資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
第04講 碳、硅及無機(jī)非金屬材料
目錄
01 考情透視·目標(biāo)導(dǎo)航
02 知識導(dǎo)圖·思維引航
03考點(diǎn)突破·考法探究
考點(diǎn)一 碳、硅及其化合物
知識點(diǎn)1 碳及其重要化合物
知識點(diǎn)2 硅及其重要化合物
考向1 碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
考向2 二氧化碳的綜合利用
考向3 硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
考向4 硅的工業(yè)制法
考點(diǎn)二 硅酸鹽、新型無機(jī)非金屬材料
知識點(diǎn)1 硅酸鹽
知識點(diǎn)2 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料
知識點(diǎn)3 新型無機(jī)非金屬材料
考向1 硅酸鹽材料
考向2 新型無機(jī)非金屬材料
04真題練習(xí)·命題洞見
考點(diǎn)要求 考題統(tǒng)計 考情分析
碳及其化合物 2023浙江1月7題，3分；2022江蘇卷7題，3分；2022福建卷1題，4分；2021山東卷1題，2分；2021湖北卷1題，3分；2021全國乙卷1題，6分；2021海南卷1題，2分 本講知識的特點(diǎn)是繁雜，涉及的化學(xué)反應(yīng)多，物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系多樣。注意Si、SiO2在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用經(jīng)常以選擇題形式出現(xiàn)，隨著新能源、新材料、新工藝的發(fā)展應(yīng)用，對碳硅及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用的考查有逐漸增多的趨勢，已成為高考考查的熱點(diǎn)。預(yù)計高考命題仍然會以生活、生產(chǎn)、實際應(yīng)用為背景，突出C、Si及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，題型延續(xù)選擇題、填空題、綜合推斷題及實驗探究題的形式，結(jié)合能源、環(huán)保等，以新材料、新工藝為載體，考查碳、硅及其化合物的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用，以檢測考生理論聯(lián)系實際、運(yùn)用化學(xué)理論解決實際問題的能力和將化學(xué)成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識。
硅及其化合物 2024浙江1月7題，3分；2023湖北卷3題，3分；2023遼寧卷3題，3分；2022山東卷18題，12分；2022廣東卷3題，2分；2022江蘇卷6題，3分；2022浙江1月10題，2分；2021遼寧卷1題，3分
無機(jī)非金屬材料 2023浙江6月1題，3分；2023湖南卷1題，3分；2022河北卷1題，3分；2022廣東卷3題，2分；2021重慶卷1題，3分
復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應(yīng)用。 2．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響。 3．通過從材料組成和性質(zhì)的角度對生活中常見的無機(jī)非金屬材料進(jìn)行分析，并能科學(xué)合理地使用。
考點(diǎn)一 碳、硅及其氧化物
知識點(diǎn)1 碳及其重要化合物
1．碳單質(zhì)
(1)存在形式：有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為同素異形體。
(2)主要化學(xué)性質(zhì)——還原性
可燃性 2C＋O2(不足)2CO、C＋O2(足量)CO2
與氧化物反應(yīng) CuO：C＋2CuO2Cu＋CO2↑(冶煉金屬)； SiO2：2C＋SiO2Si＋2CO↑ (制取粗硅)； H2O： C＋H2O(g)H2＋CO (制取水煤氣)
與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng) 濃H2SO4：C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O； 濃HNO3：C＋4HNO3(濃)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O C＋4HNO3(濃)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
2．CO、CO2的性質(zhì)對比
CO CO2
物理性質(zhì) 無色無味氣體，密度比空氣小，難溶于水 無色無味氣體，密度比空氣大，可溶于水(溶解度小)
毒性 有毒(易結(jié)合血紅蛋白) 無毒(溫室效應(yīng))
化學(xué) 性質(zhì) 還原性 可燃性，還原氧化鐵 無(滅火)
氧化性 ①與熾熱炭反應(yīng)，②Mg在CO2中燃燒
與水反應(yīng) 無 CO2＋H2OH2CO3
與堿反應(yīng) (石灰水) 無 Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
相互轉(zhuǎn)化
用途 燃料、冶煉金屬 滅火、制汽水、植物肥料、化工原料等
知識點(diǎn)2　硅及其重要化合物
1．硅單質(zhì)
2．二氧化硅
3．硅酸
【名師點(diǎn)晴】
熟記下列方程式：
1．用SiO2制取粗硅的反應(yīng)：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
2．Si和NaOH溶液的反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
3．SiO2和NaOH溶液的反應(yīng)：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
4．SiO2和氫氟酸的反應(yīng)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
5．向Na2SiO3溶液中通入少量CO2氣體：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
考向1 碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
【例1】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示。
下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．石墨烯是一種新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素異形體
D．氧化石墨烯具有一定的親水性
【答案】D
【解析】石墨烯是碳的單質(zhì)，A錯誤；氧化石墨烯因為還含有氫元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素異形體，B、C錯誤；由于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有羥基和羧基等親水基團(tuán)，所以它具有一定的親水性，D正確。
【變式訓(xùn)練】中國力爭在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，關(guān)于碳及其化合物，下列說法不正確的是( )
A．金剛石和石墨是碳的兩種不同的單質(zhì)，二者互稱同素異形體
B．在100KPa時，1mol石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?.895kJ的熱量，故金剛石比石墨穩(wěn)定
C．考古時常用于測定文物年代的是碳元素的一種核素146C中，中子數(shù)為8
D．引起溫室效應(yīng)的氣體之一CO2中含極性共價鍵
【答案】B
【解析】A項，金剛石和石墨均是由C元素組成的不同單質(zhì)，兩者互為同素異形體，A正確；B項，能量越低，物質(zhì)越穩(wěn)定，因為在100KPa時，1mol石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?.895kJ的熱量，所以可知石墨比金剛石穩(wěn)定，B錯誤；C項，146C 的質(zhì)子數(shù)為6，質(zhì)量數(shù)為14，所以中子數(shù)=14-6=8，C正確；D項，CO2可引起溫室效應(yīng)，使全球變暖，其分子中C原子與O原子以共價雙鍵結(jié)合，所以含極性共價鍵，D正確；故選B。
考向2 二氧化碳的綜合利用
【例2】利用N(C2H5)3捕獲CO2并在納米金催化劑作用下在較低溫度下轉(zhuǎn)化為甲酸，為實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”提供了新路徑，轉(zhuǎn)化過程如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)。
A．N(C2H5)3可與HCl反應(yīng)生成鹽
B．CO2加氫合成甲酸，符合綠色化學(xué)思想
C．1 mol CO2完全轉(zhuǎn)化為甲酸，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA
D．納米金催化劑降低了反應(yīng)的活化能
【答案】C
【解析】N(C2H5)3有堿性，可與氯化氫反應(yīng)生成鹽N(CH2CH3)3·HCl，A項正確；CO2加氫合成甲酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2+H2HCOOH，原子利用率為100%，符合綠色化學(xué)思想，B項正確；反應(yīng)中碳元素化合價由+4降低為+2，1 mol CO2完全轉(zhuǎn)化為甲酸，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2NA，C項錯誤；催化劑通過降低反應(yīng)活化能提高反應(yīng)速率，納米金催化劑降低了反應(yīng)的活化能，D項正確。
【變式訓(xùn)練】科技的進(jìn)步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說法錯誤的是(　　)。
A．CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)
B．CO2加氫轉(zhuǎn)化為乙烯，CO2被還原
C．CO2電催化時，在陽極轉(zhuǎn)化為燃料
D．CO2與環(huán)氧丙烷可合成可降解塑料
【答案】C
【解析】含碳燃料燃燒以及動植物呼吸都會產(chǎn)生二氧化碳，植物光合作用消耗二氧化碳，所以CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)，A項正確；CO2加氫轉(zhuǎn)化為乙烯，C元素的化合價降低，CO2得電子，被還原，B項正確；CO2中C元素的化合價為+4，只能發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，CO2在陰極得電子轉(zhuǎn)化為燃料，C項錯誤；CO2與環(huán)氧丙烷反應(yīng)可合成聚碳酸酯，聚碳酸酯易降解，D項正確。
考向3 硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
【例3】(2024 河南省許昌市檢測)二氧化硅又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料，部分轉(zhuǎn)化過程如圖所示。
回答下面問題：
(1)碳元素和硅元素都位于周期表的 族，非金屬性較強(qiáng)的是 (填元素符號)。工業(yè)上制備粗硅的反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑，該反應(yīng)能否比較碳和硅元素的非金屬性強(qiáng)弱 (填“是”或“否”)。
(2)NaOH溶液需要盛放在有橡膠塞的試劑瓶中，原因 (用化學(xué)方程式表示，下同)，利用HF溶液可以在玻璃表面上寫字作畫，原因是 。制玻璃的原材料是石英(SiO2)、純堿(Na2CO3)和大理石(CaCO3)，寫出制玻璃時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式 、 。SiC是一種新型無機(jī)非金屬材料，半導(dǎo)體領(lǐng)域未來代替硅基芯片的一種新型原材料，SiC屬于 (填“離子”戒“共價”)化合物。
【答案】(1) IVA C 否
(2) 2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑ 共價
【解析】(1)C與Si屬于同一主族，C與Si的最外層電子數(shù)都是4，所以碳元素和硅元素都位于周期表的ⅣA族；同主族從上至下，元素的非金屬性逐漸減弱，所以非金屬性C>Si；工業(yè)上制備粗硅的反應(yīng)不能比較出碳和硅元素的非金屬性強(qiáng)弱，因為該反應(yīng)產(chǎn)生的CO是氣體，CO離開體系后，反應(yīng)持續(xù)正向進(jìn)行；(2)玻璃中的成分SiO2能和NaOH發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有粘性的硅酸鈉，玻璃塞粘在瓶口不能被打開，其反應(yīng)原理是2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O；SiO2能和HF反應(yīng)，所以用氫氟酸溶液可以在玻璃表面寫字，即反應(yīng)方程式為SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；SiO2能和Na2CO3反應(yīng)產(chǎn)生Na2SiO3，也能和CaCO3反應(yīng)產(chǎn)生CaSiO3，所以制玻璃反應(yīng)方程式分別為Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑、CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑；SiC是兩種不同的非金屬元素用共價鍵構(gòu)成的共價化合物。
【變式訓(xùn)練】(2024 ·陜西省安康市高新中學(xué)質(zhì)檢)硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。
(1)可用于制作計算機(jī)芯片和太陽能電池的是 (填化學(xué)式，下同)，光導(dǎo)纖維的主要成分是 。
(2)工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
(3)工業(yè)上可利用水玻璃和鹽酸反應(yīng)制備硅酸凝膠，進(jìn)一步脫水處理可得到硅膠，寫出水玻璃和鹽酸反應(yīng)的離子方程式： 。
(4)高純度單晶硅可以按下列方法制備：SiO2Si(粗) SiiHCl3Si(純)。寫出步驟①的化學(xué)方程式： 。該反應(yīng)中C作 劑，此方程式能否說明非金屬性：C>Si 。若要證明C和Si的非金屬性強(qiáng)弱，請設(shè)計實驗并預(yù)測實驗現(xiàn)象 。
【答案】(1) Si SiO2
(2)SiO2+4HF＝SiF4+2H2O
(3)2H＋+ SiO32-＝H2SiO3(膠體)
(4) SiO2+2CSi+2CO↑ 還原 不能 將二氧化碳?xì)怏w通入硅酸鈉溶液中產(chǎn)生硅酸沉淀
【解析】(1)可用于制作計算機(jī)芯片和太陽能電池的是Si，光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2。(2)二氧化硅能和氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和水，工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+4HF＝SiF4+2H2O。(3)工業(yè)上可利用水玻璃和鹽酸反應(yīng)制備硅酸凝膠，反應(yīng)的離子方程式為2H＋+ SiO32-＝H2SiO3(膠體)。(4)步驟①是高溫下二氧化硅和焦炭反應(yīng)生成硅和CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+2CSi+2CO↑，該反應(yīng)中C失去電子，作還原劑，該反應(yīng)不是在溶液中進(jìn)行的置換反應(yīng)，此方程式不能說明非金屬性C＞Si。將二氧化碳?xì)怏w通入硅酸鈉溶液中產(chǎn)生硅酸沉淀，可證明C的非金屬性強(qiáng)于Si。
考向4 硅的工業(yè)制法
【例4】(2024 高一下·湖北省武漢市期中)工業(yè)制備高純硅的主要過程如圖所示：
已知石英晶體部分結(jié)構(gòu)如圖。
下列說法錯誤的是( )
A．制備粗硅的反應(yīng)體現(xiàn)了C元素的非金屬性比強(qiáng)
B．石英晶體中不存在SiO2分子
C．原料氣HCl和H2應(yīng)充分去除水和氧氣
D．流程中HCl、H2可以循環(huán)使用
【答案】A
【解析】在高溫下焦炭和二氧化硅反應(yīng)生成硅和一氧化碳，粗硅和氯化氫反應(yīng)生成SiHCl3，然后在高溫下氫氣和SiHCl3反應(yīng)生成純硅。A項，制備粗硅的反應(yīng)不是在溶液中進(jìn)行的置換反應(yīng)，不能體現(xiàn)了C元素的非金屬性比Si強(qiáng)，A錯誤；B項，二氧化硅是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，不存在分子，因此石英晶體中不存在SiO2分子，B正確；C項，高溫下水蒸氣能和焦炭反應(yīng)，氫氣和氧氣容易發(fā)生爆炸，所以原料氣HCl和H2應(yīng)充分去除水和氧氣，C正確；D項，流程中第二步反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，第三步反應(yīng)產(chǎn)生氯化氫，因此HCl、H2可以循環(huán)使用，D正確；故選A。
【變式訓(xùn)練】(2024 高一下·湖南省長沙市月考)多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。已知：SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯誤的是( )
A．Y、Z分別為H2、Cl2
B．制取粗硅的反應(yīng)為：SiO2+CSi(粗)+CO2↑
C．制備高純多晶硅的反應(yīng)為：SiHCl3+H2Si(純)+3HCl
D．為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進(jìn)行
【答案】B
【解析】電解飽和NaCl溶液，反應(yīng)產(chǎn)生NaOH、H2、Cl2，X是NaOH，H2、Cl2點(diǎn)燃生成HCl，焦炭與石英在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生粗Si和CO，HCl與粗硅反應(yīng)產(chǎn)生SiHCl3和少量SiCl4，SiHCl3和SiCl4是沸點(diǎn)不同的混合物，經(jīng)分餾分離提純得到SiHCl3，SiHCl3和H2在加熱條件下反應(yīng)產(chǎn)生多晶硅和HCl，所以Y是H2，Z是Cl2。A項，由分析得，Y是H2，Z是Cl2，A正確；B項，制取粗硅是焦炭與石英在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生粗Si和CO，反應(yīng)方程式為：SiO2+2CSi(粗)+2CO↑，B錯誤；C項，制備高純多晶硅是SiHCl3和H2在加熱條件下反應(yīng)產(chǎn)生多晶硅和HCl，反應(yīng)方程式為：SiHCl3+H2Si(純)+3HCl，C正確；D項，已知SiHCl3遇水劇烈水解，且H2是可燃?xì)怏w，因此為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進(jìn)行，D正確；故選B。
考點(diǎn)二 硅酸鹽、新型無機(jī)非金屬材料
知識點(diǎn)1 硅酸鹽材料
1．硅酸鹽是由硅、氧與其他化學(xué)元素結(jié)合而成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。
2．硅酸鈉
(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃。有黏性，水溶液顯堿性。
(2)與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)
a．與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
b．與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。
3．硅酸鹽組成的表示方法：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成。
(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。
(2)各元素的化合價保持不變，且滿足化合價代數(shù)和為零，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。
如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。
【名師提醒】
1．硅酸鹽大多難溶于水，常見可溶性硅酸鹽硅酸鈉，其水溶液稱為泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。
2．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高溫下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生，原因可以從兩方面解釋：①硅酸鹽比碳酸鹽穩(wěn)定；②從化學(xué)平衡角度，由高沸點(diǎn)難揮發(fā)固體SiO2制得低沸點(diǎn)易揮發(fā)的CO2。
知識點(diǎn)2 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料
1．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。
2．常見硅酸鹽材料比較
物質(zhì) 水泥 玻璃 陶瓷
生產(chǎn)原料 黏土、石灰石 純堿、石灰石和石英 黏土
主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯 陶瓷窯
3．玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
知識點(diǎn)3　新型無機(jī)非金屬材料
材料類型 主要特性 示例 用途
高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 能承受高溫，強(qiáng)度高 氮化硅陶瓷 汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等
半導(dǎo)體陶瓷 具有電學(xué)特性 二氧化錫陶瓷 集成電路中的半導(dǎo)體
光學(xué)材料 具有光學(xué)特性 光導(dǎo)纖維 光纜、醫(yī)療、照明等
生物陶瓷 具有生物功能 氧化鋁陶瓷 人造骨骼、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘?shù)?br/>【易錯提醒】
水泥、玻璃與陶瓷是三大傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料；碳化硅、氮化硅等是新型無機(jī)非金屬材料。
考向1 硅酸鹽
【例1】(2024 江西省部分學(xué)校高三二輪復(fù)習(xí)聯(lián)考驗收)“挖掘文物價值，講好中國故事”。下列文物中主要成分屬于硅酸鹽的是( )

A．戰(zhàn)國透雕龍鳳紋銅鋪首 B．元代青花釉里紅開光貼花蓋罐 C．宋水晶珠串 D．清梅花圖紙本頁冊
【答案】B
【解析】A項，銅鋪首的主要成分是銅合金，A不符合題意；B項，罐的主要成分是陶瓷(硅酸鹽)，B符合題意；C項，水晶的主要成分為SiO2，C不符合題意； D項，紙的主要成分為纖維素，D不符合題意；故選B。
【變式訓(xùn)練】“嫦娥五號”帶回了月壤樣品，將月壤進(jìn)行20倍放大后能明顯看到褐色的玻璃狀物質(zhì)。下列有關(guān)玻璃的說法中正確的是(　　)。
A．普通玻璃的原料是燒堿、石英砂、石灰石
B．普通玻璃和石英玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品
C．制備普通玻璃時的反應(yīng)之一為Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3
D．普通玻璃用于鑲嵌建筑物的門窗、墻面，但其不具有保溫和防輻射等特征
【答案】C
【解析】制造普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石和石英砂，A項錯誤；石英玻璃的主要成分是二氧化硅，B項錯誤；制造普通玻璃的反應(yīng)有Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3，C項正確；普通玻璃具有透光、隔熱、隔聲、耐磨、耐氣候變化的性能，有的還有保溫、吸熱、防輻射等特征，D項錯誤。
考向2 新型無機(jī)非金屬材料
【例2】(2024·天津河北市一模)氮化硅(Si3N4)因其在高溫和高頻條件下的優(yōu)異性能，成為現(xiàn)代微電子領(lǐng)域的重要材料。工業(yè)上用石英砂和原料氣(含N2和少量O2)制備SiN4的操作流程如下(已知：粗硅中含少量Fe、Cu的單質(zhì)及化合物；常溫下Si3N4除與氫氟酸反應(yīng)外不與其他酸反應(yīng))，下列敘述不正確的是
A．“還原”時焦炭主要被氧化為CO2
B．“高溫氮化”反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Si+2N2Si3N4
C．“操作X”可將原料氣通過灼熱的銅粉
D．“稀酸Y”可選用稀硝酸
【答案】A
【解析】石英砂為SiO2，SiO2與焦炭在高溫下發(fā)生：SiO2+2CSi+2CO↑，粗硅與氮?dú)夥磻?yīng)生成Si3N4，還含有Fe、Cu的單質(zhì)及化合物，經(jīng)過酸洗而除去，得到純凈的Si3N4。A項，“還原”時焦炭主要被氧化為CO，A錯誤；B項，“高溫氮化”反應(yīng)為硅與氮?dú)夥磻?yīng)生成Si3N4，化學(xué)方程式為3Si+2N2Si3N4，B正確；C項，原料氣可以為空氣，通過灼熱的銅粉除去氧氣得到氮?dú)猓省安僮鱔”為原料氣通過灼熱的銅粉，C正確；D項，“酸洗”目的是除去Si3N4中含有的Fe、Cu的單質(zhì)及化合物，F(xiàn)e、Cu的單質(zhì)及化合物可以與稀硝酸反應(yīng)而溶解，而Si3N4與稀硝酸不反應(yīng)，故“稀酸Y”可選用稀硝酸，D正確；故選A。
【變式訓(xùn)練】(2024 河南省濮陽市第三次聯(lián)考)氮化硅常用于制造耐高溫管、切削工具。某小組以石英砂為原料制備氮化硅的微型流程如圖1所示：
下列敘述正確的是( )
A．反應(yīng)①的氧化產(chǎn)物為CO2 B．粗硅中可能含有金剛砂
C．反應(yīng)③中的NH3可通過加熱NH4Cl制備 D．反應(yīng)③的尾氣可用圖2所示裝置吸收
【答案】B
【解析】A項，反應(yīng)①中焦炭是還原劑，被氧化，生成氧化產(chǎn)物CO，A錯誤；B項，金剛砂是SiC，焦炭與二氧化硅在高溫下發(fā)生副反應(yīng)生成SiC和CO，B正確；C項，加熱NH4Cl分解生成NH3和HCl，兩者在溫度降低時又重新化合成NH4Cl，制取NH3不能通過加熱NH4Cl制備，C錯誤；D項，反應(yīng)③的尾氣用圖2所示裝置吸收容易產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象，D錯誤；故選B。
1．(2024·浙江1月卷，7，3分)根據(jù)材料的組成和結(jié)構(gòu)變化可推測其性能變化，下列推測不合理的是( )
材料 組成和結(jié)構(gòu)變化 性能變化
A 生鐵 減少含碳量 延展性增強(qiáng)
B 晶體硅 用碳原子取代部分硅原子 導(dǎo)電性增強(qiáng)
C 纖維素 接入帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈 吸水能力提高
D 順丁橡膠硫 疏化使其結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀 強(qiáng)度提高
【答案】B
【解析】A項，較低的碳含量賦予材料更好的延展性和可塑性，A正確；B項，碳的電負(fù)性更大一些，則用碳原子取代部分硅原子，晶體硅的導(dǎo)電能力會下降，B錯誤；C項，淀粉、纖維素的主鏈上再接上帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈(如丙烯酸鈉)，在交聯(lián)劑作用下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以提高吸水能力，C正確；D項，在橡膠中加入硫化劑和促進(jìn)劑等交聯(lián)助劑，在一定的溫度、壓力條件下，使線型大分子轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相對線性結(jié)構(gòu)具有更大的強(qiáng)度，D正確；故選B。
2．(2023 遼寧省選擇性考試，3)下列有關(guān)物質(zhì)的工業(yè)制備反應(yīng)錯誤的是( )
A．合成氨：N2+3H22NH3 B．制HCl：H2+Cl22HCl
C．制粗硅：SiO2+2CSi+2CO D．冶煉鎂：2MgO(熔融)2Mg+O2↑
【答案】D
【解析】A項，工業(yè)合成氨是利用氮?dú)夂蜌錃庠诖呋瘎┑臈l件下反應(yīng)生成的，反應(yīng)方程式為N2+3H22NH3，A正確；B項，工業(yè)制氯化氫是利用氫氣和氯氣反應(yīng)生成的，反應(yīng)方程式為H2+Cl22HCl，B正確；C項，工業(yè)制粗硅是將SiO2與C在高溫下反應(yīng)生成粗硅，反應(yīng)方程式為SiO2+2CSi+2CO，C正確；D項，冶煉金屬鎂是電解熔融氯化鎂，反應(yīng)方程式為MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑，D錯誤；故選D。
3．(2022 江蘇卷，6)周期表中ⅣA族元素及其化合物應(yīng)用廣泛，甲烷具有較大的燃燒熱(890.3 kJ·mol-l)，是常見燃料；Si、Ge是重要的半導(dǎo)體材料，硅晶體表面SiO2能與氫氟酸(HF，弱酸)反應(yīng)生成H2SiF6 (H2SiF6在水中完全電離為H+和SiF62-)；1885年德國化學(xué)家將硫化鍺(GeS2)與H2共熱制得了門捷列夫預(yù)言的類硅—鍺；下列化學(xué)反應(yīng)表示正確的是( )
A．SiO2與HF溶液反應(yīng)：SiO2+6HF=2H++SiF62-+2H2O
B．高溫下H2還原GeS2：GeS2+2H2=Ge+2H2S
C．鉛蓄電池放電時的正極反應(yīng)：Pb+SO42--2e-=PbSO4
D．甲烷的燃燒：CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝890.3kJ·mol 1
【答案】A
【解析】A項，由題意可知，二氧化硅與氫氟酸溶液反應(yīng)生成強(qiáng)酸H2SiF6和水，反應(yīng)的離子方程式為SiO2+6HF=2H++SiF62-+2H2O，故A正確；B項，硫化鍺與氫氣共熱反應(yīng)時，氫氣與硫化鍺反應(yīng)生成鍺和硫化氫，硫化氫高溫下分解生成硫和氫氣，則反應(yīng)的總方程式為GeS2Ge+2S，故B錯誤；C項，鉛蓄電池放電時，二氧化鉛為正極，酸性條件下在硫酸根離子作用下二氧化鉛得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成硫酸鉛和水，電極反應(yīng)式為正極反應(yīng)PbO2+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，故C錯誤；D項，由題意可知，1mol甲烷完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量為890.3kJ，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝-890.3kJ·mol 1，故D錯誤；故選A。
4．(2022 河北省選擇性考試，1)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說法正確的是( )
A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料 B．陶瓷主要成分為SiO2和MgO
C．陶瓷燒制的過程為物理變化 D．白瓷的白色是因鐵含量較高
【答案】A
【解析】A項，陶瓷是良好的絕緣體，傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料，常用于高壓變壓器的開關(guān)外包裝和器件，A正確；B項，陶瓷的主要成分為硅酸鹽，而不是SiO2和MgO，C錯誤；C項，陶瓷燒制過程發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，由新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變化，C錯誤；D項，由于Fe2+、Fe3+和鐵的氧化物均有顏色，故陶瓷中含鐵量越多，陶瓷的顏色越深，白瓷的白色是因為鐵含量較低甚至幾乎不含，D錯誤；故選A。
5．(2022 河北省選擇性考試，1)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說法正確的是( )
A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料 B．陶瓷主要成分為SiO2和MgO
C．陶瓷燒制的過程為物理變化 D．白瓷的白色是因鐵含量較高
【答案】A
【解析】A項，陶瓷是良好的絕緣體，傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料，常用于高壓變壓器的開關(guān)外包裝和器件，A正確；B項，陶瓷的主要成分為硅酸鹽，而不是SiO2和MgO，C錯誤；C項，陶瓷燒制過程發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，由新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變化，C錯誤；D項，由于Fe2+、Fe3+和鐵的氧化物均有顏色，故陶瓷中含鐵量越多，陶瓷的顏色越深，白瓷的白色是因為鐵含量較低甚至幾乎不含，D錯誤；故選A。
6．(2022 廣東選擇性考試，3)廣東一直是我國對外交流的重要窗口，館藏文物是其歷史見證。下列文物主要由硅酸鹽制成的是( )
文物
選項 A．南宋鎏金飾品 B．蒜頭紋銀盒 C．廣彩瓷咖啡杯 D．銅鍍金鐘座
【答案】C
【解析】A項，鎏金飾品是用金汞合金制成的金泥涂飾器物的表面，經(jīng)過烘烤，汞蒸發(fā)而金固結(jié)于器物上的一種傳統(tǒng)工藝，其中不含硅酸鹽，故A項不符合題意；B項，蒜頭紋銀盒中主要成分為金屬銀，其中不含硅酸鹽，故B項不符合題意；C項，廣彩瓷咖啡杯是由黏土等硅酸鹽產(chǎn)品燒制而成，其主要成分為硅酸鹽，故C項符合題意；D項，銅鍍金鐘座是銅和金等制得而成，其中不含硅酸鹽，故D項不符合題意；故選C。
7．(2021 全國乙卷，1)我國提出爭取在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實現(xiàn)碳中和，這對于改善環(huán)境，實現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要。碳中和是指CO2的排放總量和減少總量相當(dāng)。下列措施中能促進(jìn)碳中和最直接有效的是( )
A．將重質(zhì)油裂解為輕質(zhì)油作為燃料
B．大規(guī)模開采可燃冰作為新能源
C．通過清潔煤技術(shù)減少煤燃燒污染
D．研發(fā)催化劑將CO2還原為甲醇
【答案】D
【解析】A項，將重質(zhì)油裂解為輕質(zhì)油并不能減少二氧化碳的排放量，達(dá)不到碳中和的目的，故A不符合題意； B項，大規(guī)模開采可燃冰做為新能源，會增大二氧化碳的排放量，不符合碳中和的要求，故B不符合題意；C項，通過清潔煤技術(shù)減少煤燃燒污染，不能減少二氧化碳的排放量，達(dá)不到碳中和的目的，故C不符合題意；D項，研發(fā)催化劑將二氧化碳還原為甲醇，可以減少二氧化碳的排放量，達(dá)到碳中和的目的，故D符合題意；故選D。
8．(2021 海南選擇性考試，1) 2020年9月22日，中國向全世界宣布，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。下列措施不利于大氣中CO2減少的是( )
A．用氨水捕集廢氣中的CO2，將其轉(zhuǎn)化為氮肥
B．大力推廣使用風(fēng)能、水能、氫能等清潔能源
C．大力推廣使用干冰實現(xiàn)人工增雨，緩解旱情
D．通過植樹造林，利用光合作用吸收大氣中的CO2
【答案】C
【解析】A項，氨水能與酸性氧化物二氧化碳反應(yīng)生成碳酸銨或碳酸氫銨，則用氨水捕集廢氣中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為氮肥有利于大氣中二氧化碳的減少，故A不符合題意；B項，大力推廣使用風(fēng)能、水能、氫能等清潔能源可以減少化石能源的使用，從而減少二氧化碳?xì)怏w的排放，有利于大氣中二氧化碳的減少，故B不符合題意；C項，大力推廣使用干冰實現(xiàn)人工增雨，會增加大氣中二氧化碳的量，不利于大氣中二氧化碳的減少，故C符合題意；D項，通過植樹造林，利用光合作用吸收大氣中的二氧化碳有利于大氣中二氧化碳的減少，故D不符合題意；故選C。
9．(2023 山東卷，18)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高純硅的重要原料，常溫下為無色液體，沸點(diǎn)為31.8℃，熔點(diǎn)為-126.5℃，易水解。實驗室根據(jù)反應(yīng)Si+3HClSiHCl3+H2，利用如下裝置制備SiHCl3粗品(加熱及夾持裝置略)。回答下列問題：
(1)制備SiHCl3時進(jìn)行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)將盛有砫粉的瓷舟置于管式爐中；(ⅲ)通入，一段時間后接通冷凝裝置，加熱開始反應(yīng)。操作(ⅰ)為_____；判斷制備反應(yīng)結(jié)束的實驗現(xiàn)象是_____。圖示裝置存在的兩處缺陷是_____。
(2)已知電負(fù)性Cl＞H＞Si，SiHCl3在濃溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。
(3)采用如下方法測定溶有少量的SiHCl3純度。
m1g樣品經(jīng)水解、干燥等預(yù)處理過程得硅酸水合物后，進(jìn)行如下實驗操作：①_____，②_____(填操作名稱)，③稱量等操作，測得所得固體氧化物質(zhì)量為m2g，從下列儀器中選出①、②中需使用的儀器，依次為_____(填標(biāo)號)。測得樣品純度為_____(用含m1、m2的代數(shù)式表示)。
【答案】(1) 檢查裝置氣密性 當(dāng)管式爐中沒有固體剩余時 C、D之間沒有干燥裝置，沒有處理氫氣的裝置
(2)SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O
(3) 高溫灼燒 冷卻 AC
【解析】氯化氫氣體通入濃硫酸干燥后，在管式爐中和硅在高溫下反應(yīng)，生成三氯甲硅烷和氫氣，由于三氯甲硅烷沸點(diǎn)為31.8℃，熔點(diǎn)為-126.5℃，在球形冷凝管中可冷卻成液態(tài)，在裝置C中收集起來，氫氣則通過D裝置排出同時D可處理多余吸收的氯化氫氣體。(1)制備SiHCl3時，由于氯化氫、SiHCl3和氫氣都是氣體，所以組裝好裝置后，要先檢查裝置氣密性，然后將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中，通入氯化氫氣體，排出裝置中的空氣，一段時候后，接通冷凝裝置，加熱開始反應(yīng)，當(dāng)管式爐中沒有固體剩余時，即硅粉完全反應(yīng)，SiHCl3易水解，所以需要在C、D之間加一個干燥裝置，防止D中的水蒸氣進(jìn)入裝置C中，另外氫氧化鈉溶液不能吸收氫氣，需要在D后面加處理氫氣的裝置；(2)已知電負(fù)性Cl＞H＞Si，則SiHCl3中氯元素的化合價為-1，H元素的化合價為-1，硅元素化合價為+4，所以氫氧化鈉溶液和SiHCl3反應(yīng)時，要發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到氯化鈉、硅酸鈉和氫氣，化學(xué)方程式為：SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O；(3)m1g樣品經(jīng)水解，干燥等預(yù)處理過程得到硅酸水合物后，高溫灼燒，在干燥器中冷卻后，稱量，所用儀器包括坩堝和干燥器，所得固體氧化物為二氧化硅，質(zhì)量為m2g，則二氧化硅的物質(zhì)的量為n(SiO2)=，樣品純度為=。
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第04講 碳、硅及無機(jī)非金屬材料
目錄
01 考情透視·目標(biāo)導(dǎo)航
02 知識導(dǎo)圖·思維引航
03考點(diǎn)突破·考法探究
考點(diǎn)一 碳、硅及其化合物
知識點(diǎn)1 碳及其重要化合物
知識點(diǎn)2 硅及其重要化合物
考向1 碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
考向2 二氧化碳的綜合利用
考向3 硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
考向4 硅的工業(yè)制法
考點(diǎn)二 硅酸鹽、新型無機(jī)非金屬材料
知識點(diǎn)1 硅酸鹽
知識點(diǎn)2 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料
知識點(diǎn)3 新型無機(jī)非金屬材料
考向1 硅酸鹽材料
考向2 新型無機(jī)非金屬材料
04真題練習(xí)·命題洞見
考點(diǎn)要求 考題統(tǒng)計 考情分析
碳及其化合物 2023浙江1月7題，2分；2022江蘇卷7題，3分；2022福建卷1題，4分；2021山東卷1題，2分；2021湖北卷1題，3分；2021全國乙卷1題，6分；2021海南卷1題，2分 本講知識的特點(diǎn)是繁雜，涉及的化學(xué)反應(yīng)多，物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系多樣。注意Si、SiO2在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用經(jīng)常以選擇題形式出現(xiàn)，隨著新能源、新材料、新工藝的發(fā)展應(yīng)用，對碳硅及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用的考查有逐漸增多的趨勢，已成為高考考查的熱點(diǎn)。預(yù)計高考命題仍然會以生活、生產(chǎn)、實際應(yīng)用為背景，突出C、Si及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，題型延續(xù)選擇題、填空題、綜合推斷題及實驗探究題的形式，結(jié)合能源、環(huán)保等，以新材料、新工藝為載體，考查碳、硅及其化合物的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用，以檢測考生理論聯(lián)系實際、運(yùn)用化學(xué)理論解決實際問題的能力和將化學(xué)成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識。
硅及其化合物 2024浙江1月7題，3分；2023湖北卷3題，3分；2023遼寧卷3題，3分；202山東卷18題，12分；2022廣東卷3題，2分；2022江蘇卷6題，3分；2022浙江1月10題，2分；2021遼寧卷1題，3分
無機(jī)非金屬材料 2023浙江6月1題，2分；2023湖南卷1題，3分；2022河北卷1題，3分；2022廣東卷3題，2分；2021重慶卷1題，3分
復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應(yīng)用。 2．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響。 3．通過從材料組成和性質(zhì)的角度對生活中常見的無機(jī)非金屬材料進(jìn)行分析，并能科學(xué)合理地使用。
考點(diǎn)一 碳、硅及其氧化物
知識點(diǎn)1 碳及其重要化合物
1．碳單質(zhì)
(1)存在形式：有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為__________________。
(2)主要化學(xué)性質(zhì)——還原性
可燃性 2C＋O2(不足)2CO、C＋O2(足量)CO2
與氧化物反應(yīng) CuO：__________________________ (冶煉金屬)； SiO2：______________________________ (制取粗硅)； H2O： ________________________ (制取水煤氣)
與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng) 濃H2SO4：__________________________________________； 濃HNO3：__________________________________________。 ________________________________________________
2．CO、CO2的性質(zhì)對比
CO CO2
物理性質(zhì) ______無味氣體，密度比空氣小，難溶于水 ______無味氣體，密度比空氣大，可溶于水(溶解度小)
毒性 有毒(易結(jié)合______) 無毒(溫室效應(yīng))
化學(xué) 性質(zhì) 還原性 可燃性，還原氧化鐵 無(滅火)
氧化性 ①與熾熱炭反應(yīng)，②Mg在CO2中燃燒
與水反應(yīng) 無 CO2＋H2OH2CO3
與堿反應(yīng) (石灰水) 無 ____________===CaCO3↓＋H2O
相互轉(zhuǎn)化
用途 燃料、冶煉金屬 滅火、制汽水、植物肥料、化工原料等
知識點(diǎn)2　硅及其重要化合物
1．硅單質(zhì)
2．二氧化硅
3．硅酸
【名師點(diǎn)晴】
熟記下列方程式：
1．用SiO2制取粗硅的反應(yīng)：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
2．Si和NaOH溶液的反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
3．SiO2和NaOH溶液的反應(yīng)：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
4．SiO2和氫氟酸的反應(yīng)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
5．向Na2SiO3溶液中通入少量CO2氣體：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
考向1 碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
【例1】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示。
下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．石墨烯是一種新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素異形體
D．氧化石墨烯具有一定的親水性
【變式訓(xùn)練】中國力爭在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，關(guān)于碳及其化合物，下列說法不正確的是( )
A．金剛石和石墨是碳的兩種不同的單質(zhì)，二者互稱同素異形體
B．在100KPa時，1mol石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?.895kJ的熱量，故金剛石比石墨穩(wěn)定
C．考古時常用于測定文物年代的是碳元素的一種核素146C中，中子數(shù)為8
D．引起溫室效應(yīng)的氣體之一CO2中含極性共價鍵
考向2 二氧化碳的綜合利用
【例2】利用N(C2H5)3捕獲CO2并在納米金催化劑作用下在較低溫度下轉(zhuǎn)化為甲酸，為實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”提供了新路徑，轉(zhuǎn)化過程如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)。
A．N(C2H5)3可與HCl反應(yīng)生成鹽
B．CO2加氫合成甲酸，符合綠色化學(xué)思想
C．1 mol CO2完全轉(zhuǎn)化為甲酸，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA
D．納米金催化劑降低了反應(yīng)的活化能
【變式訓(xùn)練】科技的進(jìn)步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說法錯誤的是(　　)。
A．CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)
B．CO2加氫轉(zhuǎn)化為乙烯，CO2被還原
C．CO2電催化時，在陽極轉(zhuǎn)化為燃料
D．CO2與環(huán)氧丙烷可合成可降解塑料
考向3 硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用
【例3】(2024 河南省許昌市檢測)二氧化硅又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料，部分轉(zhuǎn)化過程如圖所示。
回答下面問題：
(1)碳元素和硅元素都位于周期表的 族，非金屬性較強(qiáng)的是 (填元素符號)。工業(yè)上制備粗硅的反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑，該反應(yīng)能否比較碳和硅元素的非金屬性強(qiáng)弱 (填“是”或“否”)。
(2)NaOH溶液需要盛放在有橡膠塞的試劑瓶中，原因 (用化學(xué)方程式表示，下同)，利用HF溶液可以在玻璃表面上寫字作畫，原因是 。制玻璃的原材料是石英(SiO2)、純堿(Na2CO3)和大理石(CaCO3)，寫出制玻璃時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式 、 。SiC是一種新型無機(jī)非金屬材料，半導(dǎo)體領(lǐng)域未來代替硅基芯片的一種新型原材料，SiC屬于 (填“離子”戒“共價”)化合物。
【變式訓(xùn)練】(2024 ·陜西省安康市高新中學(xué)質(zhì)檢)硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。
(1)可用于制作計算機(jī)芯片和太陽能電池的是 (填化學(xué)式，下同)，光導(dǎo)纖維的主要成分是 。
(2)工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
(3)工業(yè)上可利用水玻璃和鹽酸反應(yīng)制備硅酸凝膠，進(jìn)一步脫水處理可得到硅膠，寫出水玻璃和鹽酸反應(yīng)的離子方程式： 。
(4)高純度單晶硅可以按下列方法制備：SiO2Si(粗) SiiHCl3Si(純)。寫出步驟①的化學(xué)方程式： 。該反應(yīng)中C作 劑，此方程式能否說明非金屬性：C>Si 。若要證明C和Si的非金屬性強(qiáng)弱，請設(shè)計實驗并預(yù)測實驗現(xiàn)象 。
考向4 硅的工業(yè)制法
【例4】(2024 高一下·湖北省武漢市期中)工業(yè)制備高純硅的主要過程如圖所示：
已知石英晶體部分結(jié)構(gòu)如圖。
下列說法錯誤的是( )
A．制備粗硅的反應(yīng)體現(xiàn)了C元素的非金屬性比強(qiáng)
B．石英晶體中不存在SiO2分子
C．原料氣HCl和H2應(yīng)充分去除水和氧氣
D．流程中HCl、H2可以循環(huán)使用
【變式訓(xùn)練】(2024 高一下·湖南省長沙市月考)多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。已知：SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯誤的是( )
A．Y、Z分別為H2、Cl2
B．制取粗硅的反應(yīng)為：SiO2+CSi(粗)+CO2↑
C．制備高純多晶硅的反應(yīng)為：SiHCl3+H2Si(純)+3HCl
D．為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進(jìn)行
考點(diǎn)二 硅酸鹽、新型無機(jī)非金屬材料
知識點(diǎn)1 硅酸鹽材料
1．硅酸鹽是由______、______與其他化學(xué)元素結(jié)合而成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。
2．硅酸鈉
(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱____________。有黏性，水溶液顯______性。
(2)與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)
a．與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________________。
b．與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________。
(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。
3．硅酸鹽組成的表示方法：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成。
(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。
(2)各元素的化合價保持不變，且滿足化合價代數(shù)和為零，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。
如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為____________，長石(KAlSi3O8)可表示為__________________。
【名師提醒】
1．硅酸鹽大多難溶于水，常見可溶性硅酸鹽硅酸鈉，其水溶液稱為泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。
2．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高溫下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生，原因可以從兩方面解釋：①硅酸鹽比碳酸鹽穩(wěn)定；②從化學(xué)平衡角度，由高沸點(diǎn)難揮發(fā)固體SiO2制得低沸點(diǎn)易揮發(fā)的CO2。
知識點(diǎn)2 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料
1．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。
2．常見硅酸鹽材料比較
物質(zhì) 水泥 玻璃 陶瓷
生產(chǎn)原料 ____________ __________________ ____________
主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯 陶瓷窯
3．玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
知識點(diǎn)3　新型無機(jī)非金屬材料
材料類型 主要特性 示例 用途
高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 能承受高溫，強(qiáng)度高 氮化硅陶瓷 汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等
半導(dǎo)體陶瓷 具有電學(xué)特性 二氧化錫陶瓷 集成電路中的半導(dǎo)體
光學(xué)材料 具有光學(xué)特性 光導(dǎo)纖維 光纜、醫(yī)療、照明等
生物陶瓷 具有生物功能 氧化鋁陶瓷 人造骨骼、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘?shù)?br/>【易錯提醒】
水泥、玻璃與陶瓷是三大傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料；碳化硅、氮化硅等是新型無機(jī)非金屬材料。
考向1 硅酸鹽
【例1】(2024 江西省部分學(xué)校高三二輪復(fù)習(xí)聯(lián)考驗收)“挖掘文物價值，講好中國故事”。下列文物中主要成分屬于硅酸鹽的是( )

A．戰(zhàn)國透雕龍鳳紋銅鋪首 B．元代青花釉里紅開光貼花蓋罐 C．宋水晶珠串 D．清梅花圖紙本頁冊
【變式訓(xùn)練】“嫦娥五號”帶回了月壤樣品，將月壤進(jìn)行20倍放大后能明顯看到褐色的玻璃狀物質(zhì)。下列有關(guān)玻璃的說法中正確的是(　　)。
A．普通玻璃的原料是燒堿、石英砂、石灰石
B．普通玻璃和石英玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品
C．制備普通玻璃時的反應(yīng)之一為Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3
D．普通玻璃用于鑲嵌建筑物的門窗、墻面，但其不具有保溫和防輻射等特征
考向2 新型無機(jī)非金屬材料
【例2】(2024·天津河北市一模)氮化硅(Si3N4)因其在高溫和高頻條件下的優(yōu)異性能，成為現(xiàn)代微電子領(lǐng)域的重要材料。工業(yè)上用石英砂和原料氣(含N2和少量O2)制備SiN4的操作流程如下(已知：粗硅中含少量Fe、Cu的單質(zhì)及化合物；常溫下Si3N4除與氫氟酸反應(yīng)外不與其他酸反應(yīng))，下列敘述不正確的是
A．“還原”時焦炭主要被氧化為CO2
B．“高溫氮化”反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Si+2N2Si3N4
C．“操作X”可將原料氣通過灼熱的銅粉
D．“稀酸Y”可選用稀硝酸
【變式訓(xùn)練】(2024 河南省濮陽市第三次聯(lián)考)氮化硅常用于制造耐高溫管、切削工具。某小組以石英砂為原料制備氮化硅的微型流程如圖1所示：
下列敘述正確的是( )
A．反應(yīng)①的氧化產(chǎn)物為CO2 B．粗硅中可能含有金剛砂
C．反應(yīng)③中的NH3可通過加熱NH4Cl制備 D．反應(yīng)③的尾氣可用圖2所示裝置吸收
1．(2024·浙江1月卷，7，3分)根據(jù)材料的組成和結(jié)構(gòu)變化可推測其性能變化，下列推測不合理的是( )
材料 組成和結(jié)構(gòu)變化 性能變化
A 生鐵 減少含碳量 延展性增強(qiáng)
B 晶體硅 用碳原子取代部分硅原子 導(dǎo)電性增強(qiáng)
C 纖維素 接入帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈 吸水能力提高
D 順丁橡膠硫 疏化使其結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀 強(qiáng)度提高
2．(2023 遼寧省選擇性考試，3)下列有關(guān)物質(zhì)的工業(yè)制備反應(yīng)錯誤的是( )
A．合成氨：N2+3H22NH3 B．制HCl：H2+Cl22HCl
C．制粗硅：SiO2+2CSi+2CO D．冶煉鎂：2MgO(熔融)2Mg+O2↑
3．(2022 江蘇卷，6)周期表中ⅣA族元素及其化合物應(yīng)用廣泛，甲烷具有較大的燃燒熱(890.3 kJ·mol-l)，是常見燃料；Si、Ge是重要的半導(dǎo)體材料，硅晶體表面SiO2能與氫氟酸(HF，弱酸)反應(yīng)生成H2SiF6 (H2SiF6在水中完全電離為H+和SiF62-)；1885年德國化學(xué)家將硫化鍺(GeS2)與H2共熱制得了門捷列夫預(yù)言的類硅—鍺；下列化學(xué)反應(yīng)表示正確的是( )
A．SiO2與HF溶液反應(yīng)：SiO2+6HF=2H++SiF62-+2H2O
B．高溫下H2還原GeS2：GeS2+2H2=Ge+2H2S
C．鉛蓄電池放電時的正極反應(yīng)：Pb+SO42--2e-=PbSO4
D．甲烷的燃燒：CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝890.3kJ·mol 1
4．(2022 河北省選擇性考試，1)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說法正確的是( )
A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料 B．陶瓷主要成分為SiO2和MgO
C．陶瓷燒制的過程為物理變化 D．白瓷的白色是因鐵含量較高
5．(2022 河北省選擇性考試，1)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說法正確的是( )
A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料 B．陶瓷主要成分為SiO2和MgO
C．陶瓷燒制的過程為物理變化 D．白瓷的白色是因鐵含量較高
6．(2022 廣東選擇性考試，3)廣東一直是我國對外交流的重要窗口，館藏文物是其歷史見證。下列文物主要由硅酸鹽制成的是( )
文物
選項 A．南宋鎏金飾品 B．蒜頭紋銀盒 C．廣彩瓷咖啡杯 D．銅鍍金鐘座
7．(2021 全國乙卷，1)我國提出爭取在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實現(xiàn)碳中和，這對于改善環(huán)境，實現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要。碳中和是指CO2的排放總量和減少總量相當(dāng)。下列措施中能促進(jìn)碳中和最直接有效的是( )
A．將重質(zhì)油裂解為輕質(zhì)油作為燃料
B．大規(guī)模開采可燃冰作為新能源
C．通過清潔煤技術(shù)減少煤燃燒污染
D．研發(fā)催化劑將CO2還原為甲醇
8．(2021 海南選擇性考試，1) 2020年9月22日，中國向全世界宣布，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。下列措施不利于大氣中CO2減少的是( )
A．用氨水捕集廢氣中的CO2，將其轉(zhuǎn)化為氮肥
B．大力推廣使用風(fēng)能、水能、氫能等清潔能源
C．大力推廣使用干冰實現(xiàn)人工增雨，緩解旱情
D．通過植樹造林，利用光合作用吸收大氣中的CO2
9．(2023 山東卷，18)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高純硅的重要原料，常溫下為無色液體，沸點(diǎn)為31.8℃，熔點(diǎn)為-126.5℃，易水解。實驗室根據(jù)反應(yīng)Si+3HClSiHCl3+H2，利用如下裝置制備SiHCl3粗品(加熱及夾持裝置略)。回答下列問題：
(1)制備SiHCl3時進(jìn)行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)將盛有砫粉的瓷舟置于管式爐中；(ⅲ)通入，一段時間后接通冷凝裝置，加熱開始反應(yīng)。操作(ⅰ)為_____；判斷制備反應(yīng)結(jié)束的實驗現(xiàn)象是_____。圖示裝置存在的兩處缺陷是_____。
(2)已知電負(fù)性Cl＞H＞Si，SiHCl3在濃溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。
(3)采用如下方法測定溶有少量的SiHCl3純度。
m1g樣品經(jīng)水解、干燥等預(yù)處理過程得硅酸水合物后，進(jìn)行如下實驗操作：①_____，②_____(填操作名稱)，③稱量等操作，測得所得固體氧化物質(zhì)量為m2g，從下列儀器中選出①、②中需使用的儀器，依次為_____(填標(biāo)號)。測得樣品純度為_____(用含m1、m2的代數(shù)式表示)。
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