1、第 12 讲 碳、硅及其化合物教材习题回扣1(必修 1 P814 )赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而制成的。这种物质是( )。A盐酸 B氢氟酸 C烧碱 D纯碱2(必修 1 P801 )有下列物品或设备：陶瓷餐具；砖瓦；水泥路桥；门窗玻璃；水晶镜片；石英钟表；玛瑙手镯；硅太阳能电池；石英光导纤维；计算机芯片。(1)用到硅单质的是_(填序号，下同)。(2)所用材料为 SiO2 或要用到 SiO2的是_。(3)所用材料为硅酸盐的是_。3(必修 1 P803 )硅酸的工业制法是：将稀释好的硅酸钠和硫酸反应生成水凝胶，经水洗、干燥得到成品。有关反应的化学方程式是_。4(必修 1 P
2、817 )用纯净的石英砂与烧碱反应可以制得水玻璃；将纯碱和二氧化硅共熔，也可以制得水玻璃。试写出反应的化学方程式：_。5(必修 1 P819 )从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：粗硅的制取：SiO 22C Si2CO= = = = =高 温 石英砂 焦炭 粗硅由粗硅制纯硅(常用方法)：Si(粗硅)2Cl 2 SiCl4= = = = = SiCl42H 2 Si(纯)4HCl= = = = =高 温 根据以上反应，回答下列问题：(1)在制取粗硅的反应中，焦炭的作用是_。(2)在由粗硅制纯硅的反应中，氯气与 Si 的反应属于_(填反应类型，下同)；SiCl 4 与 H2的反应属于_；
3、 H 2的作用是_。(3)在半导体工业中有这样一句话：“从沙滩到用户” ，你是如何理解的？_。能力提升训练一、单项选择题1(2015 年江苏连云港模拟)手机芯片是一种在半导体材料上集合多种电子元器件的电路模块。下列可用作半导体材料的是( )。A铝 B硅 C碳 D铁2(2015 年上海模拟)青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的 46 种化学品之一，其化学式为 Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有 NO，下列说法不正确的是( )。A青石棉是一种硅酸盐材料B青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为 Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O
4、D1 mol 青石棉能将含 1 mol HNO3的稀硝酸还原3(2016 届江苏泰州中学期中)氮化硅(Si 3N4)是一种具有耐高温等优异性能的新型陶瓷，工业上可用下列方法制取：3SiO 26C2N 2 Si3N46CO。下列说法正确的是( )。= = = = =高 温 A氮化硅晶体属于分子晶体B氮化硅中氮元素的化合价为3C上述反应中，N 2是还原剂，SiO 2是氧化剂D上述反应中，每生成 1 mol Si3N4，N 2得到 6 mol 电子4(2016 届福建厦门双十中学期中)不能实现如下图转化的单质甲是( )。ASi BS CFe DCu5(2015 年广东韶关检测)下列因果关系叙述正确的
5、是( )。A纯碱是一种碱，故可用于去油污BSiO 2能与氢氟酸及碱反应，故 SiO2是两性氧化物CNa 的金属性比 Mg 强，故可用 Na 与 MgCl2溶液反应制取 MgD浓硝酸中的 HNO3见光会分解，故有时在实验室看到的浓硝酸呈黄色6(2016 届四川成都七中段考)将足量的 CO2不断通入 KOH、Ca(OH) 2、KAlO 2的混合溶液中，生成沉淀与通入 CO2的量的关系可表示为( )。A B C D7(2016 届江苏苏州一模)甲、乙、丙、丁、戊的相互转化关系如图所示(反应条件略去，箭头表示一步转化)。下列各组物质中，不满足下图所示转化关系的是( )。选项 甲 乙 丙 戊A NH3
6、Cl2 N2 H2B C SiO2 CO CuOC Al(OH)3 NaOH 溶液 NaAlO2溶液 CO2D 乙酸乙酯 NaOH 溶液 乙醇 乙酸二、非选择题8(2016 年天津河北一模)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：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si3HCl SiHCl3H 2；= = = = =高 温 SiHCl 3与过量 H2在 1000 1100 反应制得纯硅。已知 SiHCl3能与 H2O 强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。(2)粗硅与 HCl 反应完全后，经冷
7、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采用的方法为_。(3)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)：装置 B 中的试剂是_。装置 C 中的烧瓶需要水浴加热，其目的是_。反应一段时间后，装置 D 中观察到的现象是_，装置 D 不能采用普通玻璃管的原因是_，装置 D 中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是_(填字母代号)。
8、a碘水 b氯水 cMg(OH) 2固体 dKSCN 溶液 eNa 2SO3溶液9氮化硅(Si 3N4)是高温结构陶瓷，具有优良的性能，人们常常利用它来制造轴承、汽轮叶片、永久性模具等机械构件。设计的合成氮化硅工艺流程如下：(1)电弧炉中主要反应的化学方程式为：_。用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为：_，碳化硅晶体是_晶体。(2)在流化床反应的气态产物中，SiCl 4大约占 85%，还有 Cl2等，有关物质的沸点数据如下表：物质 Si SiCl4 Cl2沸点/ 2355 57.6 34.1提纯 SiCl4的主要工艺操作依次是沉降、_，其中温度最好控制在_(填序
9、号)。A略小于34.1 B大于 57.6 C略小于 57.6 D34.1 (3)粉末状 Si3N4遇水能生成一种有刺激性气味、常用作制冷剂的气体和一种难溶性的酸，该反应的方程式为：_。该工艺流程中涉及的主要反应属于氧化还原反应的有_个。10(2016 届甘肃诊断)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许多奇迹。(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 Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式_。(2)已知硅的熔点是 1420 ，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化
10、硅。一种用工业硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)合成氮化硅的主要工艺流程如下：净化 N2和 H2时，铜屑的作用是_；硅胶的作用是_。在氮化炉中 3Si(s)2N 2(g)=Si3N4(s) H727.5 kJmol1 ，开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度？_；体系中要通入适量的氢气是为了_。X 可能是_(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：整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl 3遇水能发生剧烈反应，写出该反应的化学方程式：_。假设每一轮次制备 1 mol 纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应中 HCl 的利用率为 90%
11、，反应中 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_。第 12 讲 碳、硅及其化合物【教材习题回扣】1B2(1) (2) (3)3Na 2SiO3H 2SO4H 2O=H4SiO4Na 2SO4，H 4SiO4=H2SiO3H 2O4SiO 22NaOH= =Na2SiO3H 2O，Na 2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2= = = = =高 温 5(1)作还原剂 (2)化合反应 置换反应 作还原剂 (3)SiO 2(沙滩物质)Si(粗)Si(纯)集成电路产品如电脑(用户)【能力提升训练】1B2B 解析：硅酸盐指的是硅、氧与其他化学
12、元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，所以青石棉是一种硅酸盐产品，A 正确；硅酸盐中不含二氧化硅，所以青石棉中不含石英晶体，B 错误；硅酸盐写成氧化物形式的先后顺序为：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水，C 正确；青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有 NO，所以青石棉中含有二价铁离子；根据氧化还原反应中得失电子相等判断青石棉与硝酸的关系式为：Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OHNO 3，所以 1 mol 青石棉能使 1 mol 硝酸被还原，D 正确。3B 解析：氮化硅晶体中的构成微粒是原子，原子间以共价键相结合构成原子晶体，故 A 错误；氮化硅中氮
13、元素的电负性大于硅元素，所以氮元素显负价，硅元素显正价，硅元素的化合价是4 价，化合物中各元素的化合价代数和为 0，所以氮元素的化合价是3 价，故 B 正确；该反应中，氮气得电子，碳失电子，二氧化硅中各元素的化合价不变，所以氮气是氧化剂，碳是还原剂，故 C错误；上述反应中，每生成 1 mol Si3N4，N 2得到 2212 mol 电子，故 D 错误。4A 解析：单质硅可以和氧气反应生成二氧化硅，氢气可以从四氯化硅中置换出单质硅，但是二氧化硅和盐酸之间不反应，A 错误；硫单质可以和铁反应得到硫化亚铁，硫化亚铁可以和强酸反应生成硫化氢，氯气可以和硫化氢反应从中置换出硫单质，B 正确；金属铁可以
14、和单质硫反应得到硫化亚铁，硫化亚铁可以和强酸反应生成亚铁盐，亚铁盐中可以置换出金属铁，C 正确；金属铜可以和单质氧气反应得到氧化铜，氧化铜可以和强酸反应生成铜盐，铜盐中可以置换出金属铜，D正确。5D 解析：纯碱是 Na2CO3，属于盐类，A 项错误；SiO 2能与少数几种酸碱反应，不具备普遍性，不能算作两性氧化物，B 项错误；Na 与 MgCl2溶液反应，首先是 Na 与 H2O 反应生成 H2而不会得到Mg，C 项错误。6C 解析：将 CO2气体通入含有 KOH，Ca(OH) 2，KAlO 2的混合溶液中，CO 2先与 Ca(OH)2反应(有沉淀 CaCO3生成)；当 Ca(OH)2消耗完毕
15、后再与 KOH 反应(此时无沉淀)；最后与 KAlO2反应。过量的 CO2还可以继续与 K2CO3反应得到 KHCO3，继续过量的 CO2还可以使 CaCO3沉淀溶解，最后是 Al(OH)3沉淀。图形应该是：出现沉淀(CaCO 3)，平台，沉淀增加，平台，沉淀减少(CaCO 3溶解)。C 符合沉淀、平台、沉淀增加、平台、沉淀减少、平台。7B 解析：8NH 33Cl 2=6NH4ClN 2,3H2N 2 2NH3，A 能实现转化；SiO 22CSi2CO，COCuO CuCO 2，B 不能实现转化；Al(OH)= = = = =高 温 = = = = = 3NaOH= =NaAlO22H 2O，
16、NaAlO 2CO 22H 2O=Al(OH)3 NaHCO 3 ，C 能实现转化；CH3COOCH2CH3NaOH CH3CH2OHCH 3COONa，乙醇和乙酸发生酯化反应生成乙酸乙酯和水，化学 反应为 CH3CH2OHCH 3COOH CH3COOCH2CH3H 2O，D 能实现转化。8(1)SiO 22C Si2CO (2)分馏(或蒸馏)= = = = =高 温 (3)浓硫酸 使滴入烧瓶中的 SiHCl3气化石英管的内壁附有灰黑色晶体 高温下，普通玻璃会软化 SiHCl 3H 2Si3HCl = = = = = = = = = = =1000 1100 排尽装置中的空气 bd解析：(1
17、)高温下，碳和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，反应方程式为：SiO 22CSi2CO。(2)SiHCl 3(沸点 33.0 )中含有少量 SiCl4(沸点 57.6 )和 HCl(沸点= = = = =高 温 84.7 )，由于沸点差别较大，可以通过分馏除去杂质。(3)锌和稀硫酸的反应是放热反应，所以生成的氢气含有水蒸气，为干燥氢气，B 装置中应装浓 H2SO4；气体的反应速率较大，所以加热的目的是使 SiHCl3气化。高温下，SiHCl 3和氢气反应生成硅单质，硅单质是灰黑色固体，所以 D 装置中的现象是：石英管的内壁附有灰黑色晶体；由于高温下，普通玻璃会软化，所以使用石英玻璃；反应方程式为：
18、SiHCl 3H 2 Si3HCl。氢气是可燃性气体，= = = = = = = = = = =1000 1100 当氢气的量达到一定时易产生爆炸，为防止安全事故的发生，应先通一段时间 H2，将装置中的空气排尽。铁能和酸反应生成亚铁离子，亚铁离子有还原性，亚铁离子能被氯水氧化生成铁离子，铁离子遇硫氰化钾溶液变红色，所以可以用氯水和硫氰化钾溶液检验铁的存在。9(1)SiO 22C Si(粗硅)2CO= = = = =高 温 SiO 23C SiC2CO 原子= = = = =高 温 (2)冷凝(或降温) C(3)Si 3N49H 2O=4NH33H 2SiO3 2解析：(3)该合成氮化硅工艺流程
19、中发生的主要反应是：SiO 22C Si(粗硅)= = = = =高 温 2CO(氧化还原反应)，Si2Cl 2 SiCl4(氧化还原反应)，3SiCl 44NH 3= = = = = Si3N412HCl(非氧化还原反应)。= = = = =高 温 10(1)3SiCl 42N 26H 2=Si3N412HCl(2)除去原料气中的氧气 除去生成的水蒸气反应是放热反应，需要控制温度防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与 N2的接触 将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽) 硝酸(3)SiHCl 33H 2O=H2SiO3H 23HCl51解析：(1)由题意知，在 H2
20、的保护下，SiCl 4与 N2反应生成 Si3N4，该反应的化学方程式为3SiCl42N 26H 2=Si3N412HCl。(2)Cu 能与氧气反应，所以 Cu 屑的作用为除去原料气中的氧气；硅胶具有吸水性，可除去生成的水蒸气。该反应为放热反应，开始时严格控制氮气的流速以控制温度是防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与 N2的接触；体系中要通入适量的氢气是为了将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽)。氮化硅能与 HF 酸反应，Cu 与盐酸、稀硫酸均不反应，氮化硅中混有铜粉，为除去混有的 Cu，可选择硝酸，Cu 与硝酸反应，而氮化硅与硝酸不反应。(3)SiHCl 3遇水剧烈反应，化学反应方程式SiHCl33H 2O=H2SiO3H 2 3HCl；由题意可知：Si(粗)3HCl= =SiHCl3H 2；SiHCl 3H 2=Si(纯)3HCl；根据方程式，制备 1 mol 纯硅，循环生产中能产生 3 mol HCl，但 HCl 的利用率是 90%，因此需要增加 mol HCl，循环生产中产生 1 mol (30.9 3)H2，但 H2的利用率为 93.75%，因此需增加 1 mol H2，因此，补充投入 HCl 和 H2的物质的量10.9375之比为： 151。(30.9 3) 10.9375
