高考化学一轮复习 第13讲 碳、硅及其重要化合物课时作业试题

第13讲碳、硅及其重要化合物(建议用时：40分钟)一、选择题(每题6分，共54分)1．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答案A解析由已知信息可知该非金属元素为硅。硅强烈亲氧，在自然界以氧化物或复杂硅酸盐形式存在，不存在单质硅，A正确；硅单质能用作半导体材料而不能用作光导纤维，制造光导纤维是用二氧化硅，B错误；SiO2能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，C错误；非金属性：C>Si，故SiH4的稳定性弱于甲烷，D错误。2．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Si3N4B．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SiO2D．硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2答案D解析正确的表示应该为Na2O·Fe2O3·3SiO2，故D错误。3．(2017·甘肃天水一中模拟)下列说法正确的是()A．单质eq\o(→,\s\up17(＋O2))氧化物eq\o(→,\s\up17(＋H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up17(＋NaOH或HCl))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：bc→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答案C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。4．下列关于C、Si两种元素的说法正确的是()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答案A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，A正确；Si元素为亲氧元素，不能以游离态存在，故B错；非金属性C>Si，故氢化物的热稳定性SiH4<CH4，故C错；SiO2既不溶于水，也不和水反应，故D错。5．(2017·安徽合肥联考)近几年我国载人飞船多次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流，飞船应用了许多尖端的合成材料。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，强度大，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答案B解析航空材料具有质轻、强度高、耐高温、抗氧化等性能，又由题中信息可知，该材料具有一定的韧性，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属于新型无机非金属材料，C、D正确。6．下列离子方程式不正确的是()A．石英与烧碱反应：SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2OB．硅与烧碱反应：Si＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2↑C．硅酸钠溶液中通入少量CO2：SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=COeq\o\al(2－,3)＋H2SiO3↓D．往水玻璃中加入盐酸：2H＋＋SiOeq\o\al(2－,3)=H2SiO3↓答案B解析硅与烧碱溶液反应时，H2O参与反应，Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑。7．和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述正确的是()A．其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2OB．它能够抵抗任何酸碱的腐蚀C．其中铁元素的化合价为＋3D．其中铁元素的化合价为＋2答案D解析假设和田玉中铁元素的化合价为＋x，根据化合物中各元素的化合价代数和为零，可得：(＋2)×2＋(＋2)×3＋(＋x)×2＋(＋4)×8＋(－2)×22＋(－1)×2＝0，即x＝2，所以其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O；硅酸盐一般耐酸碱的腐蚀，但不是所有的酸碱都不能腐蚀它，如氢氟酸可以和其中的硅元素反应生成SiF4气体，浓硝酸可以将其中所含的Fe2＋氧化成Fe3＋。8．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()答案B解析由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3↓，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3，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：2NaOH＋Ca(HCO3)2=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。9．对于反应3C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))SiC＋2CO↑，下列说法正确的是()A．SiC是氧化产物B．还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶2C．若生成4.48LCO，则转移0.4mol电子D．该反应中C既是氧化剂又是还原剂答案D解析SiC中碳元素化合价是－4价，SiC是还原产物，A项错误；该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2∶1，B项错误；没有说明是否为标准状况，C项错误；碳元素化合价既有升高又有降低，所以C既是氧化剂又是还原剂，D项正确。二、非选择题(共46分)10．(2017·四川成都调研)(12分)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示)：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有________(填反应代号)。(2)写出反应③的化学方程式________。(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1373～1623K反应，生成化合物W，其化学方程式是____________________________________。(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是________(填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是________(填化学式)。答案(1)①②③(2)SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1357K))Si＋3HCl(3)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up17(1373～1623K))Na2SiO3＋CO2↑(4)CO2CO2和HCl解析反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(3273K))Si＋2CO↑，属于置换反应；反应②是Si＋3HCleq\o(=,\s\up17(523～527K))SiHCl3＋H2，属于置换反应；反应③是SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1357K))Si＋3HCl，属于置换反应；反应④为特定条件下的反应：CO＋H2Oeq\o(=,\s\up17(1073K),\s\do17(催化剂))H2＋CO2，不属于置换反应。A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室气体，是节能减排的目标气体，CO2和HCl通入W(硅酸钠)溶液中能够生成白色沉淀(硅酸)。11．(16分)硅是带来人类文明的重要元素之一，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)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成的Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：________。(2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：①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：________。②假设每一轮次制备1mol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________。答案(1)3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl(2)①SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑②5∶1解析(2)②由题中条件可知，由以上数据，循环生产中只能产生3molHCl，但HCl的利用率为90%，因此需要增加eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,90%)－3))molHCl，循环生产中只产生1molH2，但H2的利用率为93.75%，因此需要增加eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,93.75%)－1))molH2，因此，补充投入HCl和H2的物质的量之比是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,90%)－3))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,93.75%)－1))≈5∶1。12．(2017·福州质检)(18分)晶体硅是一种重要的非金属材料。物质熔点/℃SiHCl333.0SiCl457.6HCl－84模拟制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用碳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＋3HCleq\o(=,\s\up17(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3与过量H2在1000～1100℃反应制得纯硅。可能用到的信息如下：已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃；步骤②中粗硅与HCl反应时会生成少量SiCl4。请回答下列问题：(1)粗硅与HCl反应完全后，依据上表所示沸点差异提纯SiHCl3，该提纯方法为________________。(2)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依次连接的合理顺序为________(填写字母序号)；装置D中g管的作用是________；装置B中的试剂是________；装置C中的烧瓶加热的目的是________。②装置A中发生反应的化学方程式为_____________________。③操作时应先打开装置________(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞，理由是________________________________________________________________________________________________________。(3)请设计实验证明产品硅中是否含微量铁单质：将产品用稀盐酸溶解，取上层清液后_________________________________。答案(1)蒸馏(2)①DBCAE平衡压强(其他合理答案均可)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up17(1000～1100℃))Si＋3HCl③DSiHCl3容易在空气中自燃，实验中要注意先通一段时间H2排尽装置中的空气(3)先滴加氯水，再滴加硫氰化钾溶液，溶液显红色(或加入氢氧化钠溶液，出现白色沉淀后变灰绿色最后变红褐色，合理答案均可)解析(1)根据沸点差异可知提纯SiHCl3