专题13 碳硅及其化合物【八大题型】-【举一反三】2025年高考化学全程复习讲与练（新高考通用）

专题13 碳硅及其化合物【八大题型】 【新高考通用】 【知识点1 碳及其化合物】 2 【知识点2 硅及其化合物】 4 【知识点3 无机非金属材料】 5 【题型1 碳及其化合物的性质】 7 【题型2 硅及其化合物的性质和用途】 10 【题型3 传统无机非金属材料】 11 【题型4 新型无机非金属材料】 13 【题型5 高纯硅的制备】 15 【题型6 硅酸盐材料】 17 【题型7 二氧化碳的综合考查】 19 【题型8 硅和二氧化硅的综合考查】 20 【过关测试】 23 考点要求 真题统计 考情分析 1.了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。 2.结合实例认识碳、硅及其化合物性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化。 3．通过从材料组成和性质的角度对生活中常见的无机非金属材料进行分析，并能科学合理地使用。 2024浙江1月7题，3分； 2023湖北卷3题，3分； 2023辽宁卷3题，3分； 2023浙江1月7题，3分； 2023浙江6月1题，3分； 2023湖南卷1题，3分； 2022河北卷1题，3分； 2022广东卷3题，2分； 2022福建卷1题，4分； 2022山东卷18题，12分； 2022广东卷3题，2分； 2022江苏卷6题，3分； 本专题主要结合STSE，以能源、温室效应等为背景，考查碳、硅及其重要化合物的结构、性质及用途，无机非金属材料的应用。结合化学反应原理，考查滴定图像与盐类水解的应用；结合无机化工工艺流程，考查硅及其化合物的制备或硅酸盐的性质。预计2025年高考仍会延续这种考查方式，注意结合环境保护等新情境考查二氧化碳的资源化利用，还可能以新材料、新工艺为载体，考查碳、硅及其化合物的结构、性质及用途。 【思维导图】 【知识点1 碳及其化合物】 1.碳单质 存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。 (1) (2) (3) 2.碳的氧化物—CO、CO2 CO CO2 物理性质 无色无味气体，密度比空气略 小，难溶于水 无色无味气体，密度比空气大， 可溶于水(溶解度小) 毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应) 化学性质 还原性 可燃性，还原氧化铁 无(灭火) 氧化性 ①与炽热炭反应 ②Mg在CO2中燃烧 与水反应 无 CO2＋H2OH2CO3 与碱反应 无 Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O(检验CO2) 相互转化 CO2CO 用途 燃料，冶炼金属 灭火，制汽水，植物肥料，化工原料等 3.碳酸(H2CO3) 弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。 【归纳总结】检验CO2中是否存在CO的装置及作用 各装置的作用是： A——除去混合气体中的CO2 B——检验混合气体中CO2是否除尽 C——干燥气体 D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2 E——安全瓶，防倒吸 F——验证CO的氧化产物CO2 G——除去尾气中的CO，防止污染环境 确定混合气体中含有CO的实验现象： D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。 【知识点2 硅及其化合物】 1.单质硅和二氧化硅 硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐等化合态的形式存在于地壳中。 (1)单质硅 ①晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 ②高纯硅的制备： (2)二氧化硅的性质 ①晶体类型：共价晶体。 ②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 ③高温下，Na2CO3、CaCO3与SiO2反应制玻璃的化学方程式为： Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 ④与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 2.硅酸和硅酸盐 (1)硅酸 (2)硅酸盐——硅酸钠 ①性质 硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。写出下列反应的离子方程式： 与盐酸反应：SiO＋2H＋===H2SiO3↓。 与CO2水溶液反应：SiO＋H2O＋CO2(少量)===H2SiO3↓＋CO。 ②用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 【易错警示】 (1)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但石墨为导体、硅为半导体。 (2)非金属单质一般不与酸反应，但Si既能与NaOH溶液反应又能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (3)SiO2既能与酸(HF)反应，又能与碱(NaOH)反应，但SiO2不是两性氧化物，SiO2属于酸性氧化物。 (4)SiO2能与氢氟酸反应，故不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。 (5)SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 【知识点3 无机非金属材料】 1.硅酸盐材料 (1)陶瓷 陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。 (2)玻璃 普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。 (3)水泥 普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。 混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 2.新型无机非金属材料 (1)新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (2)新型陶瓷的种类与用途 材料类型 主要特性 示例 用途 高温结构 陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅与某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等 压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、声纳探伤器、点火器等 透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 可用于电力、交通、医疗等领域 (3)碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。 ①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 ②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 材料类型 性能 用途 碳纳米管 比表面积大，高强度，优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 电阻率低，热导率高，具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等 【题型1 碳及其化合物的性质】 【例1】下列有关碳及其化合物的说法正确的是(　　) A.CO2不是导致温室效应的主要气体 B.CO和CO2组成元素相同，所以他们的化学性质相同 C.金刚石、石墨是碳的单质，而C60是碳的化合物 D.在高温条件下，碳能使CO2转变成CO 【变式1-1】科在20世纪90年代末，科学家发现碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关碳元素单质的说法错误的是(　　) A．金刚石和石墨的熔点肯定比C60高 B．熔点：C60＜C70＜C90 C．球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都不能与O2发生反应 D．金刚石以非分子形式的粒子存在，属于共价晶体；C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子以分子形式的粒子存在，属于分子晶体；这些碳单质互为同素异形体 【变式1-2】综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。 (1)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是________(填字母)。 A.可在碱性氧化物中寻找 B.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找 C.可在具有强氧化性的物质中寻找 (2)Li4SiO4可用于吸收、释放CO2，原理是在500 ℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700 ℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，写出CO2与Li4SiO4反应的化学方程式： ______________________________________________________________。 (3)如图所示，利用缺铁氧化物(如Fe0.9O)可实现CO2的综合利用、构建低碳环保社会。 ①过程Ⅰ反应中二氧化碳作________(填“氧化”或“还原”)剂，每生成3 mol的Fe3O4可转化CO2的体积为________(标准状况)。 ②请说明该转化的优点： _____________________________________。 【变式1-3】某混合气体可能由O2、CO、CO2中的一种或几种组成，为确定其组成，在老师的指导下，化学实验小组的同学对该混合气体的组成进行了如图的探究实验： 【查阅资料】　脱氧剂(还原铁粉能够吸收氧气和水蒸气)。 【实验设计】　用如图所示的装置进行实验(已略去夹持装置)。 【实验步骤】　①检查装置气密性；②先通入一定量的氮气之后；③再通入该混合气体，点燃酒精灯。 【实验现象】　步骤③实验过程中，A装置中无明显现象，B和F装置均出现白色沉淀，E装置中黑色粉末变成了红色。 (1)【实验结论】　该混合气体由________组成。 【实验反思】 (2)B、C装置的作用分别是______、__________。 (3)步骤②先通入一定量氮气的目的是_________________________________________。 (4)E装置中氧化铜粉末发生反应的化学方程式为_____________________________________。 (5)F中需要处理的尾气主要成分是________，具体处理方法可以是________________。 【题型2 硅及其化合物的性质和用途】 【例2】下列叙述正确的是(　　) A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似 B.因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 D.SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物 【变式2-1】二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是(　　) ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ②SiO2＋2CSi＋2CO↑ ③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ ⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑ a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃 b．反应②中SiO2表现出氧化性 c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性 d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理 e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应 A．ace B．bde C．cde D．ab 【变式2-2】下列关于硅及其化合物的描述中正确的是(　　) A.SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维 B.在给定条件下，下列物质间转化可实现：CaCO3CaOCaSiO3 C.硅太阳能电池工作时，光能转化成电能，该过程与氧化还原反应有关 D.在给定条件下，下列物质间转化可实现：SiO2SiCl4Si 【变式2-3】下列物质转化正确的是(　　) A.SiSiO2Na2SiO3H2SiO3 B.SiSiO2H2SiO3 C.H2SiO3SiO2SiCl4 D.石英砂粗硅SiCl4高纯度硅 【题型3 传统无机非金属材料】 【例3】水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程： 下列说法正确的是(　　) A.原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值 B.操作A与操作B完全相同 C.该流程中硅元素的化合价发生改变 D.反应器中发生的反应为氧化还原反应 【变式3-1】Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是(　　) A.可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O B.具有吸水性，需要密封保存 C.能与SO2反应生成新盐 D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2 【变式3-2】陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 【变式3-3】有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是(　　) 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 【题型4 新型无机非金属材料】 【例4】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示： 下列有关说法正确的是(　　) A.石墨烯是一种新型化合物 B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物 C.二者和石墨都是碳的同素异形体 D.氧化石墨烯具有一定的亲水性 【变式4-1】碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是(　　) A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性 B.碳纳米管拥有极高的熔点 C.纳米管是一种新型有机纳米材料 D.纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成 【变式4-2】氮化硅常用于制造耐高温管、切削工具。某小组以石英砂为原料制备氮化硅的微型流程如图1所示： 下列叙述正确的是( ) A．反应①的氧化产物为CO2 B．粗硅中可能含有金刚砂 C．反应③中的NH3可通过加热NH4Cl制备 D．反应③的尾气可用图2所示装置吸收 【变式4-3】氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示： 其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。 请回答下列问题： (1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：______________________。 (2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是____________(填序号)。 (3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为____________。 (4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：_______________________________。 【题型5 高纯硅的制备】 【例5】高纯硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法制备： SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯) 下列说法不正确的是(　　) A.步骤①的化学方程式：SiO2＋2CSi＋2CO↑ B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4mol电子 C.步骤③中的反应为氧化还原反应 D.高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO2是制造太阳能电池的基本原料 【变式5-1】科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示： 容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是(　　) A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B．①和②互为可逆反应 C．该流程中需要隔绝空气 D．粗硅制备不能通过SiO2SiCl4Si实现 【变式5-2】实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是(　　) A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰酸钾溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备氨 【题型6 硅酸盐材料】 【例6】辽宁省博物馆是新中国建立的第一座博物馆，藏品总量达11.5万件，以辽宁地区考古出土文物和传世的历史艺术类文物为主体。下列藏品的主要材质属于硅酸盐的是 藏品 选项 A B C D 【变式6-1】广东是岭南文化中心地、海上丝绸之路发祥地、中国近代民主革命策源地，拥有丰富的文化遗产资源。下列指定物品主要成分中不是由硅酸盐材料制成的是 文物 名称 陈慈簧故居特色花砖 南海1号印花陶罐 潮汕工夫茶茶具 金漆木雕大神龛 选项 A B C D 【变式6-2】中国饮食文化源远流长。下列与餐具有关的历史文物中，主要材质属于硅酸盐制品的是 A．战国水晶杯 B．殷商青铜酒爵 C．元青花盘 D．明朝玛瑙包金兽柄勺 【变式6-3】广东省博物馆有馆藏文物18万余件。下列文物中，主要由硅酸盐材料制成的是 A B C D A．西周兽面纹青铜盉 B．元海康窑釉下褐彩凤鸟纹荷叶盖罐 C．北宋庆历八年木雕罗汉像 D．清蓝绸地广绣花鸟纹披肩 【题型7 二氧化碳的综合考查】 【例7】中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A．捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2 B．环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶 C．反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质 D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2 【变式7-1】海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球气候变化的关键控制环节。下图为海洋中碳循环的简单原理图。下列说法错误的是(　　) A．海洋碳循环过程中能将太阳能转化为化学能 B．钙化释放CO2的离子方程式：2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O C．影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等 D．光合作用，每生成0.1 mol (CH2O)x转移电子数为4NA(NA表示阿伏加德罗常数的值) 【变式7-2】杭州亚运会开幕式主火炬选择甲醇点燃，彰显了绿色亚运的主题。下图为绿色甲醇生态示意图。下列有关说法错误的是 A．太阳能制氢中太阳能电池板主要材料为单晶硅 B．二氧化碳烟气转化为液体燃料符合“碳中和”理念 C．汽车中使用的甲醇燃料电池放电时化学能转化为电能 D．燃油汽车排放的CO和NO尾气是汽油不充分燃烧产生的 【题型8 硅和二氧化硅的综合考查】 【例8】多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。下图为第三代工业制取多晶硅流程，已知图中的Y在Z中燃烧产生苍白色火焰。 下列说法错误的是 A．Y、Z分别为H2、Cl2 B．焦炭和石英制取粗硅的反应为：SiO2+2CSi+2CO↑ C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中氢元素的化合价为+1 D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应 【变式8-1】三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为-126.5℃，易水解。实验室根据反应Si+3HClSiHCl3+H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题： (1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有砫粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为_____；判断制备反应结束的实验现象是_____。图示装置存在的两处缺陷是_____。 (2)已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓溶液中发生反应的化学方程式为_____。 (3)采用如下方法测定溶有少量的SiHCl3纯度。 m1g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①_____，②_____(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为_____(填标号)。测得样品纯度为_____(用含m1、m2的代数式表示)。 【变式8-2】高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图： 已知：①流化床反应器内的主反应：Si＋3HClSiHCl3＋H2； ②还原炉内的主反应：SiHCl3＋H2Si＋3HCl； ③SiHCl3极易水解：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。 回答下列问题： (1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是__________(填字母)。 A．Al B．Al2O3 C．CuO D．NaHCO3 SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为_____________。 (2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为_________________________________________。 若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为______________。 (3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是________________________________(答出两条即可)。 (4)流化床反应器中除SiHCl3外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用蒸馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是__________________。 (5)上述操作流程中可以循环利用的物质是_________________________________________。 【基础题】 1．（2024·广东江门·三模）近年来，各地有趣的博物馆藏品频频出圈，下列藏品中，主要由硅酸盐制成的是 A．云纹铜五柱器 B．李先芳夫人银香盒 C．长沙窑狮形镇纸 D．商青铜鸮卣 2．（2024·广西河池·一模）化学在“国之重器”的打造中发挥着重要作用。下列说法错误的是 A．国产大飞机C919使用的芳纶蜂窝材料属于有机高分子材料 B．北斗卫星导航系统装载高精度Rb原子钟，与的物理性质相同 C．量子通信技术中传输介质的光纤，其主要成分为二氧化硅 D．“鲲龙”水陆两栖飞机所用的航空煤油可由石油分馏得到 3．（23-24高三·广西梧州·期中）下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是 A．用于北京冬奥会礼仪服智能发热的石墨烯属于无机非金属化合物 B．门窗玻璃、混凝土桥墩、水晶镜片均含有 C．碳化硅俗称金刚砂，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温半导体材料 D．高纯硅可用作半导体材料 4．（24-25高三上·湖南岳阳·期中）硅被誉为信息革命的“催化剂”。高纯硅的制备简易流程如图。下列叙述正确的是 A．反应①的生成物有CO2、SiC B．反应②发生置换反应生成SiHCl3和H2 C．已知SiHCl3中H显﹣1价，则反应③中氧化剂是SiHCl3，还原剂是H2 D．制得的高纯硅可用于制造光导纤维 5．（23-24高三上·云南德宏·期末）化学与生活、生产密切相关，下列说法正确的是 A．华为手机mate60使用的麒麟9000s芯片，其主要成分是二氧化硅 B．汽车尾气处理有助于改善城市空气质量，有利于实现碳中和 C．利用X射线衍射实验，可对玻璃制的假玉石进行无损鉴定 D．《本草纲目》载有名为“铜青”之药物，铜青是铜器上的绿色物质，即为青铜 6．（24-25高三上·江苏南通·期中）材料在生产生活中起着重要作用，下列属于新型无机非金属材料的是 A．钢化玻璃 B．醋酸纤维 C．氮化硅陶瓷 D．聚四氟乙烯 7．（23-24高三上·河南洛阳·期末）氮化硅熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。氮化硅工业上可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过反应制备，生成物中除了氮化硅还有一氧化碳。下列说法错误的是 A．氮化硅的化学式为Si3N4 B．氮化硅是一种无机非金属材料 C．氮化硅可用于制作坩埚、高温轴承、刀具和用作建筑陶瓷 D．制备氮化硅时每生成11.2L一氧化碳(标准状况)，理论上能生成氮化硅约11.7g 8．（2024·广东·三模）2024年2月第十四届全国冬季运动会在内蒙古召开，见证了中国冰雪运动的“热辣滚烫”。下列说法不正确的是 A．场馆的照明、运行均由光伏发电和风力发电提供，有利于实现碳达峰 B．速滑竞赛所使用的滑冰冰刀，刀刃多由优质高碳钢制成，高碳钢是一种常见的合金 C．冬运会场馆建设大量使用到了太阳能，太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 D．冬运会采用了先进的二氧化碳制冰技术，比传统制冷剂氟利昂更加环保 9．（24-25高三上·浙江杭州·期中）关于反应，下列说法正确的是 A．发生氧化反应 B．若该反应生成22.4L CO，则生成Si的质量为14g C．该反应中每消耗1mol，转移4mol电子 D．由该反应可知非金属性： 10．（23-24高三上·广东汕头·期末）已知粗硅提纯时发生反应：，设为阿伏加德罗常数。下列有关说法正确的是 A．晶体硅中含有的非极性键数目为 B．标况下，参与反应时，转移电子数目为 C．盐酸溶液中含有数目为 D．硅单质常用作光导纤维，以传递光信号 【提升题】 11．（24-25高三上·安徽·期中）晶体硅是电脑芯片、太阳能电池板的重要材料，西门子法制备高纯度硅的化学方程式为：①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑；②Si(粗)+3HClSiHCl3+H2；③SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl，下列说法正确的是 A．反应①说明C的非金属性强于Si B．①②③均属于氧化还原反应 C．②属于离子反应 D．③属于复分解反应 12．（24-25高三上·山东淄博·期中）由SiO2制备高纯度硅的工业流程如图所示： 下列说法错误的是 A．SiO2与纯硅都是硬度大、熔沸点高的物质 B．X为CO气体 C．反应②产生的H2与反应③产生的HCl可以循环使用 D．反应①②③均为在高温条件下的非氧化还原反应 13．（23-24高三上·福建厦门·期中）宏观辩识与微观探析是化学学科核心素养之一，下列化学变化对应的离子方程式正确的是 A．少量通入到NaClO溶液中： B．向含氯化铁的氯化镁溶液中加入氧化镁： C．用氢氟酸生产磨砂玻璃的反应： D．向溶液加入适量溶液至恰好完全沉淀： 14．（2024·辽宁·三模）硼氢化锰是有潜力的储氢材料。以富锰渣(主要为MnO，还含有、、FeO)为原料制备硼氢化锰的工艺流程如下。下列说法错误的是 A．滤渣1和滤渣2均可与NaOH溶液反应 B．试剂1可用，试剂2可用 C．还原能力： D．能与稀盐酸反应生成，化学方程式为： 15．（23-24高三·云南昆明·期中）二氧化硅又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，部分转化过程如图所示。 回答下面问题： (1)碳元素和硅元素都位于周期表的 族，非金属性较强的是 (填元素符号)。工业上制备粗硅的反应：，该反应能否比较碳和硅元素的非金属性强弱 (填“是”或“否”)。利用上述转化关系，再写出一种能比较碳和硅元素的非金属性强弱的方程式 。 (2)光导纤维是一种良好的通讯材料，其成分是 (填化学式)，高纯硅是制造半导体芯片的基础原材料，由上述转化关系可知，工业上利用氢气制备高纯硅的化学方程式为 。 (3)NaOH溶液需要盛放在有橡胶塞的试剂瓶中，原因 (用化学方程式表示，下同)，利用HF溶液可以在玻璃表面上写字作画，原因是 。 (4)SiC是一种新型无机非金属材料，半导体领域未来代替硅基芯片的一种新型原材料，SiC属于 (填“离子”戒“共价”)化合物。 16．（23-24高三·广东·期中）无机非金属元素在化工生产中扮演着重要的角色，请利用相关知识回答下列问题。三氯硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下： 已知：i．石英砂主要成分是SiO2； ii．三氯硅烷易被氧化 (1)硅在元素周期表中的位置是 。 (2)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为 。 (3)工业上原料石英砂常用NH4Cl溶液浸泡除杂，实验室检验溶液中存在NH的操作与现象为 。 (4)写出制粗硅的化学方程式 。 (5)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和一种气体单质，该气体单质是 (填名称)；在制备高纯硅的过程中若混入O2，可能引起的后果是 (写出一种即可)。 (6)用100t含二氧化硅60%的石英矿，整个制备提纯过程硅元素损失了10%，最终获得高纯硅的质量为 (结果精确到小数点后一位)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题13 碳硅及其化合物【八大题型】 【新高考通用】 【知识点1 碳及其化合物】 2 【知识点2 硅及其化合物】 4 【知识点3 无机非金属材料】 5 【题型1 碳及其化合物的性质】 7 【题型2 硅及其化合物的性质和用途】 10 【题型3 传统无机非金属材料】 11 【题型4 新型无机非金属材料】 13 【题型5 高纯硅的制备】 15 【题型6 硅酸盐材料】 17 【题型7 二氧化碳的综合考查】 19 【题型8 硅和二氧化硅的综合考查】 20 【过关测试】 23 考点要求 真题统计 考情分析 1.了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。 2.结合实例认识碳、硅及其化合物性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化。 3．通过从材料组成和性质的角度对生活中常见的无机非金属材料进行分析，并能科学合理地使用。 2024浙江1月7题，3分； 2023湖北卷3题，3分； 2023辽宁卷3题，3分； 2023浙江1月7题，3分； 2023浙江6月1题，3分； 2023湖南卷1题，3分； 2022河北卷1题，3分； 2022广东卷3题，2分； 2022福建卷1题，4分； 2022山东卷18题，12分； 2022广东卷3题，2分； 2022江苏卷6题，3分； 本专题主要结合STSE，以能源、温室效应等为背景，考查碳、硅及其重要化合物的结构、性质及用途，无机非金属材料的应用。结合化学反应原理，考查滴定图像与盐类水解的应用；结合无机化工工艺流程，考查硅及其化合物的制备或硅酸盐的性质。预计2025年高考仍会延续这种考查方式，注意结合环境保护等新情境考查二氧化碳的资源化利用，还可能以新材料、新工艺为载体，考查碳、硅及其化合物的结构、性质及用途。 【思维导图】 【知识点1 碳及其化合物】 1.碳单质 存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。 (1) (2) (3) 2.碳的氧化物—CO、CO2 CO CO2 物理性质 无色无味气体，密度比空气略 小，难溶于水 无色无味气体，密度比空气大， 可溶于水(溶解度小) 毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应) 化学性质 还原性 可燃性，还原氧化铁 无(灭火) 氧化性 ①与炽热炭反应 ②Mg在CO2中燃烧 与水反应 无 CO2＋H2OH2CO3 与碱反应 无 Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O(检验CO2) 相互转化 CO2CO 用途 燃料，冶炼金属 灭火，制汽水，植物肥料，化工原料等 3.碳酸(H2CO3) 弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。 【归纳总结】检验CO2中是否存在CO的装置及作用 各装置的作用是： A——除去混合气体中的CO2 B——检验混合气体中CO2是否除尽 C——干燥气体 D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2 E——安全瓶，防倒吸 F——验证CO的氧化产物CO2 G——除去尾气中的CO，防止污染环境 确定混合气体中含有CO的实验现象： D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。 【知识点2 硅及其化合物】 1.单质硅和二氧化硅 硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐等化合态的形式存在于地壳中。 (1)单质硅 ①晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 ②高纯硅的制备： (2)二氧化硅的性质 ①晶体类型：共价晶体。 ②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 ③高温下，Na2CO3、CaCO3与SiO2反应制玻璃的化学方程式为： Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 ④与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 2.硅酸和硅酸盐 (1)硅酸 (2)硅酸盐——硅酸钠 ①性质 硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。写出下列反应的离子方程式： 与盐酸反应：SiO＋2H＋===H2SiO3↓。 与CO2水溶液反应：SiO＋H2O＋CO2(少量)===H2SiO3↓＋CO。 ②用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 【易错警示】 (1)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但石墨为导体、硅为半导体。 (2)非金属单质一般不与酸反应，但Si既能与NaOH溶液反应又能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (3)SiO2既能与酸(HF)反应，又能与碱(NaOH)反应，但SiO2不是两性氧化物，SiO2属于酸性氧化物。 (4)SiO2能与氢氟酸反应，故不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。 (5)SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 【知识点3 无机非金属材料】 1.硅酸盐材料 (1)陶瓷 陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。 (2)玻璃 普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。 (3)水泥 普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。 混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 2.新型无机非金属材料 (1)新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (2)新型陶瓷的种类与用途 材料类型 主要特性 示例 用途 高温结构 陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅与某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等 压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、声纳探伤器、点火器等 透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 可用于电力、交通、医疗等领域 (3)碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。 ①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 ②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 材料类型 性能 用途 碳纳米管 比表面积大，高强度，优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 电阻率低，热导率高，具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等 【题型1 碳及其化合物的性质】 【例1】下列有关碳及其化合物的说法正确的是(　　) A.CO2不是导致温室效应的主要气体 B.CO和CO2组成元素相同，所以他们的化学性质相同 C.金刚石、石墨是碳的单质，而C60是碳的化合物 D.在高温条件下，碳能使CO2转变成CO 【答案】D 【解析】A.CO2是导致温室效应的主要气体，A错误；B.CO和CO2组成元素相同，但它们分子组成不同，化学性质不相同，B错误；C.单质是指只含有一种元素的纯净物，故金刚石、石墨是碳的单质，C60也是碳的单质，C错误；D.在高温条件下，碳能使CO2转变成CO，CO2＋C2CO，D正确。 【变式1-1】科在20世纪90年代末，科学家发现碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关碳元素单质的说法错误的是(　　) A．金刚石和石墨的熔点肯定比C60高 B．熔点：C60＜C70＜C90 C．球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都不能与O2发生反应 D．金刚石以非分子形式的粒子存在，属于共价晶体；C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子以分子形式的粒子存在，属于分子晶体；这些碳单质互为同素异形体 【答案】C 【解析】金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，因此金刚石和石墨的熔点肯定比C60高，故A正确；分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，因此熔点：C60＜C70＜C90，故B正确。 【变式1-2】综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。 (1)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是________(填字母)。 A.可在碱性氧化物中寻找 B.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找 C.可在具有强氧化性的物质中寻找 (2)Li4SiO4可用于吸收、释放CO2，原理是在500 ℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700 ℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，写出CO2与Li4SiO4反应的化学方程式： ______________________________________________________________。 (3)如图所示，利用缺铁氧化物(如Fe0.9O)可实现CO2的综合利用、构建低碳环保社会。 ①过程Ⅰ反应中二氧化碳作________(填“氧化”或“还原”)剂，每生成3 mol的Fe3O4可转化CO2的体积为________(标准状况)。 ②请说明该转化的优点： _____________________________________。 【答案】(1)AB　(2)CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3　(3)①氧化　22.4 L　②将CO2转化为C和O2；利用了太阳能；Fe3O4可循环使用 【解析】(1)A项，Li2O、Na2O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在碱性氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故A正确；B项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，锂与钠、镁为ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故B正确；C项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原反应无关，故C错误。(2)在500 ℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3，所以化学方程式为CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3。(3)根据图示可知，Fe0.9O可以将CO2转化为Fe3O4和C，过程Ⅰ反应的化学方程式为10Fe0.9O＋CO2===3Fe3O4＋C，可知生成3 mol的Fe3O4消耗1 mol CO2，而Fe3O4又在太阳能高温作用下分解为Fe0.9O和氧气，可实现铁的氧化物的循环利用。 【变式1-3】某混合气体可能由O2、CO、CO2中的一种或几种组成，为确定其组成，在老师的指导下，化学实验小组的同学对该混合气体的组成进行了如图的探究实验： 【查阅资料】　脱氧剂(还原铁粉能够吸收氧气和水蒸气)。 【实验设计】　用如图所示的装置进行实验(已略去夹持装置)。 【实验步骤】　①检查装置气密性；②先通入一定量的氮气之后；③再通入该混合气体，点燃酒精灯。 【实验现象】　步骤③实验过程中，A装置中无明显现象，B和F装置均出现白色沉淀，E装置中黑色粉末变成了红色。 (1)【实验结论】　该混合气体由________组成。 【实验反思】 (2)B、C装置的作用分别是______、__________。 (3)步骤②先通入一定量氮气的目的是_________________________________________。 (4)E装置中氧化铜粉末发生反应的化学方程式为_____________________________________。 (5)F中需要处理的尾气主要成分是________，具体处理方法可以是________________。 【答案】(1)一氧化碳和二氧化碳 (2)检验二氧化碳气体　除去二氧化碳气体 (3)排尽装置中原有的空气 (4)CO＋CuOCu＋CO2 (5)一氧化碳　点燃或收集 【解析】根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中出现黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应中生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳。故该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。(1)由分析知该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。(2)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊， B装置作用为检验二氧化碳气体；氢氧化钠和二氧化碳反应，且氢氧化钠溶液浓度较大，能除去气体中的二氧化碳，故C装置的作用是除去CO2气体。(3)因为装置内含有空气，空气中含有氧气和二氧化碳等气体，如果不除去空气，会影响氧气和二氧化碳的检验，所以步骤②通入一定量氮气的目的是排尽装置中原有的空气。(4)E装置中，一氧化碳和氧化铜粉末在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为：CO＋CuOCu＋CO2。(5)一氧化碳有毒，会污染空气，一氧化碳具有可燃性可以点燃或收集处理。 【题型2 硅及其化合物的性质和用途】 【例2】下列叙述正确的是(　　) A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似 B.因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 D.SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物 【答案】C 【解析】CO2的熔、沸点低，可溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体，脱离反应体系，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3弱，B错；SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。 【变式2-1】二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是(　　) ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ②SiO2＋2CSi＋2CO↑ ③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ ⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑ a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃 b．反应②中SiO2表现出氧化性 c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性 d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理 e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应 A．ace B．bde C．cde D．ab 【答案】B 【解析】通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4价和＋2价，硅和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断正确。 【变式2-2】下列关于硅及其化合物的描述中正确的是(　　) A.SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维 B.在给定条件下，下列物质间转化可实现：CaCO3CaOCaSiO3 C.硅太阳能电池工作时，光能转化成电能，该过程与氧化还原反应有关 D.在给定条件下，下列物质间转化可实现：SiO2SiCl4Si 【答案】B 【解析】SiO2可用于制造光导纤维的原因是其导光性能好，与硬度无对应关系，A错误；CaCO3高温分解生成CaO，CaO与SiO2在高温时反应生成CaSiO3，B正确；硅太阳能电池工作时，利用半导体的光电效应，将光能转化为电能，与氧化还原反应无关，C错误；SiO2不能与盐酸反应，D错误。 【变式2-3】下列物质转化正确的是(　　) A.SiSiO2Na2SiO3H2SiO3 B.SiSiO2H2SiO3 C.H2SiO3SiO2SiCl4 D.石英砂粗硅SiCl4高纯度硅 【答案】D 【解析】硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，A错误；二氧化硅不溶于水，且不与水反应，B错误；二氧化硅与盐酸不反应，C错误。 【题型3 传统无机非金属材料】 【例3】水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程： 下列说法正确的是(　　) A.原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值 B.操作A与操作B完全相同 C.该流程中硅元素的化合价发生改变 D.反应器中发生的反应为氧化还原反应 【答案】A 【解析】A项，稻壳灰来源广泛，价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有元素化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。 【变式3-1】Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是(　　) A.可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O B.具有吸水性，需要密封保存 C.能与SO2反应生成新盐 D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2 【答案】D 【解析】Ca3SiO5可看作CaSiO3·2CaO，它与NH4Cl固体混合加热，反应生成CaSiO3、CaCl2、NH3和H2O，A正确；Ca3SiO5能够吸水，故需要密封保存，B正确；由于H2SO3的酸性强于H2SiO3，Ca3SiO5与SO2反应可生成CaSO3，C正确；Ca3SiO5与足量盐酸作用，析出H2SiO3沉淀，故所得固体产物主要是H2SiO3，D错误。 【变式3-2】陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 【答案】A 【解析】“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。 【变式3-3】有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是(　　) 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 【答案】D 【解析】晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片，二氧化硅可用于制造光导纤维，A不正确；玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，但不能用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰，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，不属于硅酸盐，C不正确；硅酸盐Na2Fe2Si3O9可用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2，D正确。 【题型4 新型无机非金属材料】 【例4】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示： 下列有关说法正确的是(　　) A.石墨烯是一种新型化合物 B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物 C.二者和石墨都是碳的同素异形体 D.氧化石墨烯具有一定的亲水性 【答案】D 【解析】石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。 【变式4-1】碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是(　　) A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性 B.碳纳米管拥有极高的熔点 C.纳米管是一种新型有机纳米材料 D.纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成 【答案】C 【解析】A.纳米管孔径较大，有很强的吸附作用，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性，故A正确；B.碳纳米管上每个碳原子采取sp2杂化，相互之间以碳－碳σ键结合起来，所以熔点高，故B正确；C.碳纳米管只由碳原子构成，属于单质，不是有机化合物，故C错误；D.碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，故D正确。 【变式4-2】氮化硅常用于制造耐高温管、切削工具。某小组以石英砂为原料制备氮化硅的微型流程如图1所示： 下列叙述正确的是( ) A．反应①的氧化产物为CO2 B．粗硅中可能含有金刚砂 C．反应③中的NH3可通过加热NH4Cl制备 D．反应③的尾气可用图2所示装置吸收 【答案】B 【解析】A项，反应①中焦炭是还原剂，被氧化，生成氧化产物CO，A错误；B项，金刚砂是SiC，焦炭与二氧化硅在高温下发生副反应生成SiC和CO，B正确；C项，加热NH4Cl分解生成NH3和HCl，两者在温度降低时又重新化合成NH4Cl，制取NH3不能通过加热NH4Cl制备，C错误；D项，反应③的尾气用图2所示装置吸收容易产生倒吸现象，D错误；故选B。 【变式4-3】氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示： 其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。 请回答下列问题： (1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：______________________。 (2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是____________(填序号)。 (3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为____________。 (4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：_______________________________。 【答案】(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (2)①②　(3)Si3N4 (4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl 【解析】(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒定律求得：3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。 【题型5 高纯硅的制备】 【例5】高纯硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法制备： SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯) 下列说法不正确的是(　　) A.步骤①的化学方程式：SiO2＋2CSi＋2CO↑ B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4mol电子 C.步骤③中的反应为氧化还原反应 D.高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO2是制造太阳能电池的基本原料 【答案】D 【解析】A项，步骤①的化学方程式：SiO2＋2CSi＋2CO↑，故A正确；B项，依据方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑可知，反应中硅从＋4价降为0价，每生成1 mol Si，转移4mol电子，故B正确；C项，步骤③氢气与三氯化氢硅反应生成硅和氯化氢，氢、硅元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故C正确；D项，硅为良好的半导体材料，是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅具有良好的光学特性，是制造光导纤维的基本原料，故D错误。 【变式5-1】科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示： 容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是(　　) A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B．①和②互为可逆反应 C．该流程中需要隔绝空气 D．粗硅制备不能通过SiO2SiCl4Si实现 【答案】B 【解析】A项，反应②中生成的HCl在反应①中循环利用，反应①中生成的H2在反应②中循环利用，正确；B项，反应①与反应②的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C项，高温条件下，Si、SiHCl3、H2都与O2反应，故需隔绝空气，正确；D项，SiO2不与HCl反应，不能通过上述途径制硅，正确。 【变式5-2】实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是(　　) A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰酸钾溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备氨 【答案】C 【解析】本题制备高纯硅，反应H2＋SiHCl3Si＋3HCl应在装置Ⅳ中进行，装置Ⅰ的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，因此在水浴中加热，故A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危险，故B错误；硅不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被H2O2氧化成Fe3＋，Fe3＋与KSCN溶液反应，溶液变红色，可以鉴定是否含有铁单质，故C正确；用稀NaOH溶液制备氨，需要加热，装置Ⅰ中没有加热装置，因此不能制备氨，故D错误。 【题型6 硅酸盐材料】 【例6】辽宁省博物馆是新中国建立的第一座博物馆，藏品总量达11.5万件，以辽宁地区考古出土文物和传世的历史艺术类文物为主体。下列藏品的主要材质属于硅酸盐的是 藏品 选项 A B C D 【答案】B 【解析】九霄木环佩琴的主要材质属于纤维素，A项错误；白瓷盘口长颈注壶的主要材质属于硅酸盐，B项正确；花树状金饰的主要材质属于金属，C项错误；“圉”铜簋的主要材质属于金属，D项错误。故选B。 【变式6-1】广东是岭南文化中心地、海上丝绸之路发祥地、中国近代民主革命策源地，拥有丰富的文化遗产资源。下列指定物品主要成分中不是由硅酸盐材料制成的是 文物 名称 陈慈簧故居特色花砖 南海1号印花陶罐 潮汕工夫茶茶具 金漆木雕大神龛 选项 A B C D 【答案】D 【解析】陈慈簧故居特色花砖主要成分为硅酸盐材料，A不符合；南海1号印花陶罐为陶瓷制品，属于硅酸盐材料，B不符合；潮汕工夫茶茶具为陶瓷制品，属于硅酸盐材料，C不符合；金漆木雕大神龛材料为木材，主要成分为纤维素，是有机高分子，不属于硅酸盐材料，D符合；故选D。 【变式6-2】中国饮食文化源远流长。下列与餐具有关的历史文物中，主要材质属于硅酸盐制品的是 A．战国水晶杯 B．殷商青铜酒爵 C．元青花盘 D．明朝玛瑙包金兽柄勺 【答案】C 【解析】战国水晶杯，主要成分为SiO2，A不符合题意；青铜是铜合金，属于金属材料，不属于硅酸盐制品，B不符合题意；元青花盘是陶瓷材料，主要成分是硅酸盐，属于硅酸盐制品，C符合题意；明朝玛瑙包金兽柄勺的主要成分是玛瑙和金，玛瑙主要成分为二氧化硅，不属于硅酸盐制品，D不符合题意；故选C。 【变式6-3】广东省博物馆有馆藏文物18万余件。下列文物中，主要由硅酸盐材料制成的是 A B C D A．西周兽面纹青铜盉 B．元海康窑釉下褐彩凤鸟纹荷叶盖罐 C．北宋庆历八年木雕罗汉像 D．清蓝绸地广绣花鸟纹披肩 【答案】B 【解析】西周兽面纹青铜盉的材料是合金，A不符合题意；元海康窑釉下褐彩凤鸟纹荷叶盖罐是陶瓷，主要成分是硅酸盐，B符合题意；北宋庆历八年木雕罗汉像属于木制品，C不符合题意；清蓝绸地广绣花鸟纹披肩的主要成分为蛋白质，不是硅酸盐，D不符合题意；故选B。 【题型7 二氧化碳的综合考查】 【例7】中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A．捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2 B．环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶 C．反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质 D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2 【答案】B 【解析】NaOH溶液喷成雾状，可增大反应接触面积，提高CO2吸收率，A正确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再高温煅烧，故基本操作不是蒸发结晶，B错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环利用，C正确；Na2CO3可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D正确。 【变式7-1】海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球气候变化的关键控制环节。下图为海洋中碳循环的简单原理图。下列说法错误的是(　　) A．海洋碳循环过程中能将太阳能转化为化学能 B．钙化释放CO2的离子方程式：2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O C．影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等 D．光合作用，每生成0.1 mol (CH2O)x转移电子数为4NA(NA表示阿伏加德罗常数的值) 【答案】D 【解析】由题图知，CO2在弱碱性条件下转化成Na2CO3、NaHCO3，遇氯化钙发生反应：2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，钙化生成CaCO3沉淀同时释放CO2，再经光合作用，形成有机物参与海洋碳循环。此过程中能将太阳能转化为化学能，故A正确；温度高或酸性条件下，二氧化碳在水中溶解度小，所以影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等，故C正确；光合作用，碳由＋4价降为0价，每生成0.1 mol (CH2O)x转移电子数为0.4xNA，故D错误。 【变式7-2】杭州亚运会开幕式主火炬选择甲醇点燃，彰显了绿色亚运的主题。下图为绿色甲醇生态示意图。下列有关说法错误的是 A．太阳能制氢中太阳能电池板主要材料为单晶硅 B．二氧化碳烟气转化为液体燃料符合“碳中和”理念 C．汽车中使用的甲醇燃料电池放电时化学能转化为电能 D．燃油汽车排放的CO和NO尾气是汽油不充分燃烧产生的 【答案】D 【解析】A．硅可以做半导体，即太阳能制氢中太阳能电池板主要材料为单晶硅，A正确； B．二氧化碳烟气转化为液体燃料，减少了二氧化碳，符合“碳中和”理念，B正确； C．原电池放电时化学能转化为电能，C正确； D．燃油汽车排放的CO是汽油不充分燃烧产生的，NO是氮气与氧气高温或者电子点火时产生的，D错误； 故选D。 【题型8 硅和二氧化硅的综合考查】 【例8】多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。下图为第三代工业制取多晶硅流程，已知图中的Y在Z中燃烧产生苍白色火焰。 下列说法错误的是 A．Y、Z分别为H2、Cl2 B．焦炭和石英制取粗硅的反应为：SiO2+2CSi+2CO↑ C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中氢元素的化合价为+1 D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应 【答案】C 【分析】饱和食盐水电解生成氢氧化钠、氢气和氯气，焦炭与二氧化硅反应生成粗硅与一氧化碳，氢气、氯气反应生成氯化氢，粗硅和氯化氢作用、并经提纯后得SiHCl3，再用氢气还原SiHCl3得到多晶硅； 【解析】电解饱和食盐水得到氢气、氯气和氢氧化钠，其中H2在Cl2中燃烧产生苍白色火焰，而且Y具有还原性，所以Y、Z分别为H2、Cl2，故A正确；高温下，焦炭和石英反应得到粗硅、CO，反应为：SiO2+2CSi+2CO↑，故B正确；SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl， SiHCl3中硅元素的化合价为+4价，Cl是-1价，反应前后二者化合价不变，SiHCl3中H是-1价，-1价氢与水中+1价氢发生归中反应得到氢气，故C错误；氢气与SiHCl3制备多晶硅的反应方程式为：SiHCl3+H2=Si+3HCl，反应物是单质和化合物，生成物是另一种单质和化合物，属于置换反应，故D正确；故选C。 【变式8-1】三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为-126.5℃，易水解。实验室根据反应Si+3HClSiHCl3+H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题： (1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有砫粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为_____；判断制备反应结束的实验现象是_____。图示装置存在的两处缺陷是_____。 (2)已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓溶液中发生反应的化学方程式为_____。 (3)采用如下方法测定溶有少量的SiHCl3纯度。 m1g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①_____，②_____(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为_____(填标号)。测得样品纯度为_____(用含m1、m2的代数式表示)。 【答案】(1) 检查装置气密性 当管式炉中没有固体剩余时 C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置 (2)SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O (3) 高温灼烧 冷却 AC 【解析】氯化氢气体通入浓硫酸干燥后，在管式炉中和硅在高温下反应，生成三氯甲硅烷和氢气，由于三氯甲硅烷沸点为31.8℃，熔点为-126.5℃，在球形冷凝管中可冷却成液态，在装置C中收集起来，氢气则通过D装置排出同时D可处理多余吸收的氯化氢气体。(1)制备SiHCl3时，由于氯化氢、SiHCl3和氢气都是气体，所以组装好装置后，要先检查装置气密性，然后将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中，通入氯化氢气体，排出装置中的空气，一段时候后，接通冷凝装置，加热开始反应，当管式炉中没有固体剩余时，即硅粉完全反应，SiHCl3易水解，所以需要在C、D之间加一个干燥装置，防止D中的水蒸气进入装置C中，另外氢氧化钠溶液不能吸收氢气，需要在D后面加处理氢气的装置；(2)已知电负性Cl＞H＞Si，则SiHCl3中氯元素的化合价为-1，H元素的化合价为-1，硅元素化合价为+4，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，要发生氧化还原反应，得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为：SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O；(3)m1g样品经水解，干燥等预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干燥器中冷却后，称量，所用仪器包括坩埚和干燥器，所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2g，则二氧化硅的物质的量为n(SiO2)=，样品纯度为=。 【变式8-2】高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图： 已知：①流化床反应器内的主反应：Si＋3HClSiHCl3＋H2； ②还原炉内的主反应：SiHCl3＋H2Si＋3HCl； ③SiHCl3极易水解：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。 回答下列问题： (1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是__________(填字母)。 A．Al B．Al2O3 C．CuO D．NaHCO3 SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为_____________。 (2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为_________________________________________。 若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为______________。 (3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是________________________________(答出两条即可)。 (4)流化床反应器中除SiHCl3外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用蒸馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是__________________。 (5)上述操作流程中可以循环利用的物质是_________________________________________。 【答案】(1)BD　　(2)SiO2＋2CSi＋2CO↑　1∶2　(3)防止SiHCl3发生水解；防止硅被氧化；防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条即可)　(4)各组分沸点相差较大　(5)H2、HCl 【解析】(1)铝与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4]和氢气，故A不符合题意；氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4]，故B符合题意；氧化铜与氢氧化钠溶液不反应，故C不符合题意；碳酸氢钠与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，故D符合题意。SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸为HF，HF属于共价化合物，其电子式为。(2)二氧化硅与碳在高温条件下反应生成粗硅和CO：SiO2＋2CSi＋2CO↑，石英砂和焦炭生成SiC的反应为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，C元素化合价由0价降低为－4价，由0价升高为＋2价，C既是氧化剂又是还原剂，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。 【基础题】 1．（2024·广东江门·三模）近年来，各地有趣的博物馆藏品频频出圈，下列藏品中，主要由硅酸盐制成的是 A．云纹铜五柱器 B．李先芳夫人银香盒 C．长沙窑狮形镇纸 D．商青铜鸮卣 【答案】C 【解析】A．铜属于金属材料，故A错误； B．银属于金属材料，故B错误； C．长沙窑狮形镇纸是长沙窑釉下彩绘陶瓷，属于硅酸盐，故C正确； D．青铜属于金属材料，故D错误； 故选C。 2．（2024·广西河池·一模）化学在“国之重器”的打造中发挥着重要作用。下列说法错误的是 A．国产大飞机C919使用的芳纶蜂窝材料属于有机高分子材料 B．北斗卫星导航系统装载高精度Rb原子钟，与的物理性质相同 C．量子通信技术中传输介质的光纤，其主要成分为二氧化硅 D．“鲲龙”水陆两栖飞机所用的航空煤油可由石油分馏得到 【答案】B 【解析】A．芳纶蜂窝材料属于有机高分子材料，A正确； B．85Rb和87Rb的质子数相同、中子数不同，互为同位素，同位素的化学性质几乎完全相同，物理性质不同，B错误； C．量子通信技术中作为传输介质的光纤，其主要成分为二氧化硅，C正确； D．航空煤油是石油分馏产品，D正确； 故选B。 3．（23-24高三·广西梧州·期中）下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是 A．用于北京冬奥会礼仪服智能发热的石墨烯属于无机非金属化合物 B．门窗玻璃、混凝土桥墩、水晶镜片均含有 C．碳化硅俗称金刚砂，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温半导体材料 D．高纯硅可用作半导体材料 【答案】A 【解析】A．石墨烯为碳单质，不属于化合物，A错误； B．玻璃、混凝土桥墩中的沙子、水晶镜片均含有，B正确； C．碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化，高纯度的碳化硅，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维，C正确； D．硅为良好的半导体材料，高纯硅常用作半导体材料，D正确； 故选A。 4．（24-25高三上·湖南岳阳·期中）硅被誉为信息革命的“催化剂”。高纯硅的制备简易流程如图。下列叙述正确的是 A．反应①的生成物有CO2、SiC B．反应②发生置换反应生成SiHCl3和H2 C．已知SiHCl3中H显﹣1价，则反应③中氧化剂是SiHCl3，还原剂是H2 D．制得的高纯硅可用于制造光导纤维 【答案】B 【解析】A．SiO2在高温条件下与焦炭反应生成Si和CO，A错误； B．Si和HCl反应生成SiHCl3和H2，属于置换反应，B正确； C．已知SiHCl3中H显﹣1价，SiHCl3和H2生成Si和HCl，Si元素化合价下降，H元素化合价上升，SiHCl3既做氧化剂又做还原剂，C错误； D．制造光导纤维的材料是二氧化硅，D错误； 故答案为：B。 5．（23-24高三上·云南德宏·期末）化学与生活、生产密切相关，下列说法正确的是 A．华为手机mate60使用的麒麟9000s芯片，其主要成分是二氧化硅 B．汽车尾气处理有助于改善城市空气质量，有利于实现碳中和 C．利用X射线衍射实验，可对玻璃制的假玉石进行无损鉴定 D．《本草纲目》载有名为“铜青”之药物，铜青是铜器上的绿色物质，即为青铜 【答案】C 【解析】A．芯片，其主要成分是硅单质，故A错误； B．汽车尾气处是减少硫氮氧化物的排放，有助于改善城市空气质量，但不是减少二氧化碳的排放，不利于实现“碳达峰、碳中和”，故B错误； C．利用X射线衍射实验可区分晶体和非晶体，玻璃为非晶体，可对玻璃制的假玉石进行无损鉴定，故C正确； D．铜青是铜器上的绿色物质为碱式碳酸铜，青铜为合金，故D错误； 故答案为：C。 6．（24-25高三上·江苏南通·期中）材料在生产生活中起着重要作用，下列属于新型无机非金属材料的是 A．钢化玻璃 B．醋酸纤维 C．氮化硅陶瓷 D．聚四氟乙烯 【答案】C 【解析】A．钢化玻璃与普通玻璃的成分相同，是传统无机非金属材料，A错误； B．醋酸纤维是高分子材料，B错误； C．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，C正确； D．聚四氟乙烯是高分子材料，D错误； 故选C。 7．（23-24高三上·河南洛阳·期末）氮化硅熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。氮化硅工业上可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过反应制备，生成物中除了氮化硅还有一氧化碳。下列说法错误的是 A．氮化硅的化学式为Si3N4 B．氮化硅是一种无机非金属材料 C．氮化硅可用于制作坩埚、高温轴承、刀具和用作建筑陶瓷 D．制备氮化硅时每生成11.2L一氧化碳(标准状况)，理论上能生成氮化硅约11.7g 【答案】C 【解析】A．Si是＋4价，N是－3价，氮化硅的化学式为 Si3N4，选项A正确； B．氮化硅是一种无机非金属材料，选项B正确； C．氮化硅生产成本较高，不适合用作建筑陶瓷，选项C错误； D．氮化硅工业制法：3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO，每生成11.2 L 一氧化碳(标准状况)，即0.5molCO，理论上能生成氮化硅约0.083mol约11.7g，选项D正确； 答案选C。 8．（2024·广东·三模）2024年2月第十四届全国冬季运动会在内蒙古召开，见证了中国冰雪运动的“热辣滚烫”。下列说法不正确的是 A．场馆的照明、运行均由光伏发电和风力发电提供，有利于实现碳达峰 B．速滑竞赛所使用的滑冰冰刀，刀刃多由优质高碳钢制成，高碳钢是一种常见的合金 C．冬运会场馆建设大量使用到了太阳能，太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 D．冬运会采用了先进的二氧化碳制冰技术，比传统制冷剂氟利昂更加环保 【答案】C 【解析】A．光伏发电能减少燃煤的使用，减少CO2的排放，有利于实现碳达峰，A正确； B．高碳钢是常见的铁合金，B正确； C．太阳能电池板的主要材料是晶体硅，C错误； D．二氧化碳制冰技术，能减少氟利昂的排放，能减缓臭氧空洞的生成，D正确； 答案选C。 9．（24-25高三上·浙江杭州·期中）关于反应，下列说法正确的是 A．发生氧化反应 B．若该反应生成22.4L CO，则生成Si的质量为14g C．该反应中每消耗1mol，转移4mol电子 D．由该反应可知非金属性： 【答案】C 【解析】A．二氧化硅中Si元素的化合价由+4价变为0价，被还原，发生还原反应，故A错误； B．没有说明标准状况，无法确定22.4L CO的物质的量，从而无法计算生成的硅的量，故B错误； C．1molSiO2参与反应时，需要1molC作氧化剂，则转移电子的物质的量= 1mol × (4-0) =4mol，故C正确； D．根据元素周期表可知，同主族从上而下非金属性减弱，还原性增强，还原性：，反应能进行是因为高温条件下产生CO气体，故D错误；故选C。 10．（23-24高三上·广东汕头·期末）已知粗硅提纯时发生反应：，设为阿伏加德罗常数。下列有关说法正确的是 A．晶体硅中含有的非极性键数目为 B．标况下，参与反应时，转移电子数目为 C．盐酸溶液中含有数目为 D．硅单质常用作光导纤维，以传递光信号 【答案】A 【解析】A．晶体硅的物质的量为1mol，含有Si-Si键的数目为，A正确； B．根据化学方程式可知，每消耗1molH2，转移2mol电子，的物质的量为1mol，则转移的电子数为，B错误； C．盐酸体积未知，无法计算的数目，C错误； D．光导纤维的主要成分为SiO2，D错误； 故选A。 【提升题】 11．（24-25高三上·安徽·期中）晶体硅是电脑芯片、太阳能电池板的重要材料，西门子法制备高纯度硅的化学方程式为：①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑；②Si(粗)+3HClSiHCl3+H2；③SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl，下列说法正确的是 A．反应①说明C的非金属性强于Si B．①②③均属于氧化还原反应 C．②属于离子反应 D．③属于复分解反应 【答案】B 【分析】①，属于氧化还原反应、置换反应； ②，属于氧化还原反应、置换反应； ③，属于氧化还原反应、置换反应； 故①②③均属于氧化还原反应、置换反应。 【解析】A．反应①中二氧化硅在反应中失去氧元素，被还原，是氧化剂；碳在反应中得到氧元素，被氧化，是还原剂，还原剂C的还原性大于还原产物Si，但不能说明其非金属性强弱关系，A错误； B．①②③均属于氧化还原反应，B正确； C．离子反应事在水溶液发生的，所以②不属于离子反应，C错误； D．③中有元素化合价的升降，不属于复分解反应，D错误； 故选B。 12．（24-25高三上·山东淄博·期中）由SiO2制备高纯度硅的工业流程如图所示： 下列说法错误的是 A．SiO2与纯硅都是硬度大、熔沸点高的物质 B．X为CO气体 C．反应②产生的H2与反应③产生的HCl可以循环使用 D．反应①②③均为在高温条件下的非氧化还原反应 【答案】D 【解析】A．SiO2和Si都是原子晶体，硬度大、熔沸点高，A正确； B．二氧化硅与碳单质反应生成硅单质和一氧化碳，B正确； C．由生产高纯硅的流程示意图可知，H2和HCl既是反应物，又是生成物，所以可重复利用的物质是H2和HCl，C正确； D．根据题目所给示意图分析，反应①中，反应②中，反应③中，三个反应均发生氧化还原反应，D错误；故选D。 13．（23-24高三上·福建厦门·期中）宏观辩识与微观探析是化学学科核心素养之一，下列化学变化对应的离子方程式正确的是 A．少量通入到NaClO溶液中： B．向含氯化铁的氯化镁溶液中加入氧化镁： C．用氢氟酸生产磨砂玻璃的反应： D．向溶液加入适量溶液至恰好完全沉淀： 【答案】B 【解析】A．二氧化硫具有比较强的还原性、次氯酸根具有比较强的氧化性，少量通入到NaClO溶液中，发生氧化还原反应，由于次氯酸根过量，生成的氢离子会和次氯酸根结合生成次氯酸，其离子方程式为，故A错误； B．氯化铁和氯化镁为强酸弱碱盐，其溶液呈酸性，所以向含氯化铁的氯化镁溶液中加入氧化镁，氧化镁和氯化铁溶液反应生成氢氧化铁和氯化镁，其反应的离子方程式为，故B正确； C．磨砂玻璃中的二氧化硅能和氢氟酸反应，生成SiF4和H2O，由于氢氟酸为弱酸，不能拆开写，故C错误； D．向溶液加入适量溶液至恰好完全沉淀，反应的离子方程式为，故D错误；故选B。 14．（2024·辽宁·三模）硼氢化锰是有潜力的储氢材料。以富锰渣(主要为MnO，还含有、、FeO)为原料制备硼氢化锰的工艺流程如下。下列说法错误的是 A．滤渣1和滤渣2均可与NaOH溶液反应 B．试剂1可用，试剂2可用 C．还原能力： D．能与稀盐酸反应生成，化学方程式为： 【答案】A 【分析】由流程可知，加入盐酸酸浸，过滤分离出滤渣1为SiO2，滤液1含Mn2+、Fe2+、Al3+等，向滤液1中加入试剂1，根据不引入新的杂质原则可知，可以为MnO2，将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Mn2+，加入试剂2调节pH，过滤分离出滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3，根据不引入新的杂质原则可知，可以为碳酸锰，滤液2经过系列操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到氯化锰，最后与NaBH4反应生成Mn(BH4)2，以此来解答。 【解析】A．由分析可知，滤渣1为SiO2，属于酸性氧化物，能与NaOH反应，滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3，Al(OH)3可与NaOH溶液反应，但Fe(OH)3不能与NaOH溶液反应，A错误； B．由分析可知，试剂1可用，将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Mn2+，试剂2可用，调节pH，过滤分离出滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3，B正确； C．已知B的电负性大于Al，则中共用电子对偏向H的程度比中更大，即中H显的负电性比中更多，且Al的原子半径比B大，导致Al-H的极性比B-H的强，Al-H比B-H更容易断裂，故还原能力：，C正确； D．Mn(BH4)2能与稀盐酸反应生成H3BO3，该反应的化学方程式为Mn(BH4)2+2HCl+6H2O=MnCl2+8H2↑+2H3BO3，D正确；故选A。 15．（23-24高三·云南昆明·期中）二氧化硅又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，部分转化过程如图所示。 回答下面问题： (1)碳元素和硅元素都位于周期表的 族，非金属性较强的是 (填元素符号)。工业上制备粗硅的反应：，该反应能否比较碳和硅元素的非金属性强弱 (填“是”或“否”)。利用上述转化关系，再写出一种能比较碳和硅元素的非金属性强弱的方程式 。 (2)光导纤维是一种良好的通讯材料，其成分是 (填化学式)，高纯硅是制造半导体芯片的基础原材料，由上述转化关系可知，工业上利用氢气制备高纯硅的化学方程式为 。 (3)NaOH溶液需要盛放在有橡胶塞的试剂瓶中，原因 (用化学方程式表示，下同)，利用HF溶液可以在玻璃表面上写字作画，原因是 。 (4)SiC是一种新型无机非金属材料，半导体领域未来代替硅基芯片的一种新型原材料，SiC属于 (填“离子”戒“共价”)化合物。 【答案】(1) IVA C 否 (2) (3) (4)共价 【解析】（1）碳元素和硅元素都位于周期表的ⅣA族，同主族元素从上到下，非金属性减弱，非金属性较强的是C。工业上制备粗硅的反应：；工业上因为该反应产生的CO是气体，CO离开体系后，反应持续正向进行，所以制备粗硅的反应不能比较出碳和硅元素的非金属性强弱；将CO2通入硅酸盐溶液中，可制取出比碳酸酸性还弱的硅酸，就可证明非金属性C>Si，其反应方程式为Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓； （2）SiO2可用来制做光导纤维；工业上利用氢气和四氯化硅来制备高纯硅，其化学方程式为SiCl4+2H2Si+4HCl； （3）玻璃中的成分SiO2能和NaOH发生反应，产生具有粘性的硅酸钠，玻璃塞粘在瓶口不能被打开，其反应原理是2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O；HF和SiO2反应方程式为SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O； （4）SiC是两种不同的非金属元素通过共价键构成的共价化合物。 16．（23-24高三·广东·期中）无机非金属元素在化工生产中扮演着重要的角色，请利用相关知识回答下列问题。三氯硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下： 已知：i．石英砂主要成分是SiO2； ii．三氯硅烷易被氧化 (1)硅在元素周期表中的位置是 。 (2)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为 。 (3)工业上原料石英砂常用NH4Cl溶液浸泡除杂，实验室检验溶液中存在NH的操作与现象为 。 (4)写出制粗硅的化学方程式 。 (5)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和一种气体单质，该气体单质是 (填名称)；在制备高纯硅的过程中若混入O2，可能引起的后果是 (写出一种即可)。 (6)用100t含二氧化硅60%的石英矿，整个制备提纯过程硅元素损失了10%，最终获得高纯硅的质量为 (结果精确到小数点后一位)。 【答案】(1)第三周期第ⅣA族 (2)4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O (3)实验室检验溶液中存在NH的操作与现象为：取少量溶液于试管中，加入氢氧化钠溶液并加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，观察到试纸变蓝(或蘸浓盐酸出现白烟)，证明溶液中含 (4) (5) 氢气 氧气会氧化，氧气与氢气混合引起爆炸 (6)25.2t 【解析】（1）硅在周期表中的位置是第三周期第ⅣA族； （2）工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O； （3）取少量溶液于试管中，加入氢氧化钠溶液并加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，观察到试纸变蓝(或蘸浓盐酸出现白烟)，证明溶液中含； （4）制粗硅中二氧化硅和碳在高温条件下反应生成一氧化碳和硅，化学方程式：； （5）①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和一种气体单质，反应方程式为：SiHCl3+3H2O==H2SiO3+3HCl+H2↑，该气体单质是氢气； ②在制备高纯硅的过程中若混入O2，可能引起的后果是氧气会氧化，氧气与氢气混合引起爆炸； （6）100t含二氧化硅60%的石英矿， 二氧化硅的质量为60t，二氧化硅中硅的质量为60t *28/28+16*2=28t，整个制备提纯过程硅元素损失了10%，最终获得高纯硅的质量为28t*（1-10%）=25.2t。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$