2022高考化学第4章非金属及其化合物第1节碳硅及无机非金属材料考点1碳硅及其氧化物讲与练含解析

李仕才考点一　碳、硅及其氧化物1．碳、硅单质的性质(1)单质的结构、存在形态、物理性质和用途18\n(2)碳和硅的化学性质(3)硅的工业制法18\n2．碳、硅的氧化物(1)一氧化碳①物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。②化学性质a．燃烧：2CO＋O22CO2，淡蓝色火焰；b．还原CuO：CuO＋COCu＋CO2(冶炼金属)。(2)二氧化碳和二氧化硅的比较18\n判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．碳和硅两种元素共有两种单质。(　×　)2．12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。(　×　)3．硅单质广泛存在于自然界中，天然存在的单质硅叫硅石。(　×　)18\n4．常温下，硅很稳定，不能跟酸、碱溶液反应。(　×　)5．硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。(　√　)6．C60属于原子晶体，熔点高，硬度大。(　×　)7．将足量CO2通入含K＋、SiO、Cl－、NO的溶液中，离子将不能大量共存。(　√　)8．常温下，SiO2既能与KOH溶液反应又能与稀盐酸反应。(　×　)9．SiO2分子是由一个硅原子和两个氧原子构成。(　×　)10．Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化。(　×　)11．不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化。(　√　)12．SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维。(　×　)1．氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。2．不能依据反应2C＋SiO2Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。此类反应能进行的原因是因为在高温条件下，生成物中的气体从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。3．SiO2虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。4．不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。18\n5．C与SiO2反应的产物是CO不是CO2。一、碳、硅及其氧化物性质比较1．下列关于C、Si两种非金属元素的说法中，正确的是(　　)A．两者结合形成的化合物是共价化合物B．在自然界中都能以游离态存在C．氢化物的热稳定性比较：CH4<SiH4D．最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸解析：C、Si都是非金属元素，结合形成的化合物是共价化合物，故A正确；Si为亲氧元素，不能以游离态存在，故B错误；非金属性C>Si，则氢化物的热稳定性SiH4<CH4，故C错误；SiO2既不溶于水，也不和水反应，故D错误。答案：A2．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是(　　)A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的解析：CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐，二者均是酸性氧化物，但SiO2不与水反应，且其结构中不含有分子，而是由原子组成的。答案：A18\n二、硅及其化合物的性质3．下列有关硅材料的说法正确的是(　　)A．光纤的主要成分是高纯度的单质硅B．玛瑙的主要成分是硅酸盐C．28g硅含有6.02×1023个电子D．28Si、29Si、30Si是不同的核素解析：光纤的主要成分为高纯度的二氧化硅，A错；玛瑙的主要成分为二氧化硅，B错；1个硅原子中含有14个电子，因此28g硅含有电子的数目为×14×6.02×1023mol－1＝8.428×1024，C错。答案：D4．下列有关说法正确的是(　　)A．硅相对于氢气便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是有开发价值的燃料B．硅在地壳中含量居第二位，在地球上有丰富的硅资源，如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅C．存放NaOH溶液的试剂瓶应用玻璃塞D．二氧化硅是一种良好的半导体材料答案：A5．下列说法正确的是(　　)A．单质氧化物酸或碱盐，碳或硅单质可以按上述关系进行转化B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现转化：bc―→aC．太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置D．单质硅常用于制造光导纤维解析：A项，SiO2不与H2O反应；B项，b―→c，c―→a均不能通过一步反应实现转化；D项，用于制造光导纤维的是SiO2，而非单质硅。答案：C6．在①浓HNO3　②水　③浓H2SO4　④氢氟酸　⑤NaOH溶液中，能与单质硅起化学反应的是(　　)A．①②B．②④C．④⑤D．③④解析：Si与水、浓H2SO4、浓HNO3均不发生反应，但Si能与氢氟酸、NaOH溶液反应放出H2。答案：C18\n7．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是(　　)①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2CSi＋2CO↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b．反应②中SiO2表现出氧化性c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道理e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应A．a、c、eB．b、d、eC．c、d、eD．a、b解析：通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中SiO2被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的SiO2制取易挥发的CO2，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4价和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此SiO2没有参加氧化还原反应，e判断也正确。答案：B8．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可不填写)。可供选择的试剂：A.盐酸　B．NaOH溶液　C．氧气D．水　E．二氧化碳可选用的操作：①水洗；②加热；③高温灼烧；④过滤；⑤结晶。粉末状混合物选择的试剂选用的操作(1)CaCO3(SiO2)(2)SiO2(NaHCO3)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(H2SiO3)18\n解析：(1)SiO2与NaOH溶液反应生成可溶性的Na2SiO3，而CaCO3与NaOH溶液不反应，加入NaOH溶液后过滤可得CaCO3。(2)NaHCO3溶于水而SiO2不溶，加水后过滤可除去SiO2中的NaHCO3。(3)Fe2O3能溶于盐酸而SiO2不溶，用盐酸溶解后过滤可得SiO2。(4)H2SiO3加强热能分解为SiO2。答案：(1)B　④　(2)D　④　(3)A　④　(4)③三、硅的制备9．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是(　　)A．2C＋SiO2Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OC．Si＋2Cl2SiCl4D．SiCl4＋2H2Si＋4HCl解析：工业制取纯硅的工艺流程为：SiO2粗硅SiCl4纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。答案：B10．硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是________。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有________。(3)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：18\n①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。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下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为________。解析：(3)比较SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸点，可得常温下SiHCl3、SiCl4为液体，SiH2Cl2、SiH3Cl为气体，沉降、冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体，用蒸馏可分离二者。SiHCl3中，把硅考虑为＋4价，则氢为－1价，氯是－1价，SiHCl3水解时，－1价氢还原水中＋1价的氢，生成氢气。答案：(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)(2)石英砂、纯碱和石灰石(3)①SiO2＋3CSiC＋2CO↑　金刚砂　金刚石(或单晶硅)　②精馏(或蒸馏)　③H2SiO3(或H4SiO4)、H2、HCl一、碳、硅及其化合物性质“反常”小结18\n(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。(3)Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。(4)非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(6)一般情况下，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物)。(7)一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。(8)一般情况下，较强酸＋较弱酸的盐―→较弱酸＋较强酸的盐(溶液中的反应)。因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。但在高温下，可发生反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑(CO2离开反应体系促进反应的正向进行)。(9)一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)H2＋CO。(10)一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。1．由下列实验事实得出的结论正确的是(　　)A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是酸性氧化物B．由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物解析：SiO2是酸性氧化物，A项错误；反应SiO2＋2CSi＋2CO↑不能说明碳的非金属性比硅强，该反应能发生是因为生成CO气体，它的逸出促进了反应进行，B项错误；CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3胶体，符合强酸制弱酸的规律，证明酸性H2CO3>H2SiO3，C项正确；D项中SiO2除氢氟酸外不能与其他的酸反应，SiO218\n为酸性氧化物，不具有两性，D项错误。答案：C2．下列叙述中正确的是(　　)A．因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似C．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸解析：A项中反应不是在水溶液中进行，产物中有气体生成，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A项错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B项错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于碱性氧化物与酸生成盐和水的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C项错误。答案：D3．下列说法正确的是(　　)①二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应②根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强③二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸④二氧化硅常被用来制造光导纤维A．①②　　　B．②③　　　C．③④　　　D．①④解析：①SiO2能与氢氟酸反应，②高温条件下反应并不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强。答案：C4．下列物质：①氢氟酸，②浓H2SO4，③烧碱溶液，④Na2CO3，⑤氧化钙，⑥浓HNO3。其中在一定条件下既能与SiO2反应，又能与CO2反应的有(　　)A．①②⑥B．②③⑥C．③④⑤D．全部解析：CO2、SiO2均可与烧碱溶液、氧化钙反应，表现出酸性氧化物的性质；SiO2可与氢氟酸反应，CO2不与氢氟酸反应；浓H2SO4、浓HNO3与二者都不反应；高温条件下SiO2可与Na2CO3固体反应，通常状况下CO2可与Na2CO3溶液反应。答案：C二、CO2与碱、盐溶液的反应规律1与碱溶液的反应(1)反应原理18\nNaOHNa2CO3NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断x＝溶质成分x≤1∶1NaHCO31∶1<x<2∶1Na2CO3、NaHCO3x＝2∶1Na2CO3x>2∶1NaOH、Na2CO3也可用数轴来表示：2与盐溶液的反应(1)CO2与盐溶液的常见反应碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。如：①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3当CO2过量时，发生反应如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO当CO2过量时，发生反应如下：2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO18\n④CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2过量时)CO2＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量时)(2)注意事项①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H＋就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将H2S通入CuSO4溶液中或向氢硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4(S2－与Cu2＋结合成难溶的CuS)，H2S＋Cl2===S↓＋2HCl(S2－被氧化)。②CO2与溶液反应的产物与CO2的用量无关，都生成NaHCO3，因为酸性H2CO3>>HCO。③CO2与NaClO溶液反应的产物与CO2的量无关，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因为酸性H2CO3>HClO>HCO。④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反应，无沉淀产生。5．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(　　)18\n解析：A项，CO2＋，升温至65℃以上，C6H5OH完全溶解，溶液变澄清；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则有2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。答案：B6．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)(　　)A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3解析：n(CO2)＝＝0.150mol，n(NaOH)＝0.200L×1.00mol·L－1＝0.200mol，＝＝，即1<18\n<2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则，解得所以＝。答案：B7．向含有0.2molNaOH和0.1molBa(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2，当通入气体8.96L(0℃，1.01×105Pa)时立即停止。则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2的体积关系正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)(　　)解析：本题涉及的化学反应：Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O　①2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O　②BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2　③Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3　④当未通入CO2时，溶液中：0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molOH－；当通入2.24LCO2时，发生反应①，此时溶液中：0.2molNa＋、0.2molOH－；当通入4.48LCO2时，发生反应①②，此时溶液中：0.2molNa＋、0.1molCO；当通入6.72LCO2时，发生反应①②④，此时溶液中：0.2molNa＋、0.2molHCO；当通入8.96LCO2时，发生反应①②③④，此时溶液中：0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molHCO。对比图象可知C项正确。答案：C8．将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是(　　)18\nA．Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2OB．ab段与cd段所发生的反应相同C．de段沉淀减少是由于BaCO3固体消失D．bc段反应的离子方程式是2AlO＋3H2O＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO解析：CO2优先与Ba(OH)2反应(图象中Oa段)，然后与KOH反应(图象中ab段)，接着与KAlO2反应(图象中bc段)，再与K2CO3反应(图象中cd段)，最后与BaCO3反应(图象中de段)。答案：B9．向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体后，在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量，并将溶液加热，产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图(忽略CO2的溶解和HCl的挥发)：则下列分析都正确的组合是(不考虑水解)(　　)溶液组成主要成分对应现象溶液中离子浓度关系ANa2CO3、NaHCO3Ⅰc(Na＋)＝c(HCO)BNaHCO3、Na2CO3Ⅱc(CO)＝c(HCO)CNaOH、Na2CO3Ⅲc(OH－)>c(CO)DNa2CO3Ⅳc(Na＋)＝c(CO)＋c(HCO)＋c(H2CO3)解析：向NaOH溶液中通入CO2时，所得溶液中的溶质可能有：①只有Na2CO3，②只有NaHCO3，③Na2CO3与NaHCO3，④Na2CO3与NaOH。而NaOH、Na2CO3、NaHCO3分别与HCl反应的方程式为：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3和NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O，设未产生气体时消耗盐酸的体积为V1，产生CO2气体时消耗盐酸的体积为V218\n，由图Ⅰ可知，开始就有CO2生成，故溶质应为NaHCO3，c(Na＋)＝c(HCO)，A错；由图Ⅱ知，开始无CO2生成，且V2＝2V1，可知溶质为Na2CO3和NaHCO3，且c(CO)＝c(HCO)，B正确；由图Ⅲ可知，V1＝V2，所以溶质只有Na2CO3，且c(CO)>c(OH－)，C错；由图Ⅳ可知，V1＝2V2，所以溶质为NaOH、Na2CO3，且c(OH－)＝c(CO)，D错。答案：B18