碳硅及其重要化合物

[基础题组]

1．物质的性质决定其用途
，下列有关物质的用途正确的是(　　)

A．铝耐腐蚀
，用铝质溶器腌制咸菜

B．过氧化钠具有强氧化性，用过氧化钠漂白食品

C．活性炭表面积大

、吸附能力强
，用活性炭除去生活用水的臭味

D．石英透光性能好
，用石英制太阳能电池

解析
：以Al为材料制成的容器在空气中耐腐蚀
，但这种容器不能用来腌制咸菜
，原因是氯离子会破坏铝表面氧化膜加快铝的腐蚀，A错误
；过氧化钠具有强氧化性，能够漂白有色物质，但生成的氢氧化钠具有强烈的腐蚀性，故过氧化钠不能漂白食品，B错误；石英可用于制备光导纤维
，单晶硅用于制备太阳能电池
，D错误
。

答案
：C

2．从石墨中分离出来的石墨烯是最薄、最坚硬

、几乎透明的物质
，可制成电阻率最小的纳米材料
，其结构如图所示
。下列关于石墨烯的说法不正确的是(　　)

A．具有良好的导电性和透光性

B．石墨烯属于新型有机化合物，熔沸点较高

C．石墨烯、金刚石互为同素异形体

D．在氧气中燃烧可能生成CO2、CO或二者的混合物

解析
：石墨烯可制成电阻率最小的纳米材料


，说明石墨烯具有良好的导电性

，由于最薄且透明，故也具有良好的透光性，A正确
；石墨烯属于碳的单质，不是新型有机化合物，B错误
；石墨烯
、金刚石是同种元素形成的不同单质
，互为同素异形体，C正确
；石墨烯属于碳的单质，碳能在氧气中燃烧，完全燃烧时生成CO2

，不完全燃烧时生成CO
，D正确。

答案：B

3．(2017·石家庄模考)下列说法正确的是(　　)

A．氨常用作制冷剂
，是因为其沸点极低，很容易液化

B．光导纤维具有很强的导电能力
，所以大量用于制造通信光缆

C．SiCl4在战争中可用作烟雾弹
，是因为它与水反应时生成白色烟雾

D．用洁净的铂丝蘸取某溶液
，在酒精灯火焰上灼烧

，透过蓝色钴玻璃观察到火焰颜色为紫色，说明原溶液中不含Na＋

解析：氨常用作制冷剂，是因为液氨汽化时要吸收大量的热
，使周围温度急剧下降，A项错误
；光导纤维用于制造通信光缆，是利用光的全反射原理

，光导纤维不能导电，B项错误；SiCl4用作烟雾弹，是因为SiCl4与水反应生成的H2SiO3和HCl在空气中形成白色烟雾
，C项正确
；进行焰色反应时

，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色
，只能说明原溶液中含有K＋，但不能确定其中是否含有Na＋
，D项错误。

答案：C

4．(2017·唐山一模)下列物质

：①氢氟酸
；②浓H2SO4
；③烧碱溶液
；④Na2CO3固体
；⑤氧化钙

；⑥浓HNO3。其中在一定条件下能与SiO2反应的有(　　)

A．①②⑥　　B．②③⑥

C．①③④⑤D．全部

解析
：SiO2不溶于除HF之外的任何酸
，因此SiO2与浓H2SO4
、浓HNO3不反应。

答案
：C

5．(2017·天津调研)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质
。下列说法正确的是(　　)

A．陶瓷、水晶
、水泥、玻璃都属于硅酸盐

B．水玻璃是纯净物
，可用于生产黏合剂和防火剂

C．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8
，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示

D．高纯硅可用于制造光导纤维
，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池

解析

：水晶的主要成分是SiO2

，其不属于硅酸盐，A项错误；水玻璃是Na2SiO3的水溶液

，属于混合物

，B项错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅
，用于制造太阳能电池的是高纯硅，D项错误。

答案

：C

6．(2017·山东威海模拟)硅烷(SiH4)在空气中易自燃或爆炸
，可作橡胶等产品的偶联剂

，硅烷的制备方法为Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑。下列说法不正确的是(　　)

A．制备硅烷的反应属于复分解反应

B．硅烷自燃反应中的氧化剂是SiH4

C．硅烷自燃产生SiO2和H2O

D．制备硅烷时应隔绝氧气

解析：硅烷自燃反应中的氧化剂是O2，B错误
。

答案：B

7．工业上，用二氧化硅与焦炭在高温下反应制Si
：SiO2＋2CSi＋2CO↑，副反应为Si＋CSiC(金刚砂)。

请回答下列问题：

(1)工业上，冶炼粗硅时焦炭的作用是________。(填序号)

①氧化剂　②还原剂　③燃料　④催化剂

若粗硅中含有较多的碳化硅
，主要原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)碳化硅俗名金刚砂，它具有优良的耐磨
、耐腐蚀特性，应用广泛。

若用二氧化硅与焦炭制备金刚砂

，产品中混有杂质硅和二氧化硅

，主要原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)某碳化硅样品中混有Si
、SiO2。将20.0g该样品加入到过量的氢氧化钠溶液中

，充分反应，收集到2240mL氢气(标准状况)，过滤得到11.4gSiC固体，滤液稀释至500mL。写出有关反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________
；

稀释后溶液中硅酸钠的物质的量浓度为________

。

解析
：

(1)在粗硅冶炼中，焦炭作还原剂和燃料，焦炭燃烧提供能量
。若焦炭投料较多
，部分碳与硅反应生成碳化硅。

(2)如果制备碳化硅，投入焦炭量较少
，二氧化硅

、硅会残留在产品中
。

(3)n(H2)＝＝0.1mol

，由Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑知
，样品中硅单质的物质的量为0.05mol，质量为0.05mol×28g·mol－1＝1.4g

，所以样品中二氧化硅的质量为20.0g－1.4g－11.4g＝7.2g，物质的量为7.2g÷60g·mol－1＝0.12mol，生成的硅酸钠的物质的量为0.05mol＋0.12mol＝0.17mol
，溶液体积为0.5L
，故硅酸钠溶液的物质的量浓度为0.34mol·L－1
。

答案
：

(1)②③　焦炭投料较多

(2)焦炭投料较少

(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑
、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O　0.34mol·L－1

[能力题组]

1．(2017·石家庄调研)将适量纯硅粉与纯钠按一定比例混合溶于足量水中，恰好完全反应，转移电子数为1.806×1023
。硅与钠的质量比为X，在标准状况下收集到的气体为VL
。下列推断正确的是(　　)

A

B

C

D

X

14

：23

1

：2

2：1

14：23

V

6.72

4.48

4.48

3.36

解析：依题意，发生的反应为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，恰好完全反应

，则n(Si)：n(Na)＝1：2
，m(Si)

：m(Na)＝28：46＝14
：23。根据转移电子数相等
，上述反应中，只有氢离子得电子，V(H2)＝×22.4L·mol－1＝3.36L。

答案
：D

2．(2017·滨州月考)二氧化硅(SiO2)又称硅石
，是制备硅及其化合物的重要原料见下图。下列说法中正确的是(　　)

A．SiO2既能与HF反应

，又能与NaOH反应，属于两性氧化物

B．SiO2和Si都是光导纤维材料

C．在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效

D．图中所示转化反应都是非氧化还原反应

解析：两性氧化物的定义为与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类
，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料

，B项错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色
，C项正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误
。

答案
：C

3．(2017·郑州诊断)在常温下Y既能与X反应


，又能与Z反应且都是非氧化还原反应的是(可以在水溶液中)(　　)

选项

X

Y

Z

A

SiO2

HF

Si

B

C

CO2

Na2CO3

C

Ca(HCO3)2

Na2CO3

HNO3

D

NaOH

CO

Na2O2

解析
：A项

，氢氟酸与硅的反应是氧化还原反应；B项

，CO2与C的反应是氧化还原反应；C项
，碳酸氢钙溶液与碳酸钠溶液反应可生成碳酸钠
，碳酸钠溶液与硝酸反应可生成二氧化碳
，都是非氧化还原反应
；D项
，CO与氢氧化钠、过氧化钠均不反应
。

答案
：C

4．(2017·咸阳调研)寿山石的主要成分为叶腊石，其组成为Al2O3·4SiO2·H2O，可以表示为Al2Si4Ox(OH)y
。其中x

，y的数值分别是(　　)

A．10、2B．6、4

C．8
、2D．2
、8

解析
：根据原子守恒关系可知氢原子数为2，进而推知x为10

。

答案


：A

5．(2017·天津调研)在含2molNaOH

、1molNa2SiO3的溶液中滴加稀盐酸至过量，下列关于沉淀质量(m)与盐酸体积(V)之间关系的图像正确的是(　　)

解析：在氢氧化钠
、硅酸钠的混合溶液中滴加稀盐酸

，氢氧化钠优先反应
，因为硅酸能和氢氧化钠反应。NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。硅酸不溶于盐酸
，2molNaOH与2molHCl完全反应
，1molNa2SiO3与2molHCl完全反应，本题选C

。

答案
：C

6．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．最高价氧化物不与任何酸反应

D．气态氢化物比甲烷稳定

解析：短周期
，最外层电子数是次外层电子数一半的元素是Li或Si

，非金属元素是Si，光导纤维的主要成分为SiO2
，Si的最高价氧化物SiO2能与HF溶液反应

，B
、C两项错误；Si的非金属性小于C
，氢化物的稳定性CH4＞SiH4，所以只有A正确
。

答案
：A

7．(2017·沈阳联考)硅是带来人类文明的重要元素之一


，在传统材料发展到信息材料的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的作用下
，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面
，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________
。

(2)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氧化硅的工艺主要流程如下
：

已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。

①N2净化时
，铜屑的作用是
：

________________________________________________________________________
；

硅胶的作用是

________________________________________________________________________。

②在氮化炉中反应为3Si(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)

ΔH＝－727.5kJ/mol


，开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的原因是

________________________________________________________________________
。

③X可能是________(选填“盐酸”
、“硝酸”、“硫酸”或“氢氟酸”)。

(3)工业上可以通过如下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
，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

。

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

________________________________________________________________________
。

解析：(1)工业上采用化学气相沉淀法制备Si3N4的反应中，反应物是H2、SiCl4和N2

，根据质量守恒，除了Si3N4外

，含有HCl气体生成

，从而写出该反应的化学方程式
。(2)①氮气中含有少量氧气及水蒸气

，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀产品Si3N4


，因此需要将氮气净化，用Cu除去氧气，硅胶除去水蒸气
。②氮化炉温度为1200～1400℃，硅的熔点为1420℃
，该反应是放热反应

，严格控制氮气流速
，以控制温度为1200～1400℃，防止硅熔化成团
，阻碍硅与氮气充分接触
。③Si3N4与氢氟酸反应
，而硝酸不反应
，且稀硝酸可将硅块中的Fe

、Cu杂质溶解而除去
。(3)①SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3

、盐酸和H2

。②制取1mol纯硅第一轮次

：

反应Ⅰ　Si　＋　3HClSiHCl3＋H2，

1mol3mol/90%1mol1mol

反应Ⅱ　SiHCl3　＋　H2　Si　＋　3HCl，

1mol1mol/93.75%1mol3mol

第二轮次生成中，需补充HCl物质的量为3mol/90%－3mol，需补充H2物质的量为1mol/93.75%－1mol
，则n(HCl)n(H2)＝(3mol/90%－3mol)
：(1mol/93.75%－1mol)＝5
：1

。

答案
：(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl

(2)①除去原料气中的氧气　除去水蒸气　②这是放热反应，防止局部过热导致硅熔化熔合成团
，阻碍与N2的充分接触　③硝酸

(3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑②5

：1