2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：第四章非金属及其重要化合物第1节　无机非金属材料的主角——硅


第1节　无机非金属材料的主角——硅
【考纲要求】
了解碳、硅元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。　 了解碳、硅元素单质及其重要化合物对环境的影响。　 以上各部分知识的综合应用。
考点一　碳、硅单质的重要性质及应用

1．碳、硅的存在形态、物理性质和用途

碳
硅
存在形态
游离态和化合态
化合态
物理性质
金刚石：熔点高、硬度大
石墨：硬度小、电的良导体
灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性
用途
金刚石用于制造切割刀具；石墨用于制造电极、铅笔芯
半导体材料和合金材料
2.碳、硅单质的化学性质
(1)碳单质的化学性质——还原性
①与O2的反应(用化学方程式表示)
O2不足：2C＋O22CO；
O2充足：C＋O2CO2。
②与其他物质的反应(用化学方程式表示)
a．与CuO反应：C＋2CuO2Cu＋CO2↑(可用于金属的冶炼)；
b．与CO2反应：C＋CO22CO；
c．与水蒸气反应：C＋H2O(g)CO＋H2(制水煤气)；
d．与浓硫酸反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。
(2)硅单质的化学性质——还原性
①与氢氟酸反应(用化学方程式表示，下同)：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；
③与O2反应：Si＋O2SiO2。
3．硅的制备
(1)原料：二氧化硅、焦炭。
(2)原理：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑。
(3)提纯：Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。

1．硅在自然界中只以化合态的形式存在(　　)
2．高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅(　　)
3．单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料(　　)
4．晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料(　　)
5．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应(　　)
答案：1.√　2.√　3.√　4.×　5.×

题组一　考查碳、硅单质的重要性质及应用
1．下列关于硅单质及其用途的说法不正确的是(　　)
A．硅和碳的单质都具有同素异形体
B．硅的晶体结构类似于金刚石，熔点高，硬度大
C．硅属于金属，所以是良好的半导体材料
D．硅可用作光电转换材料
解析：选C。硅属于非金属，C不正确。
2．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是(　　)
A．其氧化物都能与NaOH溶液反应
B．其单质在加热时都能跟O2反应
C．碳和硅都可以和浓H2SO4反应
D．碳和硅两种元素共有两种单质
解析：选B。CO不溶于水，也不能与NaOH溶液反应；碳可以和浓H2SO4在加热条件下反应，而硅不和浓H2SO4反应；碳有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素共有多种单质。
题组二　考查晶体硅的制备
3．从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
②Si(粗)＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
关于上述反应的叙述不正确的是(　　)
A．①③是置换反应，②是化合反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅
解析：选D。在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g(1 mol)硅，均转移4 mol电子，C正确；题中的三个反应是在三个不同反应器中发生，D错误。
4．制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：

(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：_______________________________。
(2)整个制备过程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：_________________________________________；
H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_________________________。
解析：(1)H2还原SiHCl3得到Si和HCl。(2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，依据原子守恒，判断另一物质是H2。因H2还原SiHCl3的反应条件是高温(1 357 K)，若混入O2，则H2与O2混合加热可能发生爆炸，同时，O2也可能氧化SiHCl3。
答案：(1)SiHCl3＋H2Si＋3HCl　(2)SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑　氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3

制备纯硅实验题中常常涉及到的九方程式
(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：
SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2
(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：
Si(粗)＋2Cl2SiCl4
(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：
SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl
(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：
SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
(6)SiO2与Mg 在高温下反应：
SiO2＋2Mg2MgO＋Si
(7)SiHCl3与水发生反应：
SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑
(8)SiCl4与水发生反应：
SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl
(9)SiH4在空气中易自燃：
SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O　
考点二　二氧化硅和二氧化碳


二氧化硅
二氧化碳
结构
立体网状结构，不存在单个分子
存在单个CO2分子
物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化
学
性
质
与水反应
不反应
CO2＋H2OH2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱(NaOH)
反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；
CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或
Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3
与碱性氧
化物反应
如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3
如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐

1．因SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维(　　)
2．SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器(　　)
3．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应(　　)
4．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料(　　)
5．NaOH溶液应贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中(　　)
答案：1.×　2.×　3.√　4.√　5.√

题组一　考查二氧化硅的性质及重要应用
1．下列物质：①氢氟酸；②浓H2SO4；③烧碱溶液；④Na2CO3 固体；⑤氧化钙；⑥浓HNO3。其中在一定条件下能与SiO2反应的有(　　)
A．①②⑥　　 B．②③⑥
C．①③④⑤ D．全部
解析：选C。SiO2可与烧碱溶液、氧化钙反应，表现出酸性氧化物的性质；SiO2可以与氢氟酸反应；在制玻璃过程中SiO2与Na2CO3固体反应；SiO2不能与浓硫酸和浓硝酸反应。
2．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　)
A．二氧化硅可以和浓盐酸反应
B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的强
D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐
解析：选B。二氧化硅不与浓盐酸反应；硅酸的酸性比碳酸的弱；沙子的主要成分也是二氧化硅。
题组二　考查SiO2和CO2的性质比较
3．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是(　　)
A．CO2、SiO2都能与强碱溶液反应
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：选A。SiO2、CO2都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应，A正确、C错误；CO2可溶于水生成H2CO3，SiO2却不能溶于水生成H2SiO3，B错误；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。
4．下列叙述正确的是(　　)
A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B．因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物
解析：选C。CO2的熔、沸点低，可溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体，脱离反应体系，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3弱，B错；SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。

硅及其氧化物的特性
物质
一般规律
硅及其氧化物的特性
Si
硅的还原性比碳强
SiO2＋2CSi＋2CO↑
非金属单质与强碱反应一般不生成氢气
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
非金属单质一般不与非氧化性酸反应
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
一般非金属单质为绝缘体
硅为半导体
SiO2
酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸
SiO2不溶于水，也不与水反应
酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，碳酸酸性大于硅酸
Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
考点三　CO2与盐或碱溶液反应产物的判断

1．CO2与盐溶液反应产物或现象的判断(一般从强酸制弱酸的角度分析)
(1)碳酸比硅酸、次氯酸、Al(OH)3(偏铝酸)的酸性强，能用CO2制取上述弱酸：
CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
(或CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3)；
CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO；
CO2(过量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，
CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3。
(2)
2．CO2与碱反应产物的判断
(1)CO2与单一组分反应(如CO2通入NaOH溶液)产物的分析
①反应原理：NaOHNa2CO3NaHCO3
②反应后溶质成分的判断
x＝
溶质成分
x≤1∶1
NaHCO3
1∶1＜x＜2∶1
Na2CO3、NaHCO3
x＝2∶1
Na2CO3
x＞2∶1
NaOH、Na2CO3
③用数轴来表示

(2)CO2与多组分[如CO2通入NaOH、Ca(OH)2的混合溶液]反应的顺序是
①Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O；
②2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O；
③Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3；
④CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2。

1．向Na2SiO3溶液中通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失(　　)
2．向Ca(ClO)2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失(　　)
3．向CaCl2溶液中通入CO2，无明显现象，若先通入NH3再通CO2，溶液会变浑浊(　　)
4．向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有晶体析出(　　)
5．向NaAlO2溶液中通入CO2气体，一开始有白色沉淀生成，CO2过量，沉淀溶解(　　)
6．向饱和NaCl的氨溶液中通入过量CO2气体，有晶体析出(　　)
答案：1.×　2.√　3.√　4.√　5.×　6.√

1．将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(　　)

解析：选D。CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。
2．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(　　)

A．Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O
B．ab段与cd段所发生的反应相同
C．de段沉淀减少是由于BaCO3固体的消失
D．bc段反应的离子方程式是2AlO＋3H2O＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO
解析：选B。CO2优先与Ba(OH)2反应(图像中Oa段)，然后与KOH反应(图像中ab段)，接着与KAlO2反应(图像中bc段)，再与K2CO3反应(图像中cd段)，最后与BaCO3反应(图像中de段)。
3．向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，请回答下列问题：
(1)由于CO2通入量不同，所得到的白色固体的量及组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。
(2)若通入CO2气体2.24 L(标准状况)，得到11.9 g白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量分别为多少？KOH的物质的量浓度为多少？
解析：(1)可能发生的反应有
CO2不足时，CO2＋2KOH===K2CO3＋H2O　①
CO2过量时，CO2＋KOH===KHCO3　②
其中分别为、1。所以可确定、1为临界点。
画数轴：
根据数轴、列表得出结果。
(2)根据题意：n(CO2)＝＝0.1 mol，若生成的固体全部为K2CO3，则其质量为0.1 mol×138 g·mol－1＝13.8 g，若生成的固体全部为KHCO3，则其质量为0.1 mol×100 g·mol－1＝10 g。现固体质量为11.9 g。所以，此固体为K2CO3和KHCO3的混合物。设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为a mol 、b mol，则：，
解得a＝b＝0.05，所以，白色固体中m(K2CO3)＝0.05 mol×138 g·mol－1＝6.9 g，
m(KHCO3)＝0.05 mol×100 g·mol－1＝5 g，
反应中消耗n(KOH)＝2a mol＋b mol＝0.15 mol。
故c(KOH)＝＝0.5 mol·L－1。
答案：(1)

固体组成
0＜＜
KOH、K2CO3
＝
K2CO3
＜＜1
K2CO3和KHCO3
≥1
KHCO3
(2)该白色固体为K2CO3和KHCO3的混合物，质量分别为K2CO3 6.9 g和KHCO3 5 g，c(KOH)＝0.5 mol·L－1。
考点四　硅酸和硅酸盐

1．硅酸
(1)弱酸性：H2SiO3难溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色，能与强碱(如NaOH)反应，反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
(2)不稳定性：H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为H2SiO3SiO2＋H2O。
(3)硅酸的制备及硅胶
①制备原理：可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应，化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。
②硅胶：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后即得硅胶，常用作干燥剂和催化剂的载体。
2．硅酸盐
(1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。
(2)硅酸盐组成的表示方法
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
(3)硅酸钠
①物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
②化学性质：与酸性较硅酸强的酸反应
a．与盐酸反应的化学方程式：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
b．与少量CO2水溶液反应的化学方程式：
Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
3．无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料：如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
(2)新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。

1．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料(　　)
2．水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱(　　)
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(　　)
4．瓷坩埚可用于加热熔化烧碱或纯碱(　　)
5．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点(　　)
6．普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品(　　)
答案：1.×　2.×　3.√　4.×　5.√　6.×

题组一　考查硅酸、硅酸盐的组成和性质
1．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是(　　)
A．这是一种矿物胶，既不燃烧也不易受腐蚀
B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
解析：选D。水玻璃是一种矿物胶，可作黏合剂、耐酸水泥掺料，木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧，水玻璃的化学性质稳定，但在空气中易与二氧化碳反应生成硅酸。
2．月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层5 cm厚的沙土所含铁单质就有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、斜长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4](逗号表示两种元素各占一部分)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矿
B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2
C．橄榄石中铁为＋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
解析：选D。由辉石、斜长石和橄榄石的组成可知其均属于硅酸盐矿，A正确；斜长石(KAlSi3O8)可以写成氧化物形式，B正确；橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]中Mg元素化合价为＋2价，铁也应为＋2价，C正确；月球上铁的活动性和地球上铁的活动性是一样的，月球上有游离态铁是因为月球上没有氧气，D错误。
题组二　考查无机非金属材料
3．下列关于材料的叙述中正确的是(　　)
A．氮化硅陶瓷耐高温，可用来制造汽车发动机
B．钢化玻璃属于新型无机非金属材料
C．水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料都不溶于水，所以所有的硅酸盐都不溶于水
D．新型陶瓷材料种类很多，但是都属于硅酸盐
解析：选A。钢化玻璃是把普通玻璃高温软化，迅速降温获得的机械强度增大的玻璃，成分还是硅酸盐，属于传统的无机非金属材料，所以B错误；大多数硅酸盐都难溶于水，但是Na2SiO3是可溶的，所以C错误；新型陶瓷中的压电陶瓷就不属于硅酸盐，所以D错误。
4．下列有关玻璃的说法不正确的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口黏在一起
解析：选B。玻璃是混合物，没有固定的熔、沸点，B错误；玻璃中的SiO2与烧碱反应生成易溶于水的硅酸钠，硅酸钠是无机黏合剂，会将玻璃塞与瓶口黏在一起而不易打开，D正确。

1．下列关于硅及其化合物的描述中正确的是(　　)
A．(2017·高考江苏卷)SiO2硬度大，可用于制造光导纤维
B．(2017·高考江苏卷)在给定条件下，下列物质间转化可实现：CaCO3CaOCaSiO3
C．(2017·高考天津卷)硅太阳能电池工作时，光能转化成电能，该过程与氧化还原反应有关
D．(2016·高考江苏卷)在给定条件下，下列物质间转化可实现：SiO2SiCl4Si
解析：选B。SiO2可用于制造光导纤维的原因是其导光性能好，与硬度无对应关系，A项错误；CaCO3高温分解生成CaO，CaO与SiO2在高温时反应生成CaSiO3，B项正确；硅太阳能电池工作时，利用半导体的光电效应，将光能转化为电能，与氧化还原反应无关，C错误；SiO2不能与盐酸反应，D错误。
2．(2011·高考山东卷)某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素(　　)
A．在自然界中只以化合态的形式存在
B．单质常用作半导体材料和光导纤维
C．最高价氧化物不与酸反应
D．气态氢化物比甲烷稳定
解析：选A。该短周期非金属元素为硅，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性：Si 3．(2015·高考海南卷)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：

(1)能与X发生化学反应的酸是______________________；由X制备Mg2Z的化学方程式为___________________________________________________________________。
(2)由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为______________________________，Y分子的电子式为________。
解析：Z为半导体单质，则Z是Si；Si的氧化物为SiO2(X)，可与氢氟酸反应。根据反应流程图可知，SiO2与Mg在加热条件下反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。
答案：(1)氢氟酸　SiO2＋4Mg2MgO＋Mg2Si
(2)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑　
4．(2015·高考北京卷)研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。
(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO占95%。写出CO2溶于水产生HCO的方程式：______________________________________________________。
(2)在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式：____________________________________________。
②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：
______＋______(CH2O)x＋x18O2＋xH2O
解析：(1)CO2溶于水生成H2CO3、H2CO3电离生成HCO，其方程式分别为CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCO。
(2)根据图示可写出钙化作用的离子方程式：Ca2＋＋2HCO===CaCO3↓＋H2O＋CO2↑。
同位素示踪法证实光合作用的化学方程式为xCO2＋2xH218O(CH2O)x＋x18O2＋xH2O。
答案：(1)CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCO
(2)①2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
②xCO2　2xH218O

一、选择题
1．硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是(　　)

解析：选C。玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分是SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池板。
2．下列关于碳、硅的叙述正确的是(　　)
A．碳、硅都是ⅣA族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在
B．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似
C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐
D．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料
解析：选C。自然界中含有单质碳(如金刚石、石墨)，A错误；二氧化碳、二氧化硅的物理性质(如熔、沸点)差别很大，B错误；高纯度的晶体硅用于制造半导体材料，D错误。
3．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
解析：选A。石英主要用于生产玻璃，也可用于制造光导纤维，晶体硅才用于制作集成电路板。
4．下列离子方程式的书写正确的是(　　)
A．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3↓
B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO
C．硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑
D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
解析：选D。A项，Na2SiO3是强电解质，应拆分成Na＋、SiO，且应生成HCO；B项，正确写法是CO2＋OH－===HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。
5．下列叙述正确的是(　　)
A．红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰的主要成分都是硅酸盐
B．硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃，可用于制备硅胶和木材防火剂
C．制造玻璃是复杂的物理过程，玻璃的组成不同，性能不同
D．金刚石是自然界中硬度最大的物质，不可能与氧气发生反应
解析：选B。红宝石的主要成分为Al2O3，珍珠的主要成分为CaCO3，水晶的主要成分为SiO2，钻石为碳单质，A选项错误；制造玻璃包含复杂的物理变化和化学变化，C选项错误；金刚石是碳单质，具有碳单质的化学性质，D选项错误。
6．寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是(　　)
A．寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触
B．寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物
C．潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质
D．久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质
解析：选C。根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A正确；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B正确；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，在潮湿的空气中不会溶解变质，C错误；久置于干燥空气中，会失去其中的结晶水变质，D正确。
7．下列除杂方法正确的是(　　)
A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去
B．CO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管并加热
C．CO2中含有HCl杂质，可以通入盛有Na2CO3溶液的洗气瓶
D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤除去
解析：选B。A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通入盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶；D项，引入了NaHCO3杂质。
8．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(SiO2：65%～70%、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完全相同
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
解析：选A。A项，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，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，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，错误；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。
9．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：

容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。下列说法正确的是(　　)
A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B．最好用分液的方法分离Si和SiHCl3
C．反应①和②中HCl均作氧化剂
D．反应①和②互为可逆反应
解析：选A。该工艺流程中HCl和H2可循环使用；分离Si与SiHCl3可用过滤的方法；反应②中HCl是生成物，是氧化产物；反应①、②不在同一条件下进行，不是可逆反应。
10．浓度相同的NaOH溶液各100 mL倒入A、B、C三个烧杯中，分别向三份溶液中通入不等量的CO2，充分反应后，再向三份所得溶液中逐滴加入0.2 mol·L－1的盐酸，产生CO2的体积与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列判断不正确的是(　　)

A．原NaOH溶液的浓度为0.2 mol·L－1
B．B烧杯中通入的CO2体积为448 mL(标准状况)
C．通入CO2后，A烧杯中的溶质为Na2CO3和NaHCO3
D．通入CO2后，C烧杯中溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1
解析：选B。CO2通入NaOH溶液，可能发生反应2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O或NaOH＋CO2===NaHCO3，由图示可知，滴加盐酸时均不直接产生CO2气体，且最终完全反应消耗的盐酸均为100 mL生成NaCl，由原子守恒得n(Na＋)＝n(Cl－)，即n(NaOH)＝n(HCl)，故c(NaOH)＝＝＝0.2 mol·L－1，A正确；B烧杯中从开始加入盐酸到开始产生气体与从开始产生气体到气体完全放出需盐酸相同，即通入CO2后生成的溶液为Na2CO3溶液，据2NaOH～CO2可知n(CO2)＝＝0.01 mol，标准状况下V(CO2)＝224 mL，B错误；A烧杯中未产生气体消耗的盐酸小于气体完全生成消耗的盐酸，故溶质为Na2CO3和NaHCO3，C正确；C烧杯中通入CO2未产生气体消耗的盐酸大于气体完全放出消耗的盐酸，故溶液溶质为Na2CO3和NaOH，n(Na2CO3)＝n(NaHCO3)＝(100－75)×10－3×0.2 mol＝5×10－3 mol，故n(NaOH)＝(50－0)×10－3×0.2 mol＝1×10－2 mol，即n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1，D正确。
二、非选择题
11．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________。
A．陶瓷　　 B．玻璃
C．水泥 D．生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为__________，工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作______________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
(4)工业上常用2C＋SiO2Si＋2CO↑制备粗硅，该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________。
解析：(1)生石灰(CaO)不含Si元素，不属于硅酸盐。(2)SiO2与HF反应，所以通常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)含有SiO2的坩埚可与Na2CO3反应，Al2O3也可与Na2CO3反应。
答案：(1)D　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氢氟酸　(3)防火剂　D　(4)C　SiO2
12．分别取等物质的量浓度的氢氧化钠溶液各100 mL，再通入一定量的CO2，随后分别各取20 mL溶液，向其中逐滴滴入0.2 mol/L的盐酸，在标准状况下产生CO2的体积(y轴)与所加入盐酸的体积(x轴)的关系如下图(分A、B两种情况)：

(1)在A情况下，溶质是________________(填化学式)，其物质的量之比为__________。在B情况下，溶质是________(填化学式)，其物质的量之比为________。
(2)原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为__________________________。
解析：(1)CO2通入NaOH溶液中进行反应时，据CO2量与NaOH量的相对多少，有两个阶段：①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，此时溶质可能为NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(刚好反应)；②Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，此时溶质可能为Na2CO3和NaHCO3或只有 NaHCO3。据图分析：B情况最终生成的CO2(其实就是最初通入的与NaOH溶液反应的CO2)是A情况的2倍。
(2)当加入150 mL盐酸时，恰好完全反应，此时溶液中溶质为NaCl。据元素守恒有n(NaOH)＝n(Na＋)＝n(Cl－)＝0.2 mol/L×0.15 L＝0.03 mol，所以原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为0.03 mol/0.02 L＝1.5 mol/L。
答案：(1)NaOH、Na2CO3　1∶1
Na2CO3、NaHCO3　1∶1
(2)1.5 mol/L
13．综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。
(1)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是________(填字母)。
A．可在碱性氧化物中寻找
B．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
C．可在具有强氧化性的物质中寻找
(2)Li4SiO4可用于吸收、释放CO2，原理是在500 ℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700 ℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，写出CO2与Li4SiO4反应的化学方程式：_______________________________________________________________。
(3)如图所示，利用缺铁氧化物(如Fe0.9O)可实现CO2的综合利用、构建低碳环保社会。

①过程Ⅰ反应中二氧化碳作________(填“氧化”或“还原”)剂，每生成3 mol的Fe3O4可转化CO2的体积为________(标准状况)。
②请说明该转化的优点：_________________________________________________。
解析：(1)A项，Li2O、Na2O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在碱性氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故A正确；B项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，锂与钠、镁为ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故B正确；C项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原反应无关，故C错误。(2)在500 ℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3，所以化学方程式为CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3。(3)根据图示可知，Fe0.9O可以将CO2转化为Fe3O4和C，过程Ⅰ反应的化学方程式为Fe0.9O＋CO2===Fe3O4＋C，可知生成3 mol的Fe3O4消耗1 mol CO2，而Fe3O4又在太阳能高温作用下分解为Fe0.9O和氧气，可实现铁的氧化物的循环利用。
答案：(1)AB　(2)CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3　(3)①氧化　22.4 L　②将CO2转化为C和O2；利用了太阳能；Fe3O4可循环使用
14．硅是人类文明发展的重要元素之一，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)工业生产粗硅的反应有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的质量之比为________。
(2)工业上可以通过如下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__________ 。
解析：(1)将两方程式叠加，可知C和SiO2的物质的量之比为5∶2，因此质量比为(5×12)∶(2×60)＝1∶2。
(2)①由流程图可知反应Ⅱ是SiHCl3和H2反应生成纯硅和HCl，因此化学方程式为SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。
②由题中条件可知：
Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2
1 mol　 3 mol　　　　　　1 mol
SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl
1 mol　 1 mol　　 　　　 　3 mol
由以上数据可知循环生产中只能产生3 mol HCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加(－3) mol HCl，循环生产中只产生1 mol H2，但H2的利用率为93.75%，因此需增加(－1) mol H2，所以补充投入HCl和H2的物质的量之比为(－3)∶(－1)＝5∶1。
答案：(1)1∶2
(2)①SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl
②5∶1