碳、硅及其化合物
一、选择题(本题共10个小题，每题6分，共60分，每个小题只有一个选项符合题意。)
1．2021年我国载人飞船再次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流。飞船应用了很多尖端的合成材料。
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 航空材料具有质轻、高强度、耐高温、抗氧化等性能，又由题中信息可知，该材料具有肯定的韧性，故B错，A正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料，C、D正确。 答案 B
2．(2021·广东四校联考)材料与化学亲密相关，表中对应关系错误的是 ( )。
材料 主要化学成分 A 刚玉、金刚石 三氧化二铝 B 大理石、石灰石 碳酸钙 C 一般水泥、一般玻璃 硅酸盐 D 沙子、石英 二氧化硅 解析 A项中金刚石是碳的一种单质。 答案 A
3．下列叙述正确的是
( )。
A．高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比 碳酸强
B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸 C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同 D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳
解析 二氧化硅在高温下能与碳酸钠反应：Na＋SiO高温
2CO32=====Na2SiO3＋CO2↑，但不能说明硅酸的酸性比碳酸强，上述反应之所以能进行，是由于CO2不断逸出，而促使了反应向右进行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应；石灰抺墙的硬化过程是由于发生了反应CO2＋Ca(OH)2===CaCO3＋H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬。 答案 D
4．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是
( )。
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4 B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为1∶2
解析 二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成4个硅氧单键，故硅原子和硅氧单键的个数之比为1∶4，故D错误。 答案 D
5．在①浓硝酸 ②水 ③浓硫酸 ④氢氟酸 ⑤氢氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是
( )。
A．①② B．②④ C．④⑤
D．③④
解析 硅能与F2、HF、强碱在常温下反应，在加热或高温条件下也能与Cl2、O2、H2发生反应。
答案 C
6．(2021·石家庄部分学校联考)下列说法正确的是
( )。
A．高温下，可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应
B．CO2和钠在肯定条件下反应可以得到金刚石和碳酸钠，反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是3∶4 C．现代海战通过喷放液体SiCl4(极易水解)和液氨可产生烟幕，其主要成分是NH4Cl D．从燃煤烟道灰中(含GeO2)提取半导体材料单质锗(Ge)，没有发生氧化还原反应
解析 玻璃的主要成分是SiO2，高温下与C(碳)反应，A错误；反应中CO2作氧化剂，Na作还原剂，依据化合价升降值相等的原则，作为氧化剂的CO2与作为还原剂的Na的物质的量之比为1∶4，B错误；SiCl4水解生成HCl和硅酸，HCl与液氨反应生成NH4Cl，C正确；由化合态到游离态，肯定发生氧化还原反应，D错误。
答案 C
7．(2021·陕西质检)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是 ( )。
A．都是共价化合物
B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨 C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸 D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
解析 SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不能与水反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。
答案 C
8．(2021·福州质检)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开与酸、碱接触
B．寿山石颜色丰富多彩是由于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．置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质
解析 依据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A对；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其颜色丰富，B对；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C错；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D对。 答案 C
9．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 CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，假如先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3马上会与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后马上有CaCO3生成。其次步还要推断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以接受假设法推断，即假如先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此应是先与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。 答案 D
．用如图装置来分别CO2和CO混合气体并干燥，图中a、c、d为止水夹，b为分液漏斗活塞，通过Y形管
和止水夹分别接两个球胆，现装置内空气已排尽，为使试验成功，甲、乙、丙分别盛放的试剂为
( )。
甲 乙 丙 A 饱和NaHCO－13溶液 12 mol·L盐酸 18.4 mol·L－1 H2SO4 B 饱和Na2CO3溶液 2 mol·L－1 H2SO4 饱和NaOH溶液 C 饱和NaOH溶液 2 mol·L－1 H2SO4 18.4 mol·L－1 H2SO4 10D 18.4 mol·L－1 H－12SO4 饱和NaOH溶液 18.4 mol·L H2SO4 解析 分别CO2和CO应当先把CO2吸取，干燥后用一个球胆收集CO，然后再用酸制出CO2，干燥后用另一个球胆收集，故丙装置中盛的肯定是浓硫酸(18.4 mol·L－1
H－1
2SO4)，其中乙中的酸应选用2 mol·L的硫酸，而不能选用盐酸，由于盐酸易挥发HCl气体而混进CO2中。另外，饱和NaHCO3溶液不能吸取CO2，用饱和Na2CO3溶液吸取CO2，再用酸制CO2时会转变CO2的量，且吸取效果不如饱和NaOH溶液，故选C。 答案 C
二、非选择题(本题共4个小题，共40分)
11．(8分)如何除去下列各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请选用下面供应的试剂和操作，将标号
填在表内。
供选试剂：A.盐酸 B．烧碱溶液 C．氧气 D．水 E．CO2 F．不用其他试剂
供选操作：①加热 ②加热熔融 ③过滤 ④结晶
含杂质的物质 所加试剂 主要操作 (1)SiO2(NaHCO3) (2)SiO2(CaCO3) (3)SiO2(Si) (4)NaCl(SiO2) 解析 (1)除去SiO2中的NaHCO3可用水溶法；
(2)除去SiO2中的CaCO3可先用盐酸溶解，然后再过滤。 (3)除去SiO=====△
2中的Si可用加热法：Si＋O2SiO2。
(4)因NaCl溶于水而SiO2不溶于水，所以除去NaCl中的SiO2可用过滤、结晶法。 答案 (1)D ③ (2)A ③ (3)C ① (4)D ③④
12．(10分)(2021·厦门模拟)已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如下图所示的转化，反应中部分生成
物已略去。其中，A、G为同一主族元素的单质，B、C、H在通常状况下为气体，化合物C是一种形成酸雨的大气污染物。
请填空：
(1)写出E的两种用途____________、____________。
(2)反应②的离子方程式为__________________________________________。 (3)反应③的化学方程式是___________________________________________。 (4)反应④的离子方程式是__________________________________________。 (5)写出一个由A生成H的置换反应方程式：_____________________________ _________________________________________________________________。
解析 由题中信息及转化关系可知A、B、C、D、E、F、G、H分别为：C、CO2、SO2、H2SiO3、SiO2、Na2SiO3、Si、CO。
答案 (1)制光导纤维 作建筑材料(或其他合理答案)
(2)SiO－
2－
2＋2OH===SiO3＋H2O
(3)C＋2H△
2SO4(浓)=====CO2↑＋2SO2↑＋2H2O (4)SiO2－
3＋CO2－
2＋H2O===H2SiO3↓＋CO3 (5)C＋H高温
2O(g)=====CO＋H2(合理即可) ．(12分)纯碱、烧碱等是重要的化工原料。
(1)利用上图所示装置可间接证明二氧化碳与烧碱溶液发生了反应。将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的试验现象是
___________________________________________________________________________________________________________________________________，
13若其他操作不变，将A与C连接，可观看到的现象是________________ _________________________________________________________________。 (2)向NaOH溶液中通入肯定量CO2，结晶后得到白色固体，该白色固体的组成可能是 A．NaOH和Na2CO3；B.________________； C．________________；D.________________。
(3)设计试验确定(2)中白色固体中存在A项中的阴离子：
试验操作 试验现象 结论 (1)取少量白色固体于试管中，加足量水 溶解，再加足量BaCl2溶液 (2) 答案 (1)水沿长导管由广口瓶进入烧瓶 广口瓶中的长导管口有气泡产生 (2)Na2CO3 Na2CO3和NaHCO3 NaHCO3 (3)
试验操作 试验现象 结论 产生白色沉淀 有CO2－3 (2)过滤，取少量滤液于试管中，滴加酚酞 滤液变红 有OH－ 14.(10分)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高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体； ②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl250～300 ℃
3(Si＋3HCl=====铜粉
SiHCl3＋H2)； ③SiHCl3与过量的H2在1 100～1 200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水猛烈反应，在空气中易自燃。 请回答：
(1)第一步制取粗硅的化学反应方程式为______________________________。
(2)粗硅与HCl气体反应完全后，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接受的方法为
________________________________________________________________。
(3)试验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是________，装置C中的烧杯需要加热，目的是
_________________________________________________________________。 ②反应一段时间后，装置D中观看到的现象是__________________________
_________________________________________________________________，装置D不能接受一般玻璃管的缘由是________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是__________________________________。
③为保证制备纯硅试验的成功，操作的关键是检查试验装置的气密性，把握好反应温度以及
__________________________________________________。
解析 (3)①因SiHCl3与水猛烈反应，故A中产生的H2必需干燥，因此B中的试剂为浓H2SO4，且C烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，故D中有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 100～1 200 ℃，此温度下一般的玻璃简洁软化。③因高温下H2与O2反应简洁爆炸，故还应排尽装置中的空气。 答案 (1)SiO高温
2＋2C=====Si＋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 在题给反应温度下(1 100～1 200 ℃)，一般的玻璃会软化 SiHCl1 100～1 200 ℃
3＋H2===============Si＋3HCl ③排尽装置中的空气
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