第18讲 碳、硅及其化合物
一、 选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1 [2024盐城考前模拟]践行“碳达峰”“碳中和”的双碳经济是我国的长期国策。这里“双碳”的含义是( )
A. 仅指CO2 B. 金刚石和石墨
C. CO和CO2 D. 12C和13C
2 [2024南通、泰州等六市一调]2023年是中国芯片产业突围之年。下列属于芯片中常用半导体材料的是( )
A. 石墨 B. 晶体硅 C. 镁铝合金 D. 聚乙烯
3 [2025扬州高邮调研]我国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。下列关于CO2的说法不正确的是( )
A. CO2是酸性氧化物
B. CO2属于非电解质
C. CO2为非极性分子
D. 由右图晶胞构成的某固态CO2易升华
4 [2024常州期末]下列有关反应原理表述正确的是( )
A. 侯氏制碱法中制备NaHCO3：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3＋NH4Cl↓
B. 碱性条件下催化电解CO2制CH4的阴极反应：CO2＋8e－＋6H2O===CH4＋8OH－
C. 使用催化剂可降低CO2与H2合成C2H5OH的活化能，从而增大反应的ΔH
D. 载人飞船中常用LiOH固体吸收CO2而不用KOH固体是由于LiOH碱性更强
5 [2024无锡期末]电催化是利用催化剂电极进行电解以实现物质转变的前沿方法。使用单原子催化剂电催化将CO2转化为CO的部分机理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该催化过程在电解池的阳极进行
B. 该催化过程CO2发生了氧化反应
C. 甲、乙中的C原子的杂化类型不同
D. 催化剂原子吸附CO2中带负电的部分
6 [2025南通开学考试]石墨与F2在450 ℃反应，石墨层间插入F得到层状化合物(CF)x，该物质仍具有润滑性，其单层局部结构如图所示。下列表述正确的是( )
A. 石墨与F2反应前后碳原子的杂化轨道类型不变
B. 与石墨相比，(CF)x导电性增强
C. 1 mol (CF)x中含有2.5x mol共价单键
D. (CF)x中C—C键长比C—F短
7 [2025南通开学考试]下列说法不正确的是( )
A. 粗硅制备高纯硅的两步反应中硅元素均被氧化
B. 制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
C. 1 mol Si含Si—Si键的数目约为2×6.02×1023
D. 制备高纯硅的原料气HCl和H2应充分去除O2
阅读下列材料，完成8～10题。
碳元素在自然界分布很广。游离态的碳有金刚石、石墨、C60等，化合态的碳存在形式更为多样。碳单质是重要的还原剂，工业上用焦炭还原石英砂可制得粗硅。CO能将溶液中的Pd2+还原为Pd，生成黑色沉淀，该反应可用于检验CO。燃煤烟气中的CO2可用饱和Na2CO3溶液进行捕集。一定温度和压强下，CO2可转化为具有良好溶解能力和流动性能的超临界流体。C2H2在氧气中燃烧放出大量的热，常用来切割金属。
8 [2024南京、盐城一模]下列说法正确的是( )
A. 金刚石、石墨、C60三者互为同位素
B. C2H2分子中存在两个π键
C. Na2CO3晶体中存在离子键与非极性共价键
D. 基态C原子的核外电子有6种空间运动状态
9 [2024南京、盐城一模]下列化学反应表示正确的是( )
A. 焦炭与石英砂反应：C＋SiO2CO2↑＋Si
B. CO与酸性PdCl2溶液反应：CO＋Pd2+＋2OH－===CO2＋Pd↓＋H2O
C. CO的水解反应：CO＋2H2O H2CO3＋2OH－
D. 饱和Na2CO3溶液与足量CO2反应：2Na＋＋CO＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓
10 [2024南京、盐城一模]下列物质结构与性质或物质性质与用途不具有对应关系的是( )
A. 干冰中CO2分子间的范德华力较弱，CO2具有较好的热稳定性
B. 金刚石具有很高的硬度，可用作地质钻探钻头
C. 石墨中碳原子未参与杂化的2p电子可在整个碳原子平面中运动，石墨具有导电性
D. CO2是非极性分子，超临界CO2流体可用于萃取物料中的低极性组分
11 用4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。再升高至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
12 [2025南通如皋中学期初]一种以MgO为催化剂催化CO2合成碳酸乙二醇酯()可能的反应机理如图所示。图中“—”表示吸附，“”和“”分别表示Mg2+或O2-中的一种。下列说法正确的是( )
A. 图中“”表示Mg2+，“”表示O2-
B. 环氧乙烷中氧原子吸附在“”上是因为氧原子比碳原子半径小
C. 图中所示所有转化中，有极性共价键和非极性共价键的断裂
D. 碳酸乙二醇酯在足量NaOH溶液中加热后可生成Na2CO3和乙二醇
13 [2023苏锡常镇二调]用粗硅制备多晶硅，发生的主要反应如下：
①Si(s)＋3HCl(g)H2(g)＋SiHCl3(g)；
②SiHCl3(g)＋H2(g)3HCl(g)＋Si(s)。
下列说法正确的是( )
A. 反应①的ΔS>0
B. 反应②的化学平衡常数K＝
C. 制备多晶硅的过程中应设法循环使用H2和HCl
D. 1 mol晶体硅中含有4 mol Si—Si
二、 非选择题
14 [2024南通如皋适应性考试二]生物质铁炭纳米材料可以活化过一硫酸盐，降解废水中有机污染物。
(1) 生物质铁炭纳米材料活化过一硫酸钾(KHSO5)降解有机污染物的反应历程如图甲所示。图中SO和·OH分别表示硫酸根自由基和羟基自由基。
甲
①H2SO5(S的化合价为＋6)在水中的电离过程为H2SO5===H＋＋HSO、HSO H＋＋SO[Ka(HSO)＝4×10-10]。写出HSO的结构式：________________
__________________________________________。
②生物质铁炭纳米材料降解有机污染物的机理可描述为__________________
______________________________________________________________________。
③若有机污染物为苯酚，写出酸性条件下SO与苯酚反应的化学方程式：______________________________________________。
(2) 与直接使用纳米铁颗粒相比，使用生物质铁炭纳米材料降解的优点是______________________________________________________________________。
(3) 铁炭纳米材料在不同pH对有机污染物去除率(：溶液有机物浓度与初始有机物浓度的比值)的影响如图乙所示，pH越小有机污染物去除率越高的原因是____________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
乙
(4) 已知微粒的氧化性：SO>·OH＞CO。水中存在一定量HCO和无HCO存在时对铁炭纳米材料降解有机污染物的影响如图丙所示。HCO的存在对有机污染物的降解有影响，原因是_______________________________________
______________________________________________________________________。
丙
第18讲 碳、硅及其化合物
1 A “碳达峰”“碳中和”中的“碳”均指CO2。故选A。
2 B 晶体硅可用作半导体材料，常用于制作芯片。B正确。
3 D 高压下，CO2可以转化为类似SiO2结构的共价晶体，图示晶胞结构为共价晶体，该状态下CO2不易升华，D错误。
4 B 侯氏制碱法中，NaHCO3是沉淀，A错误；催化剂能降低反应的活化能，不影响反应的焓变，C错误；载人飞船中常用LiOH固体吸收CO2而不用KOH固体，原因是Li的相对原子质量比K小，相同质量时，LiOH固体吸收的CO2更多，实际上碱性KOH>LiOH，D错误。
5 C CO2转变为CO的过程中需要得到电子，故该过程在电解池的阴极进行，A错误；该催化过程中，C元素的化合价降低，CO2发生了还原反应，B错误；CO2分子中的C原子采用sp杂化，CO2分子得1个电子后，C原子的杂化方式改变，乙分子中C原子采用sp2杂化，C正确；电负性O>C，CO2分子中的C原子带正电荷，催化剂吸附CO2中的C原子，故催化剂原子吸附CO2中带正电的部分，D错误。
6 C 石墨中碳原子采用sp2杂化，(CF)x中C采用sp3杂化，A错误；石墨导电的原因是石墨层间有自由移动的电子，石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x后，可自由移动的电子减少，导电性减弱，B错误；由图可知，1 mol (CF)x中每个氟原子形成1个C—F，每个碳原子形成3个C—C、1个C—F，每个共价单键被2个原子共用，则1 mol (CF)x中含有(1＋3＋1)x× mol＝2.5x mol共价单键，C正确；原子序数递增，同周期主族元素的原子半径逐渐减小，故(CF)x中C—C的键长比C—F长，D错误。
7 A 粗硅制备高纯硅的两步反应中，第一步Si―→SiHCl3，Si元素被氧化，第二步SiHCl3―→Si，Si元素被还原，A错误；晶体硅中，每个硅原子形成4个Si—Si，每个共价键被2个硅原子所共用，故1 mol Si含Si—Si的数目约为4 mol××6.02×1023 mol-1＝2×6.02×1023，C正确；Si是亲氧元素，制备高纯硅的原料气HCl和H2应充分去除O2，防止硅被氧化，D正确。
8 B 由同种元素组成的单质互为同素异形体，故金刚石、石墨、C60三者互为同素异形体，A错误；单键为σ键，1个双键含有1个σ键和1个π键，1个三键含有1个σ键和2个π键，C2H2的结构式为H—C≡C—H，该分子中存在2个π键，B正确；CO中，C与O之间存在极性共价键，无非极性共价键，C错误；空间运动状态指的是原子轨道，基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，6个电子共占据4个轨道，有4种空间运动状态，D错误。
9 D 应该生成CO，不生成CO2，A错误；酸性条件下，反应物中不能出现OH－，B错误；CO分步水解，第一步水解产物为HCO和OH－，不能一步水解生成H2CO3，C错误。
10 A 范德华力影响物质的物理性质，热稳定性是物质的化学性质，结构与性质不存在对应关系，A符合题意。
11 B
12 D 由图可知，“”与O结合，“”应带正电荷，为Mg2+，则“”表示O2-，A错误；环氧乙烷中氧原子吸附在“”上是因为氧原子带负电性，Mg2+带正电荷，B错误；该转化过程中不涉及非极性共价键的断裂，C错误。
13 C 反应①为气体体积减小的反应，即ΔS<0，A错误；Si为固体，不写入平衡常数表达式中，B错误；反应①生成的H2可以用于反应②，反应②中生成的HCl可以用于反应①，C正确；晶体硅中，1个Si原子与另外4个Si原子相连形成Si—Si，但每根Si—Si被2个Si原子共有，所以1 mol 晶体Si中含有的Si—Si＝4×＝2 mol，D错误。
14 (1) ① ②纳米铁颗粒失去电子，经过石墨碳层传导至表面，HSO得到电子生成SO和OH－或·OH和SO，活性SO和·OH与难降解有机污染物反应生成CO2和H2O ③ 28SO＋11H2O ＋C6H6O===6CO2↑＋28H＋＋28SO (2) 石墨碳层可以增加反应的接触面积；石墨碳层的包裹可以减少铁的渗出，减少二次污染 (3) pH越小，越有利于纳米铁释放电子，生成SO或·OH速率越快，同时pH越小时，主要以HSO形式存在，HSO浓度大，生成SO或·OH速率也越快，所以有机污染物去除速率增大 (4) HCO会与生成的SO和·OH转化为氧化性更低的CO，CO降解有机污染物的速率低或不能降解有机物
解析：(1) ①H2SO5的一级电离是完全的，是与硫酸相似的强酸，二级电离只有少部分，即难电离。②生物质铁炭纳米材料降解有机污染物的核心反应为强氧化剂(例如硫酸根自由基和羟基自由基)把难降解有机污染物氧化为二氧化碳和水，结合图示转化。③SO 具有强氧化性，苯酚具有还原性，苯中碳元素平均化合价从－价升高为＋4价，SO―→SO总化合价下降1价，根据得失电子守恒配平方程式。(4) 由图丙知，水中存在一定量HCO时降解有机污染物效果差些，无HCO存在时降解有机污染物效果好些，已知微粒的氧化性SO>·OH>CO，按氧化还原反应的规律，SO和·OH能制取出CO，CO降解机污染物的速率低或不能降解有机物。(共30张PPT)
模块二
无机物的转化与应用
主题5 非金属及其化合物
第18讲 碳、硅及其化合物
配套练习
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一、 选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1 [2024盐城考前模拟]践行“碳达峰”“碳中和”的双碳经济是我国的长期国策。这里“双碳”的含义是( )
A. 仅指CO2 B. 金刚石和石墨
C. CO和CO2 D. 12C和13C
解析：“碳达峰”“碳中和”中的“碳”均指CO2。故选A。
答案：A
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2 [2024南通、泰州等六市一调]2023年是中国芯片产业突围之年。下列属于芯片中常用半导体材料的是( )
A. 石墨 B. 晶体硅
C. 镁铝合金 D. 聚乙烯
解析：晶体硅可用作半导体材料，常用于制作芯片。B正确。
答案：B
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3 [2025扬州高邮调研]我国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。下列关于CO2的说法不正确的是( )
A. CO2是酸性氧化物
B. CO2属于非电解质
C. CO2为非极性分子
D. 由右图晶胞构成的某固态CO2易升华
解析：高压下，CO2可以转化为类似SiO2结构的共价晶体，图示晶胞结构为共价晶体，该状态下CO2不易升华，D错误。
答案：D
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4 [2024常州期末]下列有关反应原理表述正确的是( )
A. 侯氏制碱法中制备NaHCO3：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3＋NH4Cl↓
B. 碱性条件下催化电解CO2制CH4的阴极反应：CO2＋8e－＋6H2O===
CH4＋8OH－
C. 使用催化剂可降低CO2与H2合成C2H5OH的活化能，从而增大反应的ΔH
D. 载人飞船中常用LiOH固体吸收CO2而不用KOH固体是由于LiOH碱性更强
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解析：侯氏制碱法中，NaHCO3是沉淀，A错误；催化剂能降低反应的活化能，不影响反应的焓变，C错误；载人飞船中常用LiOH固体吸收CO2而不用KOH固体，原因是Li的相对原子质量比K小，相同质量时，LiOH固体吸收的CO2更多，实际上碱性KOH>LiOH，D错误。
答案：B
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5 [2024无锡期末]电催化是利用催化剂电极进行电解以实现物质转变的前沿方法。使用单原子催化剂电催化将CO2转化为CO的部分机理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该催化过程在电解池的阳极进行
B. 该催化过程CO2发生了氧化反应
C. 甲、乙中的C原子的杂化类型不同
D. 催化剂原子吸附CO2中带负电的部分
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解析：CO2转变为CO的过程中需要得到电子，故该过程在电解池的阴极进行，A错误；该催化过程中，C元素的化合价降低，CO2发生了还原反应，B错误；CO2分子中的C原子采用sp杂化，CO2分子得1个电子后，C原子的杂化方式改变，乙分子中C原子采用sp2杂化，C正确；电负性O>C，CO2分子中的C原子带正电荷，催化剂吸附CO2中的C原子，故催化剂原子吸附CO2中带正电的部分，D错误。
答案：C
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6 [2025南通开学考试]石墨与F2在450 ℃反应，石墨层间插入F得到层状化合物(CF)x，该物质仍具有润滑性，其单层局部结构如图所示。下列表述正确的是( )
A. 石墨与F2反应前后碳原子的杂化轨道类
型不变
B. 与石墨相比，(CF)x导电性增强
C. 1 mol (CF)x中含有2.5x mol共价单键
D. (CF)x中C—C键长比C—F短
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7 [2025南通开学考试]下列说法不正确的是( )
A. 粗硅制备高纯硅的两步反应中硅元素均被氧化
C. 1 mol Si含Si—Si键的数目约为2×6.02×1023
D. 制备高纯硅的原料气HCl和H2应充分去除O2
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阅读下列材料，完成8～10题。
碳元素在自然界分布很广。游离态的碳有金刚石、石墨、C60等，化合态的碳存在形式更为多样。碳单质是重要的还原剂，工业上用焦炭还原石英砂可制得粗硅。CO能将溶液中的Pd2＋还原为Pd，生成黑色沉淀，该反应可用于检验CO。燃煤烟气中的CO2可用饱和Na2CO3溶液进行捕集。一定温度和压强下，CO2可转化为具有良好溶解能力和流动性能的超临界流体。C2H2在氧气中燃烧放出大量的热，常用来切割金属。
8 [2024南京、盐城一模]下列说法正确的是( )
A. 金刚石、石墨、C60三者互为同位素
B. C2H2分子中存在两个π键
C. Na2CO3晶体中存在离子键与非极性共价键
D. 基态C原子的核外电子有6种空间运动状态
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9 [2024南京、盐城一模]下列化学反应表示正确的是( )
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10 [2024南京、盐城一模]下列物质结构与性质或物质性质与用途不具有对应关系的是( )
A. 干冰中CO2分子间的范德华力较弱，CO2具有较好的热稳定性
B. 金刚石具有很高的硬度，可用作地质钻探钻头
C. 石墨中碳原子未参与杂化的2p电子可在整个碳原子平面中运动，石墨具有导电性
D. CO2是非极性分子，超临界CO2流体可用于萃取物料中的低极性组分
解析：范德华力影响物质的物理性质，热稳定性是物质的化学性质，结构与性质不存在对应关系，A符合题意。
答案： A
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11 用4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。再升高至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
答案：B
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答案：C
二、 非选择题
14 [2024南通如皋适应性考试二]生物质铁炭纳米材料可以活化过一硫酸盐，降解废水中有机污染物。
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②生物质铁炭纳米材料降解有机污染物的机理可描述为___________
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(2) 与直接使用纳米铁颗粒相比，使用生物质铁炭纳米材料降解的优点是___________________________________________________________
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