+H2O；
（4）反应③为氢氧化亚铁被氧气氧化为氢氧化铁，化学方程式：；
（5）A中含有亚铁离子，亚铁离子可以被过氧化氢等氧化为使KSCN溶液变红色的铁离子，故实验设计为：取少量溶液A于试管中，加入几滴溶液，无明显现象，再加入少量新制氯水(或)，溶液变红，则说明溶液A中有。
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考点3 硅及其化合物
硅单质
存在 地壳中的含量位居第二位，只存在化合态的硅(主要以硅酸盐和氧化物的形式)，无游离态
物理性质 灰黑色、金属光泽、熔沸点高、硬度大、半导体
化学性质 常温 Si＋2F2＝SiF4 Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
高温 Si＋O2SiO2 Si＋2Cl2SiCl4 Si＋CSiC Si＋2H2SiH4
高纯硅制备 生产流程一：二氧化硅粗硅纯SiCl4高纯硅。 反应式如下： ①粗硅：SiO2＋2C2Si(粗硅)＋2CO↑ ②高纯硅：Si＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si＋4HCl
生产流程二：二氧化硅粗硅纯SiCl4高纯硅。反应式如下： ①粗硅：SiO2＋2C2Si(粗硅)＋2CO↑ ②高纯硅：Si＋3HClSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl
用途 半导体材料，用于集成电路、晶体管的制造；制太阳能电池的材料
注意
二氧化硅 硅酸
1．二氧化硅
存在 普通的沙(细小的石英晶体)、水晶(纯石英，无色透明晶体)
物理性质 无色透明晶体，高熔点，高硬度，不溶于水
结构 1个Si原子结合4个O原子，同时1个O原子结合2个Si原子。最小的环上有12个原子：6个O原子、6个Si原子。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的立体的正四面体空间网状结构，这种结构很稳定，要破坏此结构需很大的能量，因此SiO2具有较高的熔、沸点及较高的硬度。 虽然1个Si原子结合4个O原子，由于1个O原子结合2个Si原子，所以1个Si原子实际上分享到的O原子个数为4×＝2，即在二氧化硅晶体Si与O的个数比为1∶2，通常所用的“SiO2”表示的是化学式，而不是分子式。
化学性质 酸性氧化物 水 不反应
碱性氧化物 CaO＋SiO2CaSiO3
碱 2NaOH＋SiO2＝Na2SiO3＋H2O（实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞）
某些盐 CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
弱氧化性 SiO2＋2C Si＋2CO↑ SiO2＋3C SiC＋2CO↑ SiO2＋Mg2MgO＋Si
特殊性 SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O（氢氟酸不能保存于玻璃瓶中，常保存于塑料瓶中）
用途 ①制造光导纤维；②制光学镜片；③制石英坩埚；④制石英玻璃
2．硅酸
溶解性 难溶于水
弱酸性 与强碱反应：H2SiO3＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O 酸性小于碳酸：Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3
不稳定性 H2SiO3SiO2＋H2O
用途 制作硅胶，用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。
注意
无机非金属材料
1．硅酸盐工业
主要原料 主要设备 主要反应 主要成分 特性
水泥 石灰石 黏土 水泥回转窑 复杂的物理变化与化学反应 3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 水硬性
玻璃 石灰石、纯碱、 石英 玻璃熔炉 CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaSiO3、Na2SiO3、 SiO2 无 固定熔点
陶瓷 黏土 陶瓷窑 —— Al2O3·2SiO2·2H2O ——
2．新型无机非金属材料
高温结构陶瓷 SiC、BN、Si3N4、Al2O3等
碳纳米材料 类型 富勒烯、碳纳米管、石墨烯等
用途 在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景
注意
一、单选题
1．下列叙述均正确且前后有因果关系的是( )
A．氨很容易液化，液氨气化时要吸收大量的热，因此液氨可用作制冷剂
B．常温，SiO2与氢氟酸、NaOH溶液均可反应，SiO2是两性氧化物
C．BaSO3难溶于水，SO2气体通入Ba(NO3)2溶液中产生沉淀
D．非金属性：Cl > S，酸性：HClO > H2SO4
2．用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含有少量Fe2O3和单质Cu)：
下列叙述正确的是( )
A．“还原”过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 2：1
B．“操作 X”是将原料气通过灼热的铜粉
C．“高温氮化”反应中N2是还原剂
D．“稀酸 Y”选用稀硫酸除去产物中的杂质
3．下列过程中的化学反应，相应方程式正确的是( )
A．Ca(HCO3)2溶液中加入过量氨水：
B．向BaCl2溶液中通入SO2气体：Ba2++SO2+H2O=BaSO3↓+2H+
C．向氯化铝溶液中滴加过量氨水：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3
D．二氧化硅与碳单质反应方程式为：
4．下列各组物质能满足如图所示转化关系的是(图中箭头表示一步转化)( )
a b c d
① Si
② Na NaOH
③ Cu CuO
④ Al
A．①③ B．①② C．③④ D．②④
5．我国成功地发射了“嫦娥一号”探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(MgFe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是( )
A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐
B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2
C．铁橄榄石(Fe2SiO4)中铁为＋2价
D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱
6．下列离子方程式书写错误的是( )
A．与强碱的反应：
B．少量溶于稀硝酸：
C．溶液中通入过量
D．等体积、等浓度的溶液与溶液反应：
7．海南文物和非物质文化遗产闻名世界。下列文物的主要成分属于金属材料的是( )
文物
名称 A．弦纹双耳铜釜 B．青白釉花口凤首壶 C．黎族树皮布 D．海南椰雕
8．在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能一步实现的是( )
A．
B．
C．
D．
9．下列离子组在指定条件下一定能大量共存的是( )
A．澄清透明溶液中：、、、
B．水玻璃中：、、、
C．加粉产生氢气的溶液中：、、、
D．使石蕊变红的溶液中：、、、
10．归纳法是化学学习的重要科学方法。能由下列事实得出结论，且结论正确的是( )
事实 结论
A 氨分子中断裂键吸热 液氨可作制冷剂
B 铁制容器可用于储存、运输浓硫酸 铁与浓硫酸不反应
C 工业上可用焦炭还原石英石制粗硅 非金属性：
D 氢氟酸可与反应生成和 氢氟酸可生产磨砂玻璃
11．高纯硅是现代信息等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如图所示，下列说法正确的是( )
A．硅元素位于周期表中第二周期，第IVA族
B．电弧炉中的反应为
C．该工艺流程中被循环利用的物质有和
D．制备所得的高纯硅可用于制造光导纤维，属于新型无机非金属材料
12．由含硒废料(主要含、、、、、等)制取硒的流程如下：
下列有关说法正确的是( )
A．“分离”的方法是分液
B．“滤液”中主要存在的阴离子有：、
C．若向“酸溶”所得的滤液中加入少量铜，铜不会溶解
D．“酸化”的离子反应方程式为
13．铝电解厂烟气(含粉尘、氟化物等污染物)净化的一种简单流程如下：
下列说法正确的是( )
A．石英耐高温，可作吸收塔内衬的耐热材料
B．当吸收塔中不再冒气泡，说明已耗尽，需补充溶液
C．合成槽中产物主要有和
D．采用从下方通入烟气，上方喷淋溶液法可提高烟气吸收效率
14．下列实验装置及目的，所得现象或结论正确的是( )
选项 装置 目的 现象结论
A． 铜与100ml 5mol L 1的浓硝酸制NO2 收集到560mlNO2
B． 探究碳酸和硅酸的酸性强弱 产生沉淀，说明酸性H2CO3>H2SiO3
C． 制备NH3 用向下排空气法可以收集到NH3
D． 检验混合气体中是否含有CO2和SO2 去除装置A仍能达到实验目的
15．设表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的有( )
①的摩尔质量为
②标准状况下，酒精中含有的氧原子数为
③和的固体混合物中所含阳离子的数目为
④被完全氧化生成，则失去个电子
⑤，每生成，则需消耗
⑥的硫酸钠溶液和的溶液中的浓度相等
⑦在的条件下，中含有的分子数小于
A．②⑤⑥⑦ B．①③④⑤ C．①③④⑦ D．②③④⑦
二、解答题
16．某化学兴趣小组利用如图所示装置制备硝酸溶液，并进行C、N、Si的非金属性强弱探究。请回答下列问题：
Ⅰ．硝酸溶液的制备
已知：装置丙用于除去氮氧化物中的。
(1)实验室中，利用和反应制备，发生反应的化学方程式为 。
(2)装置甲中的作用为 。
(3)实验中每制备100mL硝酸溶液，理论上至少需要 mol。
Ⅱ．利用制备的硝酸溶液按如图所示装置探究C、N、Si的非金属性强弱。
(4)根据所学知识，判断C、N、Si的非金属性由强到弱的顺序： ；从原子结构解释原因： 。
(5)装置A中发生反应的离子方程式为 ；装置B可观察到的现象为 。
(6)该装置存在不足之处，请说明如何完善该装置： 。
17．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为 。
②在流化床反应的产物中， SiHCl3大约占85%， 还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等， 有关物质的沸点数据如表所示，提纯 的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。
物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4
沸点/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2 -30.4 -84.9 -111.9
③SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为 。
(2)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)，实验操作步骤：
I.打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。
Ⅱ. A中看到白色沉淀时，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，关闭活塞a。
①B中反应的离子方程式是 。
②通过步骤Ⅰ知浓盐酸具有的性质是 (填字母)。
A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性
③C 中的试剂 X 是 (填化学式)。D中反应的化学方程式是 。
④碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因： 。
18．利用绿柱石(主要化学成分为BeO、Al2O3、SiO2，还含有少量FeO和Fe2O3)冶炼Be的一种工艺流程如下。
已知：①铍的性质与处于元素周期表对角线的铝相似。
②氯化铍在熔融态时较难电离。
③在强碱性条件下，Be元素以[Be(OH)4]2-形式存在。
(1)“熔炼”的目的是通过改变绿柱石晶相中的稳定结构增强其反应活性，气体A是 。
(2)滤渣1的成分为 ，“溶浸”工序、“沉铁”工序所加试剂改为稀硫酸、氨水和过氧化氢会更好，这是由于 。
(3)“沉铍”时若使用NaOH溶液，将导致铍的产率降低，用离子方程式解释原因： 。
(4)“灼烧”工序的化学方程式为 。
(5)“高温反应”镁或铍均会和氧气反应，需在惰性气氛中进行， (填“能”或“不能”)选择N2气氛。氯化铍熔融盐电解法也可以制备铍，但在电解过程中需要加入一定量NaCl，加入NaCl的作用是 。
(6)该流程中能循环使用的物质有HF、NH3和 (填化学式)。
19．天然矿石X由三种元素组成，兴趣小组为探究其组成和性质，设计完成如下实验：
已知：a．固体B是难溶性酸(白色胶状沉淀)，溶液E可用作黏合剂和防火剂
b．所有试剂均过量
请回答下列问题：
(1)红棕色固体G的化学式为 。
(2)X的化学式为 。
(3)写出反应①的化学方程式 。
(4)写出D转变成F的化学方程式 。
(5)请设计实验，检验溶液A中所含的金属阳离子 。
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