2022高考化学一轮复习练习-碳硅及其化合物的性质习题

碳、硅及其重要化合物A组基础必做题1．(·山西省实验中学联考)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是(D)A．晶体硅具有半导体性质，可用于生产光导纤维B．玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰C．陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料D．硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2[解析]晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片等，二氧化硅可用于制造光导纤维，A不正确；用于雕刻玻璃纹饰的是氢氟酸，而不是NaOH溶液，B不正确；陶瓷、水泥属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，C不正确；硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2，D正确。2．(·贵州贵阳一中月考)材料与国民经济建设、国防建设、人民生活密切相关。下列关于材料的说法正确的是(C)A．太阳能电池板中的二氧化硅可用作光导纤维B．古代的陶瓷、砖瓦、现代的有机玻璃、水泥都是硅酸盐产品C．航天服材质是由碳化硅陶瓷和碳纤维等复合而成，具有耐高温、防寒等性能D．石英玻璃耐强酸强碱，可用来制造化学仪器[解析]太阳能电池板中使用的材料是单质硅而不是二氧化硅，故A错误；有机玻璃为聚甲基丙烯酸甲酯，为有机高分子材料，不是硅酸盐产品，而古代的陶瓷、砖瓦、现代的水泥都是硅酸盐产品，故B错误；航天服材质是由碳化硅陶瓷和碳纤维等复合而成，这种材料具有耐高温、防寒等性能，故C正确；石英的成分是二氧化硅，能和强碱反应，如2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O，所以石英玻璃不耐强碱，故D错误。3．(·山东潍坊昌乐二中一模)《天工开物》记载，“凡埏泥浩瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法正确的是(C)A．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理变化B．沙子和黏士主要成分为硅酸盐和碳酸钙C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦D．黏土和石灰石是制作砖瓦和陶瓷的主要原料[解析]黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理、化学变化过程，A项错误；沙子主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，B项错误；自然冷却得到红瓦，浇水冷却得到青瓦，C项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”可知黏土是制作砖瓦和陶瓷的主原料，没有石灰石，D项错误。4．(·河北衡水中学调研)下列说法中不正确的是(A)A．硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中B．适量CO2通入漂白粉的水溶液可以生成白色沉淀C．在燃煤中加入石灰石可减少SO2的排放，发生的总反应为2CaCO3＋2SO2＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CO2＋2CaSO4D．不能用玻璃瓶来盛装氟化钠水溶液[解析]硅是亲氧元素，在自然界中只能以化合态存在，A错误；漂白粉中含有次氯酸钙，且碳酸的酸性比次氯酸强，适量CO2通入漂白粉的水溶液可以生成白色沉淀碳酸钙，B正确；在燃煤中加入石灰石可减少SO2的排放，发生的总反应为2CaCO3＋2SO2＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CO2＋2CaSO4，C正确；氟化钠水解生成氢氟酸和氢氧化钠，氢氟酸能够溶解二氧化硅，因此不能用玻璃瓶来盛装氟化钠水溶液，D正确。5．(·亳州模拟)常温下，下列不发生反应的一组物质是(D)①硅与NaOH溶液②硅与盐酸③硅与氢氟酸④二氧化硅与碳酸钠⑤二氧化硅与NaOH溶液⑥二氧化硅与浓硝酸A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥D．②④⑥[解析]常温下，可以发生反应：①Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑，③Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑，⑤SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，故选D。6．(·皖南八校联考)高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：SiO2eq\f(①C,高温)Si(粗)eq\o(→,\s\up9(②HCl),\s\do3(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up9(③过量H2),\s\do3(1000℃～1100℃))Si(纯)下列说法正确的是(D)A．步骤①的化学方程式为：SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋CO2↑B．步骤①②③中每生成或反应1molSi，转移4mol电子C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D．SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6℃)通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3[解析]步骤1的化学方程式为：SiO2十2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si十2CO↑，A错误；步骤②③中每生成或反应1molSi，转移2mol电子，B错误；硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气，C错误；D正确。7．(·四川达州检测)下列说法中正确的是(C)A．单质eq\o(→,\s\up7(O2))氧化物eq\o(→,\s\up7(H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up7(NaOH或HCl))盐，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如图所示的转化关系C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示为Al2O3·SiO2·H2O[解析]本题考查硅及其化合物的性质与转化。A项，Si与O2反应生成SiO2，SiO2不与H2O反应，“氧化物eq\o(→,\s\up7(H2O))酸或碱”不能实现，错误；B项，b→c，c→a均不能通过一步反应实现，错误；C项，二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应生成盐和水，正确；D项，硅酸盐可以用盐的形式或氧化物的形式，[Al2Si2O5(OH)4]可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，错误。8．(·甘肃天水一中第二次考试)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)陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统无机非金属材料，其中生产普通玻璃的主要原料有__纯碱、石英、石灰石___。(2)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路线。Ⅰ.锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意图如下：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up9(焦炭/高温),\s\do3(Ⅰ))eq\x(Si粗)eq\o(→,\s\up9(Cl2/300℃),\s\do3(Ⅱ))eq\x(SiCl4)eq\o(→,\s\up9(Zn/高温),\s\do3(Ⅲ))eq\x(高纯硅)①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为__SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑____(SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(3273K))SiC＋2CO↑为副反应)，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__1︰2___。②整个制备过程必须严格控制无水。SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，反应的化学方程式是__SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl____。Ⅱ.工业上也可以通过如图所示的流程制取纯硅：①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__蒸馏___；SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为__SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl____。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9②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CHl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2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__5︰1___。[解析](1)工业上生产普通玻璃的主要原料是纯碱、石英、石灰石。(2)Ⅰ.①过程Ⅰ中二氧化硅与C在高温下反应生成硅和一氧化碳，反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，副反应为SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(3273K))SiC＋2CO↑，若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1︰1，根据化学方程式，假设生成1mol硅和1mol碳化硅，则参加反应的C和SiO2的物质的量分别为5mol和2mol，质量之比为(5mol×12g·mol－1)︰(2mol×60g·mol－1)＝1︰2。②SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，则为HCl和H2SiO3，反应的化学方程式为SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl。Ⅱ.①由表格中数据可知SiHCl3与其他几种物质沸点差别较大，可以通过蒸馏除去杂质；SiHCl3水解生成硅酸、氢气和氯化氢，反应的化学方程式为SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。②Ⅰ中反应为Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(553～573K))SiHCl3＋H2，Ⅱ中反应为SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1373～1453K))Si＋3HCl，则反应生产1mol纯硅需补充HCl：(eq\f(3,90%)－3)mol，需补充H2：(eq\f(1,93.75%)－1)mol，补充HCl与H2的物质的量之比为(eq\f(3,90%)－3)mol︰(eq\f(1,93.75%)－1)mol≈5︰1。B组能力提升题9．(·湖南岳阳测试)某二价金属的碳酸盐和酸式碳酸盐的混合物跟足量的稀盐酸反应，消耗H＋和生成CO2的物质的量之比为6︰5，则该混合物中碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量之比是(B)A．1︰1B．1︰2C．1︰3D．1︰4[解析]设碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量分别为x、y，则：RCO3～2H＋～CO2，121x2xxR(HCO3)2～2H＋～2CO2122y2y2y则有(2x＋2y)︰(x＋2y)＝6︰5，解得x︰y＝1︰2。10．(·福建南安一中段考)甲、乙为单质，丙、丁为氧化物，它们存在如下转变：满足条件的乙为(B)①Fe②Cu③Al④Mg⑤SiA．①②B．①②⑤C．①②③⑤D．①②④⑤[解析]①Fe可由铝与氧化铁通过置换反应制得。②Cu可由氢气与氧化铜通过置换反应制得。③Al只能通过电解熔融的氧化铝制得，该反应不符合题述转化。④Mg通过电解熔融的氯化镁制得，该反应不符合题述转化。⑤Si可由碳与二氧化硅通过置换反应制得。故①②⑤符合题意。11．(·江西师大附中模拟)由下列实验事实得出的结论正确的是(C)A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B．由SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，可知碳的非金属性强于硅C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物[解析]二氧化硅难溶于水，但二氧化硅可以与强碱反应生成盐和水，故二氧化硅是硅酸的酸酐，A项错误；该反应中C能置换出硅是因为生成CO气体逸出，促进了反应的自发进行，不能通过该反应比较C、Si的非金属性，元素非金属性强弱常根据气态氢化物稳定性、最高价含氧酸的酸性、单质氧化性等进行比较，B项错误；碳酸酸性强于硅酸，由CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3，C项正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是其特殊性质，不能和其他酸发生反应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，D项错误。12．(·河北承德联校检测)中国传统文化对人类文明贡献巨大，古代文献中记载了古代化学研究成果。下列常见古诗文对应的化学知识正确的是(A)选项古诗文化学知识A《本草经集注》中记载鉴别硝石(KNO3)和朴硝(Na2SO4)的方法。“以火烧之，紫青烟起，云是真硝石也。”利用焰色反应B《本草纲目拾遗》中对强水的记载：“性最烈，能蚀五金，其水甚强，惟玻璃可盛”强水为氢氟酸C《诗经·大雅·绵》：“堇茶如饴。”郑玄笺：“其所生菜，虽有性苦者，甘如饴也。”糖类均有甜味D《梦溪笔谈》中对宝剑的记载：“古人以剂钢为刃，柔铁为茎干，不尔则多断折”铁的合金硬度比纯铁的大，熔点比纯铁的高[解析]钠的焰色反应呈黄色，钾的焰色反应透过蓝色钴玻璃观察呈紫色，故A正确；玻璃的主要成分是二氧化硅，能与氢氟酸反应，由“惟玻璃可盛”可判断，强水不可能是氢氟酸，故B错误；糖类不一定都有甜味，例如淀粉属于多糖，但没有甜味，故C错误；铁的合金硬度比纯铁的大，熔点比纯铁的低，故D错误。13．(·山西晋城检测)A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种短周期主族元素R，它们能发生如图所示的转化关系，已知A、B、D、E四种物质均难溶于水，单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气。下列说法正确的是(B)A．反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1︰1B．化合物A既能溶于NaOH又能溶于氢氟酸C．反应④的离子方程式为2R＋2OH－＋2H2O=2ROeq\o\al(－,2)＋3H2↑D．化合物C的水溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应[解析]单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气，常见的是Al或Si，由图中转化关系可知，若R是Al，则C应为NaAlO2，但NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl和AlCl3，不能生成难溶物，所以R是Si，A在高温下能与焦炭和石灰石反应，说明A是SiO2，根据图中转化关系可推知，B为CaSiO2、D为Si、C为Na2SiO3、E为H2SiO3。反应①的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，由化学方程式可知氧化剂与还原制的物质的量之比为1︰2，故A错误；SiO2既能与NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，故B正确；反应④的离子方程式为Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑，故C错误；反应①产生的气体是CO，Na2SiO3溶液与CO不反应，故D错误。14．(·湖北黄冈模拟)SiO2是一种化工原料，利用SiO2可以制备一系列物质。下列说法正确的是(C)A．图中所有反应都不属于氧化还原反应B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高[解析]图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A项错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B项错误；玻璃没有固定的熔点，D项错误。15．(·衡水高三检测)石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用工艺如下：(注：SiCl4的沸点是57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃)(1)Si的原子结构示意图是______。(2)下列说法正确的是__abc___(填序号)。a．酸性：H2CO3>H2SiO3b．原子半径：O<Sic．稳定性：H2O>CH4>SiH4d．离子半径：O2－<Al3＋(3)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间的N2，主要目的是__通入氮气排尽装置中的空气，防止石墨发生氧化反应，减少石墨的损失___。(4)高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体Ⅰ中的氯化物主要为__SiCl4、FeCl3、AlCl3___。由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃的化学方程式为__SiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O____。(5)步骤①为__过滤___，所得溶液Ⅳ中阴离子有__AlOeq\o\al(－,2)、OH－、Cl－___。(6)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为__AlOeq\o\al(－,2)＋CH3COOCH2CH3＋2H2Oeq\o(→,\s\up7(△))CH3COO－＋CH3CH2OH＋Al(OH)3↓____。[解析]高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物，根据杂质的含量可知，气体Ⅰ中的氯化物主要为SiCl4、AlCl3、FeCl3等，气体Ⅰ中碳氧化物主要为CO，SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃，80℃冷却得到的气体Ⅱ中舍有SiCl4及CO，SiCl4与氢氧化钠溶液反应得到硅酸钠与氯化钠，固体Ⅲ中存在AlCl3、FeCl3、MgCl2，其中FeCl3、MgCl2与过量的氢氧化钠溶液反应得到沉淀，而氯化铝与过量的氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，过滤得到的溶液中含有偏铝酸钠、过量的氢氧化钠、氯化钠，在溶液中加入乙酸乙酯，加热，乙酸乙酯发生水解，消耗了氢氧化钠，溶液碱性减弱，促进了AlOeq\o\al(－,2)水解，生成氢氧化铝沉淀。(1)Si是14号元素，原子核外有三个电子层，原子结构示意图是(2)碳的非金属性强于硅，所以酸性：H2CO3>H2SiO3，故a正确；硅有三个电子层，氧只有两个电子层，所以原子半径：O<Si，故b正确；元素非金属性越强，简单氢化物越稳定，所以稳定性：H2O>CH4>SiH4，故c正确；电子层结构相同，核电荷数越多，离子半径越小，所以离子半径：O2－>Al3＋，故d错误。(3)石墨化学性质在常温下稳定，而在高温下可与氧气发生反应，所以通入氮气排尽装置中的空气，防止石墨发生氧化反应，减少石墨的损失。(4)石墨与过量Cl2高温条件下反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物，根据杂质的含量可知，气体Ⅰ中氯化物主要为SiCl4、AlCl3、FeCl3等，SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃，80℃冷却得到的气体Ⅱ含有SiCl4及CO，SiCl4与NaOH溶液反应得到Na2SiO3与NaCl，化学方程式为SiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/℃57.712.8－315－熔点/℃－70.0－107.2－－－升华温度/℃－－180300162(5)金属氯化物的沸点均高于150℃，则固体Ⅲ中存在AlCl3、FeCl3、MgCl2，其中FeCl3、MgCl2与过量的NaOH溶液反应得到沉淀，而AlCl3与过量的NaOH溶液反应生成NaAlO2，搅拌、过滤得到溶液Ⅳ，故溶液Ⅳ中的阴离子有AlOeq\o\al(－,2)、OH－、Cl－。(6