2018届高考一轮复习人教版非金属及其化合物碳、硅及无机非金属材料学案(11) 19页

第一讲　碳、硅及无机非金属材料 ‎[2017高考导航]‎ 考纲要求 真题统计 命题趋势 ‎1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。‎ ‎2．了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。‎ ‎3．以新材料、新技术为背景考查碳、硅元素及其重要化合物的性质及应用。‎ ‎2015，卷Ⅰ 26T；‎ ‎2015，卷Ⅱ 7T(A)、13T(D)；‎ ‎2014，卷Ⅱ 7T(AD)、9T(B)、10T(C)‎ ‎　　高考对本部分的考查主要以碳、硅单质及其重要化合物的性质、应用为主，题型延续选择题或非选择题的形式，中等难度。预计2017年高考将以碳族元素新型材料为主线考查相关知识，也可能以实验设计为中心来命题，复习备考时注重Si、SiO2的用途。‎ 考点一　碳、硅单质及其重要化合物的性质[学生用书P78]‎ 一、碳、硅的单质 ‎1．存在：自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。‎ ‎2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较 碳 硅 结构 金刚石：空间网状结构；石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构 物理性质 金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高 用途 金刚石用作切割刀具；石墨用作电极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池 ‎3.碳、硅单质的化学性质 碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。‎ 碳 硅 二、碳、硅的氧化物 ‎1．CO的性质 ‎(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水。能使人中毒的原因是与人体中血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。‎ ‎(2)化学性质 ‎①可燃性：2CO＋O22CO2。‎ ‎②还原性：CO还原Fe2O3的反应为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。‎ ‎2．二氧化碳与二氧化硅的比较 ‎(1)物理性质 ‎①熔沸点：CO2的熔沸点比SiO2的熔沸点低。‎ ‎②溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。‎ ‎(2)化学性质 物质 二氧化碳 二氧化硅 化学性质 与水反应 CO2＋H2O H2CO3‎ 不反应 与酸反应 不反应 氢氟酸用于刻蚀玻璃：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 与碱反应 ‎(如NaOH)‎ CO2＋2NaOH===‎ Na2CO3＋H2O或CO2‎ ‎＋NaOH===NaHCO3‎ SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞)‎ 与盐反应 ‎(如Na2CO3)‎ CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3‎ SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑‎ 与碱性氧 化物反应 与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3‎ 与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3　‎ 与碳反应 C＋CO22CO ‎2C‎＋SiO2Si＋2CO↑‎ ‎(3)主要用途 CO2：化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂，人工降雨。‎ SiO2：制光学仪器、石英玻璃。水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。‎ 三、硅酸和硅酸钠 ‎1．硅酸 硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。‎ ‎(1)硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3△,SiO2＋H2O。‎ ‎(2)硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。‎ ‎(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。‎ ‎2．硅酸钠(Na2SiO3)‎ ‎(1)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃(或泡花碱)，有黏性，水溶液显碱性。‎ ‎(2)它能与酸性较硅酸强的酸反应，Na2SiO3溶液与下列两种物质反应的化学方程式分别为 与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。‎ 与CO2(少量)反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。‎ ‎(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)(2015·高考安徽卷)SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。(　　)‎ ‎(2)SiO2可由两种单质直接反应生成，将其加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生。(　　)‎ ‎(3)硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体。(　　)‎ ‎(4)硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。(　　)‎ ‎(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。(　　)‎ ‎(6)加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应。(　　)‎ ‎(7)碳的几种同素异形体性质不同的原因主要是由于其结构不同。(　　)‎ ‎(8)工业上制取粗硅的反应是SiO2＋CSi＋CO2↑。(　　)‎ 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√‎ ‎(7)√　(8)×‎ ‎2．用短线连接碳、硅单质的物理性质和用途 答案：(1)—③　(2)—①　(3)—⑤　(4)—②　(5)—④‎ ‎3．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入横线上。‎ ‎(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O__________。‎ ‎(2)SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑__________。‎ ‎(3)SiO2＋‎2C高温,Si＋2CO↑__________。‎ ‎(4)SiO2＋‎3C高温,SiC＋2CO↑__________。‎ ‎(5)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O__________。‎ A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀 B．具有氧化性 C．酸性氧化物的通性 D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来 E．氧化还原反应中既不作氧化剂，也不作还原剂 答案：(1)C　(2)D　(3)B　(4)E　(5)A 名师点拨 ‎(1)Si的还原性强于C，但C在高温下能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：‎2C＋SiO2Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，离开反应体系，促使反应向正反应方向进行。‎ (2)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟碱液作用放出H2，如Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。‎ (3)CO2是温室气体，但CO2不是污染性气体。‎ (4)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，SiO2虽然是H2SiO3的酸酐，但它不与水反应，不能直接与水作用制备H2SiO3。‎ ‎　(2016·最新改编题)将一定量的CO2气体缓慢通入400 mL 0.5 mol·L－1KOH溶液中，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到‎16.9 g白色固体，请通过计算确定此白色固体的组成，其质量分别为多少？通入CO2气体的体积在标准状况下是多少升？‎ ‎[解析]　根据题意：400 mL 0.5 mol·L－1KOH溶液含KOH的物质的量为0.20 mol，若生成的固体全部为K2CO3，则其质量为0.10 mol×‎138 g·mol－1＝‎13.8 g，若生成的固体全部为KHCO3，则其质量为0.2 mol×‎100 g·mol－1＝‎20 g。现固体质量为‎16.9 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，则有： 解得：a＝0.05，b＝0.10 ，所以，白色固体中m(K2CO3)＝0.05 mol×‎138 g·mol－1＝‎6.9 g；m(KHCO3)＝0.1 mol×‎100 g·mol－1＝‎10 g，反应中消耗n(CO2)＝a mol＋b mol＝0.15 mol。故V(CO2)＝0.15 mol×‎22.4 L ·mol－1＝‎3.36 L。‎ ‎[答案]　白色固体为K2CO3和KHCO3的混合物。质量分别为K2CO3 ‎6.9 g和KHCO3 ‎10 g。通入CO2气体的体积在标准状况下为‎3.36 L。(计算过程见解析)‎ 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(CO)与c(HCO) 的比值为(不考虑CO、HCO的水解)(　　)‎ A．1∶1　　　　　　　　　　　 B．1∶2‎ C．2∶1 D．1∶3‎ 解析：选B。n(CO2)＝＝0.15 mol，‎ n(NaOH)＝‎0.2 L×1.00 mol·L－1＝0.2 mol，‎ 由于1<<2，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。‎ 设n(Na2CO3)＝x，n(NaHCO3)＝y 则有 解得x＝0.05 mol，y＝0.1 mol。‎ CO2与碱反应产物的定量判断 CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。‎ 以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为 ‎①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；‎ ‎②CO2＋NaOH===NaHCO3。‎ 当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：‎ ‎ ‎ 题组一　碳、硅单质及其重要化合物的性质 ‎1．(2016·湖北八市联考)下列与化学有关的表述正确的是(　　)‎ A．硅燃烧放出的热量多，污染小，便于运输、贮存，可作为一种新型能源 B．光导纤维可用作通信材料是因为其具有导电性 C．高纯度的单晶硅用于制造登月车的光电池和光导纤维 D．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 解析：选A。硅为固体燃料，燃烧生成二氧化硅固体，其污染容易得到有效控制，硅的化学性质不活泼，运输、贮存比较容易，A正确；光导纤维的主要成分是二氧化硅，是光通信的传输材料，在玻璃纤维中传导的不是电信号，而是光信号，故称其为光导纤维，B错误；高纯度的单晶硅用于制造登月车的光电池，但是制造光导纤维的材料是二氧化硅，C错误；水晶项链是二氧化硅制品，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品，D错误。‎ ‎2．(2016·厦门十中月考)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下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，…，关闭活塞a。‎ 请回答：‎ ‎(1)B中反应的离子方程式是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)通过步骤Ⅰ、Ⅱ得知盐酸具有的性质是__________(填字母)。‎ A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性 ‎(3)C装置的作用是________，X是________(写化学式)。‎ ‎(4)为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是_______________________，‎ D中反应的化学方程式是____________________________________。‎ ‎(5)碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是_________________(从原子结构角度加以解释)。‎ 解析：B中CaCO3与盐酸反应的离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O，此反应表明盐酸具有酸性，A中看到的白色沉淀是AgCl沉淀，此现象表明盐酸具有挥发性。C装置是用饱和NaHCO3溶液除去CO2中混有的HCl气体，以保证与Na2SiO3溶液反应生成白色胶状沉淀的是CO2，此反应的化学方程式为CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3(也可生成NaHCO3)，从而说明碳酸的酸性强于硅酸，进而证明碳的非金属性强于硅。‎ 答案：(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O ‎(2)AD　(3)除HCl气体　NaHCO3‎ ‎(4)打开弹簧夹2，关闭弹簧夹1，当D中出现白色胶状沉淀后　Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3(答案合理即可)‎ ‎(5)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 题组二　SiO2和CO2的性质 ‎3．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：选C。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。‎ ‎4．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＋2OH－===CO＋H2O，Ca2＋＋CO===CaCO3↓，故开始有沉淀生成。当Ca2＋全部变成CaCO3沉淀后，CO2与OH－反应生成CO，CO2再与CO反应生成HCO，沉淀无变化，最后CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，沉淀溶解。‎ ‎(1) SiO2既能与酸(氢氟酸)反应又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物。它属于酸性氧化物。‎ ‎(2)验证碳和硅非金属性强弱应是比较其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱。‎ ‎(3)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si却能与HF反应。‎ ‎(4)当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。‎ 例如：将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3，故假设错误，所以应该是CO2先与Ba(OH)2反应。 ‎ 考点二　硅酸盐及无机非金属材料[学生用书P81]‎ ‎1．硅酸盐 ‎(1)由硅、氧和金属元素组成化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。‎ ‎(2)硅酸钠：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。‎ ‎(3)硅酸盐组成的表示 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，钾长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。‎ ‎2．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。‎ ‎①常见硅酸盐材料比较 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 ‎②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2高温,CaSiO3＋CO2↑。‎ ‎(2)新型无机非金属材料 如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。(　　)‎ ‎(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。(　　)‎ ‎(3)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。(　　)‎ ‎(4)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料。(　　)‎ ‎(5)新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点。(　　)‎ ‎(6)高温结构陶瓷材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点。(　　)‎ ‎(7)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐。(　　)‎ 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√　(7)×‎ ‎2．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”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石灰石和黏土 B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点 ‎ C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 ‎ 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生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起 解析：选A。制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱和石英，A项不正确；普通玻璃是混合物，没有固定的熔点，B、C、D项正确。‎ 名师点拨 (1)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而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。‎ (2)不要混淆常见含硅物质的类别 ‎①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。‎ ‎②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。‎ ‎③光导纤维的主要成分是SiO2，也不属于硅酸盐材料。‎ ‎④传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃主要成分是硅酸盐。‎ ‎　(2016·天津高三模拟)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：‎ ‎①高温下用炭还原二氧化硅制得粗硅；‎ ‎②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCl‎300 ℃‎,SiHCl3＋H2；‎ ‎③SiHCl3与过量H2在1 000～1 ‎100 ℃‎反应制得纯硅。‎ 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)第①步制备粗硅的化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点‎33.0 ℃‎)中含有少量SiCl4(沸点‎57.6 ℃‎)和HCl(沸点－‎84.7 ℃‎)，提纯SiHCl3采用的方法为________________________________________________________________________。‎ ‎(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去): ‎ ‎①装置B中的试剂是________________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________________________________________________________________。‎ ‎②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是________________________，装置D中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填写字母代号)。‎ a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液 e．Na2SO3溶液 ‎[解析]　高纯硅的制备是以初步冶炼得到的粗硅为原料，在加热条件下与氯化氢气体反应，制成气态化合物 SiHCl3，与杂质分离，然后在高温条件下用氢气还原，重新得到硅和氯化氢气体，这样就去掉杂质，得到高纯硅。(1)工业上制粗硅时，是以SiO2为原料，在高温下用C还原SiO2得到粗硅：SiO2＋‎2C高温,Si＋2CO↑，这样得到的硅含有杂质，可以作为冶炼制取高纯硅的原料。(2)由题给物质沸点的不同，可以考虑用分馏的方法来进行分离。(3)由于SiHCl3遇水强烈反应，所以反应环境必须无水，制得的氢气必须干燥，B中放的是干燥剂(浓硫酸)，常温下，SiHCl3呈液态，为了增大两者的接触面积，可以通过加热的方法使SiHCl3汽化。D装置用石英管而不用普通玻璃管的目的是两者反应需要高温，温度太高，普通玻璃管会软化。SiHCl3在空气中会自燃，必须排尽装置中的空气。铁元素的检验是利用Fe3＋遇KSCN溶液变红色。所以鉴定产品硅中是否含微量铁单质，试样用稀盐酸溶解后，还需要的试剂是氯水和KSCN溶液。‎ ‎[答案]　(1)SiO2＋‎2CSi＋2CO↑　(2)分馏(或蒸馏)‎ ‎(3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ‎②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃管会软化 SiHCl3＋H2Si＋3HCl　③排尽装置中的空气　④bd ‎(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________。‎ ‎(3)Z、X中共价键的类型分别是________________。‎ 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↑　HSH ‎(3)非极性(共价)键、极性(共价)键 实验题中隐含信息的筛选 要重视实验题中的信息条件，如若指明某物质“与水强烈反应”或“在潮湿空气中即水解”等特性，则意味着制取该物质或收集它的前后装置中必须隔绝水蒸气；若题中给出多个物质的沸点，则意味着要用分馏法分离它们；若给出几个离子开始水解和完全水解时的pH，则意味着要通过调节溶液pH来分离它们。‎ ‎ ‎ 题组一　硅酸、硅酸盐 ‎1．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是(　　)‎ A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生 C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料 D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2‎ 答案：D ‎2．随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作，可以获取大量月球物质并进行成分分析，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是(　　)‎ A．辉石、钾长石及橄榄石均属于硅酸盐矿 B．钾长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2‎ C．橄榄石中铁元素为＋2价 D．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气 解析：选B。根据辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]的化学式可知三者均属于硅酸盐矿，A正确；根据元素化合价不变的原则，将钾长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，B不正确；根据化合物中正负化合价代数和为零，橄榄石中铁元素为＋2价，C正确；铁单质与氧气接触易被氧化，月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气，D正确。‎ 题组二　无机非金属材料 ‎3．开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是(　　)‎ ‎①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素　②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品　③陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料　④C60属于原子晶体，用于制造纳米材料　⑤纤维素乙酸酯属于天然高分子材料 A．①②⑤　　　　　　　　　 B．②④‎ C．①③ D．①④‎ 解析：选C。水晶的主要成分是SiO2，而非硅酸盐，②错。C60属于分子晶体，④错。纤维素乙酸酯不是天然高分子材料，⑤错。‎ ‎4．据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是(　　)‎ A．它耐高温抗氧化 B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆 C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料 解析：选B。由题目信息中“连续纤维增韧”可知，该航天服的韧性很好，B错误。‎ (1)无机非金属材料分类 ‎(2)硅酸盐改写成氧化物形式的方法 ‎①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。‎ ‎②氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“·”隔开。‎ ‎③当计量数配置出现分数时应化为整数，如钾长石：‎ KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。‎ ‎ ‎ 考点三　碳、硅及其化合物的相互转化及重要作用[学生用书P82]‎ ‎1．碳及其化合物的转化关系图 写出各部分转化关系的化学方程式或离子方程式：‎ ‎①C＋O2点燃,CO2‎ C＋4HNO3(浓)△,CO2↑＋4NO2↑＋2H2O C＋2H2SO4(浓)△,CO2↑＋2SO2↑＋2H2O ‎②CO2＋2Mg点燃,2MgO＋C ‎③‎2C＋O2点燃,2CO C＋H2O(g)高温,CO＋H2‎ ‎④CO2＋NaOH===NaHCO3‎ CO2＋NaClO＋H2O===NaHCO3＋HClO ‎⑤HCO＋H＋===H2O＋CO2↑‎ Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑‎ Fe3＋＋3HCO===Fe(OH)3↓＋3CO2↑‎ ‎⑥Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3‎ ‎2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2‎ CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ‎⑦Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O ‎⑧CO2＋C高温,2CO ‎⑨2CO＋O2点燃,2CO2‎ CuO＋CO△,Cu＋CO2‎ Fe2O3＋3CO△,2Fe＋3CO2‎ ‎⑩Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O ‎⑪CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O ‎⑫Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3‎ ‎⑬2NaHCO3△,Na2CO3＋CO2↑＋H2O NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O ‎⑭NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋NaOH＋H2O ‎[或2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O]‎ ‎⑮CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2‎ ‎⑯Ca(HCO3)2△,CaCO3↓＋CO2↑＋H2O Ca(HCO3)2＋NaOH===CaCO3↓＋H2O＋NaHCO3‎ ‎[或Ca(HCO3)2＋2NaOH===CaCO3↓＋2H2O＋Na2CO3]‎ ‎2．硅及其化合物的转化关系图 各部分转化关系的化学方程式如下：‎ ‎①Si＋2Cl2△,SiCl4‎ ‎②SiCl4＋2H2△,Si＋4HCl ‎③Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑‎ ‎④Si＋O2点燃,SiO2‎ ‎⑤SiO2＋‎2C高温,Si＋2CO↑‎ ‎⑥SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ‎⑦SiO2＋CaCO3高温,CaSiO3＋CO2↑‎ ‎⑧H2SiO3△,SiO2＋H2O ‎⑨SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ‎⑩SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑‎ ‎⑪Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3‎ ‎⑫H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O ‎⑬Na2SiO3＋CaCl2===CaSiO3↓＋2NaCl ‎1．能实现下列物质间直接转化的元素是(　　)‎ A．硅　　　　　　　　　　 B．氮 C．钠 D．铁 解析：选C。A项SiO2不能和水反应；B项N2和O2第一步只能生成NO，NO不能和水反应；C项正确；D项Fe2O3不能和水反应。‎ ‎2．已知A是带有金属光泽的灰黑色固体单质。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：________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)硅酸钠　硅酸 ‎(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ‎(3)SiO＋H2O＋CO2===CO＋H2SiO3↓‎ 名师点拨 ‎　含硅化合物的特殊性质 ‎(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水反应制备H2SiO3。‎ ‎(2)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。‎ ‎(3)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。‎ ‎(4)因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑也能发生。‎ ‎　(2016·云南部分名校统考)A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)写出各物质的化学式：A________；B________；C________；D________；E________。‎ ‎(2)写出反应①的化学方程式：________________________________________________________________________，‎ 该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。‎ ‎(3)写出反应④的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(4)写出反应⑤的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(5)H2CO3的酸性强于E，请用离子方程式予以证明：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　解答本题的第一个“突破口”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。第二个“突破口”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。从而推知B为CaSiO3，D为Si，E为H2SiO3。‎ ‎[答案]　(1)SiO2　CaSiO3　Na2SiO3　Si　H2SiO3‎ ‎(2)SiO2＋‎2CSi＋2CO↑　1∶2‎ ‎(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑‎ ‎(4)SiO＋Ca2＋===CaSiO3↓‎ ‎(5)SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO 探究由SiO2制取H2SiO3的最佳方案(用流程图表示)。‎ 答案：SiO2Na2SiO3溶液H2SiO3。‎ ‎(1)解答无机推断题的思维模型 ‎(2)解答硅及其化合物的推断题时，高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色沉淀等往往是推断题的“突破口”。‎ ‎ ‎ 题组一　与硅的化合物有关的综合应用 ‎1．二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(如图所示)。下列说法正确的是(　　)‎ A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 C．硅胶吸水后不能重复使用 D．图中所示转化反应都是氧化还原反应 解析：选B。两性氧化物是指与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应生成的SiF4不属于盐类，A项错误；吸水后的硅胶加热失水后可以继续使用，C项错误；图中SiO2与碳酸钠反应、硅酸的生成及硅酸分解等均为非氧化还原反应，D项错误。‎ 题组二　硅的制备实验 ‎2．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～‎500 ℃‎)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。‎ 相关信息如下：‎ a．四氯化硅遇水极易水解；‎ b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；‎ c．有关物质的物理常数见下表：‎ 物质 SiCl4‎ BCl3‎ AlCl3‎ FeCl3‎ PCl5‎ 沸点/℃‎ ‎57.7‎ ‎12.8‎ ‎－‎ ‎315‎ ‎－‎ 熔点/℃‎ ‎－70.0‎ ‎－107.2‎ ‎－‎ ‎－‎ ‎－‎ 升华温度/℃‎ ‎－‎ ‎－‎ ‎180‎ ‎300‎ ‎162‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)写出装置A中发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)装置A中g管的作用是______________；装置C中的试剂是________；装置E中的h瓶需要冷却的理由是____________________________。‎ ‎(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号)。‎ 解析：依题中信息可知A为制备Cl2的发生装置，B、C为Cl2的净化装置，D中发生反应2Cl2＋Si△,SiCl4，生成的SiCl4用E收集，B中为饱和食盐水将氯化氢气体除去，C中应为浓H2SO4除水蒸气，由表中数据可知SiCl4沸点较低，用冷却液冷却可得到液态SiCl4；由题中信息“粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)”，即可轻松完成第(3)问。‎ 答案：(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－△,Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O ‎(2)平衡压强　浓硫酸　使SiCl4冷凝 ‎(3)Al、P、Cl ‎3．在工业中利用镁制取硅：2Mg＋SiO2△,2MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋Si△,Mg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易自燃的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：‎ ‎(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________________________________________________________________________‎ ‎(填序号)。‎ a．石灰石　　　　b．锌粒　　　　c．纯碱 ‎(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是________________________________________________________________________，‎ 当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而可用H2，那么试管中应选用的固体药品为锌粒；(2)实验开始时应先通入氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响，然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行；(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，生成的SiH4可自燃：SiH4＋2O2===SiO2↓＋2H2O，所以会观察到闪亮的火星。‎ 答案：(1)b ‎(2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行 ‎(3)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑、SiH4＋2O2===SiO2↓＋2H2O 有关硅及其化合物的制备，是近几年高考实验题的常规出题点。随着当今社会对能源需求的不断增多，与新能源有关的多晶硅会再次成为今后命题的热点。而高考命题者却把这一知识点迁移到高纯硅制备的工艺流程、制备过程中，往往涉及氯气的制备、气体的净化及物质的分离提纯等操作，解决好此类问题，应注意以下两点：‎ ‎(1)牢记2种物质的用途 ‎①晶体硅：半导体材料、制芯片、太阳能电池。‎ ‎②二氧化硅：制光导纤维。‎ ‎(2)熟记5个化学方程式 ‎①Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑‎ ‎②Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑‎ ‎③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ‎④SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ‎⑤Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3‎ 一、选择题 ‎1．硅单质及其化合物在材料领域一直扮演重要角色。下列叙述中，不正确的是(　　)‎ A．石英可用来制作工艺品 B．硅单质可以用来制造太阳能电池 C．硅单质是制造玻璃的主要原料 D．水玻璃可用作黏合剂和防火剂 解析：选C。石英又称水晶，宝石级水晶可用来制作工艺品，A项正确；硅单质是良好的半导体材料，可用来制造太阳能电池，B项正确；制造玻璃可用石英，而不是硅单质，C项错误；水玻璃是硅酸钠的水溶液，可用作黏合剂和防火剂，D项正确。‎ ‎2．(2016·皖南八校高三联考)下列关于工业生产的说法中，不正确的是(　　)‎ A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含杂质的粗硅 B．生产普通水泥的主要原料有石灰石、石英和纯碱 C．工业上将粗铜进行精炼，应将粗铜连接在电源的正极 D．硅和铁可以冶炼成合金 解析：选B。生产普通水泥的原料是石灰石和黏土，B错。‎ ‎3．除去下列物质中杂质的试剂或方法错误的是(　　)‎ A．CO2中混有少量的CO——通入氧气后点燃 B．CO2中混有少量SO2——通过酸性KMnO4溶液、浓硫酸，洗气 C．SiO2中混有少量石灰石——加入足量盐酸，过滤 D．CO中混有少量CO2——通过氢氧化钠溶液、浓硫酸，洗气 解析：选A。A项，少量CO在CO2中无法燃烧，且若通入氧气过多会引入新的杂质，通入氧气不足，无法除尽CO，错误。‎ ‎4．能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是(　　)‎ A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能与水直接反应生成硅酸 B．在高温条件下，SiO2和Na2CO3能发生反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑‎ C．SiO2的熔点比CO2的高 D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀 解析：选D。物质酸性强弱的比较，可通过“强酸制弱酸”原理进行判断。‎ ‎5．石棉是一类价格低廉的硅酸盐材料，但是有毒，能使人患肺癌。一种叫青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。它用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法正确的是(　　)‎ A．该物质中Fe元素的化合价为＋2，它属于硅酸盐 B．该物质的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O C．1 mol该物质能与含18 mol HNO3的稀硝酸恰好反应，也能与含18 mol HCl的盐酸恰好反应 D．这种石棉属于新型无机非金属材料 解析：选B。由化合物中正负化合价代数和等于0可知Na2Fe5Si8O22(OH)2中的Fe显＋2价和＋3价，且＋2价与＋3价的Fe的物质的量之比为3∶2，可将该硅酸盐写成氧化物的形式Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，由此化学式可知1 mol该物质能与含18 mol HNO3的稀硝酸(其中1 mol被还原，SiO2与HNO3不反应)反应，也能与含14 mol HCl的盐酸(SiO2与盐酸不反应)反应，该石棉不属于新型无机非金属材料。‎ ‎6．(2016·铜陵高三模拟)将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后所得的固体物质是(　　)‎ A．Na2SiO3　　　　　　　 B．Na2CO3、Na2SiO3‎ C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2‎ 解析：选A。分析题述过程中发生的化学反应：H2O＋CO2＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3，Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，H2SiO3△,SiO2＋H2O,2NaHCO3△,Na2CO3＋H2O＋CO2↑，Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑，因此最后所得的固体物质中只有Na2SiO3。‎ ‎7．下列化学物质在实际生产、生活和科技等方面的应用正确的是 (　　)‎ A．石英砂可以用于制取高纯度的硅，SiO2和Si都是光导纤维材料 B．水泥、玻璃和陶瓷都属于传统的无机非金属材料 C．生产普通玻璃的主要原料有石灰石、石英和烧碱 D．测NaOH熔点时可以将NaOH放入石英坩埚中高温加热 解析：选B。SiO2是光导纤维材料，Si是半导体材料及光电池的主要成分，A项错误；生产普通玻璃使用的原料是石灰石、石英和纯碱，C项错误；石英坩埚的主要成分是SiO2，高温下能够与NaOH反应，D项错误。‎ ‎8．有一粗硅，含杂质铁，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是(提示：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑)(　　)‎ A．物质的量之比为1∶1‎ B．物质的量之比为1∶2‎ C．质量之比为4∶1‎ D．质量之比为2∶1‎ 解析：选C。粗硅与盐酸反应是其中的Fe与盐酸反应：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，粗硅与氢氧化钠反应是其中的硅与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。因放出等量的H2，则Fe与Si的物质的量之比为2∶1，质量之比为4∶1。‎ ‎9.‎ 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)。‎ 二、非选择题 ‎10．已知A～I有如下所示的转化关系：‎ 已知：①单质E可作为半导体材料；‎ ‎②化合物F是不能生成盐的氧化物；‎ ‎③化合物I能溶于水，呈酸性，它能够跟氧化物A发生反应；‎ ‎④‎2F2＋2H2O=== 4HF＋O2。‎ 据此，请填空：‎ ‎(1)化合物F是________。‎ ‎(2)化合物I是________。‎ ‎(3)反应①的化学方程式是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)写出I的水溶液与A反应的化学方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：由已知①及中学阶段所学知识知E为Si，再根据反应①知A为SiO2，B为C，F为CO。由已知③知I为HF，结合已知④和反应④知C为H2O，D为F2，H为O2。由反应②C＋H2O(g)CO＋H2知G为H2。因此A～I分别为SiO2、C、H2O、F2、Si、CO、H2、O2和HF。‎ 答案：(1)CO　(2)HF　(3)SiO2＋‎2CSi＋2CO↑‎ ‎(4)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O ‎11．从“南澳一号”沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿烂的中华文明。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________(填序号)。‎ 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”考古过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。下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________________________________________________________________________。‎ ‎②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是________________________________________________________________________。‎ ‎④工业上常用纯净石英砂与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________(填序号)。‎ A．SiC是一种传统的无机非金属材料 B．制造粗硅时的反应为2SiO2＋‎5C高温,Si＋SiC＋4CO↑‎ C．在以上流程中，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 解析：(1)选项A，根据化合物中各元素的正、负化合价代数和等于零的原则，可得：(＋3)×2＋(＋4)×2＋(－2)×5＋(－1)×x＝0，解得x＝4。选项B，钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液。选项C，根据陶瓷的制作过程可推测出烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化。选项D，青花瓷、玻璃、水泥是硅酸盐产品。(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。②SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。③将纯净的石英砂研磨成粉末后能增大反应物的表面积，从而增大反应物与盐酸的接触面积，而增大反应速率，提高生产效率。④选项A，SiC是一种新型无机非金属材料。选项B，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1，根据元素的原子个数守恒和得失电子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO2＋‎5C高温,Si＋SiC＋4CO↑。 选项C，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离。选项D，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等。‎ 答案：(1)CD　(2)①除去石英砂中的NaCl杂质 ‎②SiO2＋2OH－===SiO＋H2O　③增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率　④B ‎12．(2016·广州六校联考)白炭黑(SiO2·H2O)广泛用于橡胶、涂料、印刷等行业，可用蛇纹石[主要成分为Mg6Si4O10(OH)8]来制取，其主要工艺流程如下：‎ ‎(1)蛇纹石用氧化物形式可表示为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)碱浸时，为提高其中硅酸盐的浸取率，除采用合适的液固比和循环浸取外，还可采用的方法有①________________________________________________________________________‎ ‎__________________；②________________________________________________________________________。(任举两种)‎ ‎(3)过滤1得到的滤液的主要成分是________________________________________________________________________。‎ 滤液与盐酸反应的主要离子方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)洗涤时，如何证明产品已洗涤干净？________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：该流程中，加NaOH溶液碱浸的目的是将蛇纹石转化成可溶性硅酸盐进入溶液，然后用盐酸和NaCl溶液将硅酸盐转化成硅酸从溶液中分离出来，再经过进一步处理获得白炭黑。(1)将复杂硅酸盐用氧化物形式表示一般先写金属氧化物，再写二氧化硅，最后写水。(2)浸取的目的是将蛇纹石转化成可溶性硅酸盐。提高浸取率可以从是否充分反应、充分接触等角度考虑。(3)碱浸后，溶液中含有可溶的硅酸钠以及剩余的NaOH溶液。Na2SiO3与盐酸反应的离子方程式为SiO＋2H＋===H2SiO3↓。(4)从流程图可知，H2SiO3是从NaCl溶液中分离出来的，表面沾有Na＋和Cl－，所以只要检验最后一次洗涤液中是否含有Na＋或Cl－即可。‎ 答案：(1)6MgO·4SiO2·4H2O　(2)升高碱液温度并搅拌　将矿石粉碎　(3)Na2SiO3、NaOH　SiO＋2H＋===H2SiO3↓　(4)取少许最后一次洗涤液，滴入1～2滴AgNO3溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤干净(或其他合理答案)‎ ‎13．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技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：‎ ‎　　　　 　　HCl　　 　　H2‎ ‎　　　　　　　↓　　　　　↓‎ ‎　―→―→高纯硅 ‎　电弧炉　流化床反应器　还原炉 发生的主要反应 电弧炉 SiO2＋‎2CSi＋2CO↑‎ 流化床反应器 Si＋3HClSiHCl3＋H2‎ 还原炉 SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎①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在流化床反应器的产物中，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 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，其完全水解的产物为________________________________________________________________________。‎ ‎(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是 ‎____________________。‎ 解析：(1)反应物是二氧化硅、木炭和铁，所得“金属”应是铁的合金。(2)生产普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂。(3)①SiC又名金刚砂，与金刚石或晶体硅具有相似的结构。②在SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl中，SiCl4在常温下呈液态，会成为杂质。由于SiCl4与SiHCl3沸点相差较大，因此可用精馏(或蒸馏)的方法进行分离。③SiHCl3完全水解的化学方程式为SiHCl3＋4H2O===H4SiO4↓＋H2↑＋3HCl↑。(4)氯碱工业的产品是NaOH、H2、Cl2，其中H2、Cl2反应可制备HCl。H2、HCl都是制备高纯硅工艺中的原料。‎ 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)　③H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl　(4)H2、HCl