2027届高三一轮复习专项训练：碳、硅及其化合物与无机非金属材料

正确的方向+方法+坚持不懈的努力=目标成绩 2027届高三一轮复习：碳、硅及其化合物与无机非金属材料 知识点回顾： 一、碳单质及其化合物 1.碳的同素异形体：金刚石（空间网状结构，硬度最大、不导电）、石墨（层状结构，质软、能导电导热）、C₆₀（分子，形似足球）、石墨烯（单层碳原子）、碳纳米管（管状）。它们都由碳元素组成，互为同素异形体；同素异形体之间的转化是化学变化。 2.碳单质的化学性质：常温下很稳定，高温时具有还原性。①足量O₂中：C＋O₂＝ (点燃)CO₂；②氧气不足：2C＋O₂＝ (点燃)2CO；③C＋CO₂＝ (高温)2CO（吸热，冶金中用于把CO₂转化为CO）；④C＋2CuO＝ (高温)2Cu＋CO₂↑；⑤C＋H₂O(g)＝ (高温)CO＋H₂（制水煤气）。 3.CO：无色无味的有毒气体（与血红蛋白结合使人中毒），具有可燃性和还原性——2CO＋O₂＝ (点燃)2CO₂、CO＋CuO＝ (△)Cu＋CO₂。CO 不溶于水，是冶金工业中重要的还原剂。 4.CO₂：典型的酸性氧化物。CO₂＋H₂O ⇌ H₂CO₃（碳酸不稳定，只存在于溶液中）；CO₂＋2NaOH＝Na₂CO₃＋H₂O（NaOH足量）、CO₂＋NaOH＝NaHCO₃（CO₂足量）；CO₂＋Ca(OH)₂＝CaCO₃↓＋H₂O（检验CO₂）；CO₂＋CaCO₃＋H₂O＝Ca(HCO₃)₂（溶洞、石笋的形成）。CO₂ 还是光合作用的原料，过量排放会引起温室效应。 5.碳酸钠与碳酸氢钠：①溶解性（同温）：Na₂CO₃＞NaHCO₃；②热稳定性：Na₂CO₃＞NaHCO₃，2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑；③与盐酸反应的速率：NaHCO₃＞Na₂CO₃；④NaHCO₃ 能与碱反应：NaHCO₃＋NaOH＝Na₂CO₃＋H₂O，而 Na₂CO₃ 不能与 NaOH 反应；⑤鉴别方法：加热法（能产生使石灰水变浑浊的气体的是NaHCO₃）、加CaCl₂（或BaCl₂）溶液（产生白色沉淀的是Na₂CO₃）、逐滴滴加盐酸（立即产生气体的是NaHCO₃）。 6.用途：CO₂ 用于灭火、干冰用于人工降雨和冷藏食品；CO 用作燃料和冶金还原剂；碳（焦炭）用作冶金还原剂；NaHCO₃ 用于焙制糕点、治疗胃酸过多、作泡沫灭火器原料；Na₂CO₃ 用于制玻璃、造纸、洗涤剂。 典型例题： 例1．下列关于碳单质及其同素异形体的说法正确的是（　　） A．金刚石和石墨的性质差异很大，因为它们是不同的元素组成的 B．C₆₀、石墨烯、碳纳米管都由碳元素组成，互为同素异形体 C．金刚石转化为石墨是物理变化 D．石墨能导电，所以石墨属于电解质 例2．下列关于CO₂和CO的说法正确的是（　　） A．CO₂通入CaCl₂溶液中会产生白色沉淀 B．CO₂与CO都能使澄清石灰水变浑浊 C．除去CO₂中混有的少量CO，可将混合气体通过灼热的氧化铜 D．CO₂通入Ca(OH)₂溶液，无论CO₂多少，都只生成CaCO₃沉淀 例3．下列鉴别Na₂CO₃与NaHCO₃固体的方案中，不能达到目的的是（　　） A．分别取少量固体溶于水配成稀溶液，滴加澄清石灰水，产生白色沉淀者为Na₂CO₃ B．分别取少量固体溶于水配成稀溶液，滴加CaCl₂溶液，产生白色沉淀者为Na₂CO₃ C．分别取少量固体加热，将产生的气体通入澄清石灰水，变浑浊者为NaHCO₃ D．分别取等质量的两种固体，加入足量同浓度的盐酸，反应更剧烈、产生气体更快者为NaHCO₃ 二、硅及其化合物 1.硅单质：晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是良好的半导体材料，用于制造芯片、太阳能电池、集成电路。硅的化学性质不活泼，常温下只能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应：Si＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂↑、Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑；加热时可与O₂、Cl₂反应：Si＋O₂＝ (△)SiO₂、Si＋2Cl₂＝ (△)SiCl₄。 2.粗硅与高纯硅的制取：①制粗硅：SiO₂＋2C＝ (高温)Si(粗)＋2CO↑（碳作还原剂，SiO₂作氧化剂）；②Si(粗)＋2Cl₂＝ (△)SiCl₄；③SiCl₄＋2H₂＝ (高温)Si(纯)＋4HCl。第②③步把粗硅转化为SiCl₄再还原，是为了提纯，副产物HCl可循环使用。 3.二氧化硅的结构与物理性质：SiO₂晶体中每个Si原子与4个O原子成键、每个O原子与2个Si原子成键，整体是空间立体网状结构（不存在SiO₂分子），Si、O原子个数比为1∶2；因此SiO₂硬度大、熔点高、不导电。石英、水晶、玛瑙、砂石的主要成分都是SiO₂。 4.SiO₂的化学性质（酸性氧化物，但不溶于水，也不与水反应）：①与氢氟酸反应：SiO₂＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂O（氢氟酸是唯一能与SiO₂反应的无机酸，可用于雕刻玻璃）；②与强碱反应：SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O（所以盛放碱液的试剂瓶要用橡胶塞而不是玻璃塞）；③与碱性氧化物反应：SiO₂＋CaO＝ (高温)CaSiO₃；④与碳酸盐高温反应：SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑，SiO₂＋CaCO₃＝ (高温)CaSiO₃＋CO₂↑；⑤与碳反应：SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑。 5.硅酸与硅酸盐：H₂SiO₃是难溶于水的白色胶状弱酸，酸性比碳酸弱。实验室制取：Na₂SiO₃＋2HCl＝H₂SiO₃↓＋2NaCl（强酸制弱酸）、Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝H₂SiO₃↓＋Na₂CO₃（H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃）。H₂SiO₃受热分解：H₂SiO₃＝ (△)SiO₂＋H₂O。硅酸钠（Na₂SiO₃）的水溶液俗称水玻璃（矿物胶），可作黏合剂和防火剂；除Na₂SiO₃、K₂SiO₃外，大多数硅酸盐难溶于水。 6.硅及其化合物的特殊性（高频易错）：①Si与盐酸、稀硫酸、硝酸均不反应，因此可用盐酸除去硅中混有的铁、铝等杂质；②SiO₂是酸性氧化物，但不溶于水、不能与水反应生成H₂SiO₃；③“硅胶”作干燥剂，主要成分是硅酸（多孔），不是硅单质；④Na₂SiO₃溶液长期露置在空气中会变质（吸收空气中的CO₂生成H₂SiO₃沉淀）；⑤常温下Si与氢氟酸反应放出的是H₂，而SiO₂与氢氟酸反应放出的不是H₂，两者不可混淆。 典型例题： 例4．下列关于硅及其化合物的说法正确的是（　　） A．硅是良好的半导体材料，可用于制造芯片和光导纤维 B．常温下硅能与氢氟酸反应放出氢气，也能与氢氧化钠溶液反应放出氢气 C．SiO₂能与水反应生成硅酸，所以硅酸可由SiO₂溶于水制得 D．硅的化学性质不活泼，在自然界中既有游离态又有化合态 例5．下列关于SiO₂的说法不正确的是（　　） A．SiO₂是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成Na₂SiO₃ B．SiO₂晶体中不存在SiO₂分子，Si、O原子的个数比为1∶2 C．用带玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液，长期放置后瓶塞会与瓶身粘住 D．高温下SiO₂与Na₂CO₃反应生成Na₂SiO₃和CO₂，说明硅酸的酸性比碳酸强 例6．工业上以石英砂（主要成分SiO₂）为原料制取高纯硅的主要流程为：①SiO₂与焦炭在高温下反应得到粗硅；②粗硅与氯气在加热条件下反应生成SiCl₄；③SiCl₄与H₂在高温下反应得到高纯硅。设各步转化完全，下列说法正确的是（　　） A．步骤①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1 B．步骤②③的目的只是把粗硅转化为SiCl₄，便于储运，与提纯无关 C．每制得1 mol高纯硅，理论上整个流程共转移12 mol电子 D．步骤③中H₂作还原剂，被还原后生成HCl 三、硅酸盐材料与无机非金属材料 1.传统硅酸盐材料（三大材料）：陶瓷、玻璃、水泥，都是以含硅物质为原料制成的无机非金属材料。陶瓷以黏土（主要成分为硅酸盐）为原料，经高温烧结而成；水泥以石灰石、黏土为主要原料，加入适量石膏调节凝结时间，水泥具有水硬性（遇水凝固硬化）；玻璃以纯碱、石灰石、石英为原料，在玻璃窑中高温熔融制得。 2.玻璃：普通玻璃是混合物（非晶体，没有固定的熔点），其主要成分可表示为Na₂SiO₃·CaSiO₃·6SiO₂（也可写作Na₂O·CaO·6SiO₂）。制玻璃的两个主要反应：SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑、SiO₂＋CaCO₃＝ (高温)CaSiO₃＋CO₂↑（高温下生成的CO₂逸出使反应趋于完全）。 3.新型无机非金属材料：①高温结构陶瓷——Si₃N₄、SiC（碳化硅，俗称金刚砂）、Al₂O₃等，具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、硬度大等特性，可用于制造发动机部件、切削刀具；②光导纤维——主要成分是SiO₂，具有通信容量大、抗干扰、损耗低等优点；③生物陶瓷、压电陶瓷等功能材料；④碳纳米材料——石墨烯、碳纳米管、富勒烯（C₆₀）等。 4.硅与二氧化硅在信息技术中的应用：高纯硅是制造芯片（集成电路）、太阳能电池（光伏）的核心材料，硅光电池可实现光电转换；SiO₂用于制造光导纤维（通信领域）、石英坩埚、光学仪器，水晶、玛瑙可作装饰品。 5.易错辨析：①玻璃中含有SiO₂，所以不能用玻璃塞的试剂瓶盛放碱液（会生成黏性的Na₂SiO₃使瓶塞粘住），也不能用玻璃瓶盛放氢氟酸（应用塑料瓶）；②“硅胶”作干燥剂，主要成分是硅酸（多孔）；③“水玻璃”是Na₂SiO₃的水溶液，不是玻璃；④水泥、陶瓷、玻璃都属于传统无机非金属材料，光导纤维、高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料；⑤SiO₂不是半导体材料，半导体材料是晶体硅。 材料 主要原料 主要成分或特性 陶瓷 黏土 硅酸盐，质脆、耐高温、耐腐蚀 玻璃 纯碱、石灰石、石英 Na₂SiO₃·CaSiO₃·6SiO₂，非晶体，无固定熔点 水泥 石灰石、黏土（加适量石膏） 硅酸盐，具有水硬性 光导纤维 石英（SiO₂） 通信容量大、抗干扰，主要成分是SiO₂ 高温结构陶瓷 Si₃N₄、SiC、Al₂O₃等 耐高温、耐腐蚀、抗氧化、硬度大 典型例题： 例7．下列有关硅酸盐材料的说法正确的是（　　） A．普通玻璃具有固定的熔点，属于纯净物 B．水泥、玻璃、陶瓷都属于传统无机非金属材料 C．高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐，属于传统硅酸盐材料 D．水晶、玛瑙的主要成分是硅酸盐 例8．下列关于玻璃及其生产、使用的说法不正确的是（　　） A．生产普通玻璃的主要反应之一是SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑ B．盛放NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是因为NaOH能与玻璃中的SiO₂反应 C．氢氟酸能腐蚀玻璃，所以盛放氢氟酸应使用塑料瓶 D．玻璃的主要成分是硅酸盐，所以玻璃属于硅酸盐材料中的纯净物 例9．下列有关无机非金属材料及其用途的对应关系不正确的是（　　） A．晶体硅——制造半导体芯片和太阳能电池 B．二氧化硅——制造石英坩埚和光学仪器 C．氮化硅（Si₃N₄）——制造耐高温的发动机部件和切削刀具 D．晶体硅——制造光导纤维，因为它具有良好的导电性 四、规律、计算与易错点 1.酸性与酸酐的易错比较：H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃，可用“向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂产生白色沉淀”和“Na₂SiO₃＋2HCl＝H₂SiO₃↓＋2NaCl”证明；但高温下的SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑不能说明硅酸酸性比碳酸强——该反应是难挥发性酸酐（SiO₂）制取挥发性酸酐（CO₂），与溶液中的酸性强弱无关。 2.与量有关的CO₂反应（高频）：CO₂通入NaOH溶液，少量时生成Na₂CO₃、足量时生成NaHCO₃；CO₂通入Ca(OH)₂（或Ba(OH)₂）溶液，少量时生成CaCO₃沉淀、足量时沉淀溶解生成Ca(HCO₃)₂；CO₂通入Na₂SiO₃溶液，无论多少都生成H₂SiO₃沉淀（硅酸不溶于水）。 3.除杂与检验：①CO₂中混有HCl——通过盛饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶；②CO中混有CO₂——通过盛NaOH溶液的洗气瓶或碱石灰；③CO₂中混有CO——通过灼热的CuO；④检验CO₂用澄清石灰水，但SO₂也能使石灰水变浑浊，若气体中可能含SO₂，应先用品红溶液或酸性KMnO₄溶液排除干扰，再通入石灰水；⑤检验SO₂中的CO₂时，不能用饱和NaHCO₃溶液排除SO₂（SO₂与NaHCO₃反应生成CO₂，会引入干扰）。 4.定量关系：①Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑，1 mol Si完全反应失去4 mol电子、生成2 mol H₂（H₂中的氢来自H₂O）；②SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑，1 mol SiO₂得到4 mol电子；③NaHCO₃受热分解：2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑，可用差量法计算（固体质量减少的是H₂O和CO₂的质量之和）；④Na₂CO₃、NaHCO₃与足量盐酸反应，等物质的量时产生的CO₂相同，等质量时NaHCO₃产生的CO₂更多。 5.易错判断：①Si不与盐酸、硫酸、硝酸反应，故可用足量盐酸除去硅粉中混有的铁、铝；②SiO₂既是酸性氧化物又不溶于水，不能由SiO₂直接与水反应制硅酸；③H₂SiO₃不溶于水，是白色胶状沉淀，受热易分解；④Na₂SiO₃溶液长期露置在空气中会因吸收CO₂而变质；⑤作干燥剂用的“硅胶”主要成分是硅酸，它既不是晶体硅，也不是SiO₂；⑥CO₂不能与CaCl₂溶液反应（盐酸酸性强于碳酸），所以CO₂通入CaCl₂溶液没有沉淀。 气体（少量/足量） 溶液 产物 CO₂（少量） NaOH溶液 Na₂CO₃ CO₂（足量） NaOH溶液 NaHCO₃ CO₂（少量） Ca(OH)₂溶液 CaCO₃↓ CO₂（足量） Ca(OH)₂溶液 Ca(HCO₃)₂（沉淀溶解） CO₂（无论多少） Na₂SiO₃溶液 H₂SiO₃↓ 典型例题： 例10．将10.0 g含Si和SiO₂的混合物与足量NaOH溶液充分反应，标准状况下收集到4.48 L气体。下列说法正确的是（　　） A．混合物中硅的质量为5.6 g B．混合物中二氧化硅的质量为5.6 g C．反应中转移电子的物质的量为0.4 mol D．若把NaOH溶液换成足量盐酸，也能收集到4.48 L气体 例11．下列有关CO₂通入不同溶液的说法正确的是（　　） A．向Na₂SiO₃溶液中通入少量CO₂，产生白色沉淀，说明H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃ B．向Ca(OH)₂溶液中通入足量CO₂，最终仍能得到CaCO₃白色沉淀 C．向NaOH溶液中通入少量CO₂，生成的产物是NaHCO₃ D．向BaCl₂溶液中通入足量CO₂，产生BaCO₃白色沉淀 五、综合应用与元素转化网络 1.碳及其化合物的转化网络：C＋O₂＝ (点燃)CO₂、2C＋O₂＝ (点燃)2CO、C＋CO₂＝ (高温)2CO、2CO＋O₂＝ (点燃)2CO₂；CO₂＋H₂O ⇌ H₂CO₃；CO₂与NaOH（或Ca(OH)₂）反应时，少量生成正盐、足量生成酸式盐；碳酸氢盐受热分解生成碳酸盐、CO₂和H₂O，如2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑。 2.硅及其化合物的转化网络：Si＋O₂＝ (△)SiO₂；SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑；SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O；Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝H₂SiO₃↓＋Na₂CO₃；H₂SiO₃＝ (△)SiO₂＋H₂O。即“硅单质→二氧化硅→硅酸→硅酸盐”可以相互转化，硅酸是连接SiO₂与硅酸盐的桥梁。 3.碳与硅的性质对比：碳和硅都是第ⅣA族元素，最外层都是4个电子，最高正价均为＋4价，最低负价均为－4价。不同点：①碳有＋2价（CO）而硅的＋2价不稳定；②碳在自然界既有游离态（金刚石、石墨）又有化合态，硅只有化合态；③常温下碳的化学性质很稳定，硅能与F₂、HF、强碱反应；④碳能形成种类繁多的有机物，而硅的化合物种类要少得多。 4.无机非金属材料与生产生活：传统硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）是建筑、日用的基础材料；新型无机非金属材料（高温结构陶瓷、光导纤维、半导体硅、碳纳米材料）是信息技术、航空航天、新能源的关键材料。注意区分：半导体材料是晶体硅（SiO₂是光导材料，不是半导体）；光纤通信靠的是SiO₂对光的全反射，与导电性无关。 5.思维方法：解答碳、硅有关的推断题，先抓住“能与HF反应”“空间网状结构、熔点高”“唯一不溶于水的非金属氧化物”“硅酸不溶于水”等特征线索确定物质，再用“强酸制弱酸”“难挥发制易挥发”等规律判断反应能否发生。 典型例题： 例12．工业上以石英砂（主要成分SiO₂）为原料制取高纯硅，并用粗硅探究硅的性质。回答下列问题： （1）步骤①把石英砂与焦炭在高温下反应制得粗硅，该反应的化学方程式为______。 （2）粗硅中常混有铁、铝等杂质，用足量稀盐酸处理可将其除去，原因是______（答出离子方程式即可）。 （3）步骤②中Si与Cl₂在加热条件下反应得到SiCl₄，该反应属于四种基本反应类型中的______反应。 （4）工业上也用SiHCl₃（三氯硅烷）与H₂在高温下反应制取高纯硅，同时生成HCl，该反应的化学方程式为______。 （5）高纯硅用于制造太阳能电池，是把太阳能转化为______能。 （6）制取过程中产生的CO可以回收利用，请写出CO在工业生产中的一种用途：______。 巩固提升： 1．下列关于碳单质及其用途的说法不正确的是（　　） A．金刚石是天然存在的最硬的物质，可用于制作切割刀具 B．石墨具有导电、导热性，可用作电极材料和润滑剂 C．金刚石和石墨互为同素异形体，它们的相互转化是物理变化 D．活性炭具有吸附性，可用于防毒面具和食品脱色 2．下列有关CO₂的说法正确的是（　　） A．CO₂溶于水生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变红 B．CO₂属于酸性氧化物，能与CaCl₂溶液反应生成CaCO₃沉淀 C．干冰用于人工降雨，是因为干冰升华时会放出大量的热 D．CO₂用于灭火只利用了它的物理性质 3．下列关于硅单质的说法正确的是（　　） A．硅是地壳中含量最多的元素 B．硅在自然界中既有游离态又有化合态 C．硅的化学性质活泼，能与盐酸反应放出氢气 D．晶体硅能导电，是良好的半导体材料，可用于制造芯片 4．下列关于SiO₂的说法不正确的是（　　） A．SiO₂能与水反应生成硅酸，故可用SiO₂溶于水制取硅酸 B．SiO₂是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成Na₂SiO₃ C．SiO₂能与氢氟酸反应，可用于雕刻玻璃 D．石英、水晶、玛瑙、砂石的主要成分都是SiO₂ 5．下列关于硅酸的说法正确的是（　　） A．硅酸是强酸，能与Na₂CO₃溶液反应生成Na₂SiO₃ B．硅酸难溶于水，可由Na₂SiO₃溶液与稀盐酸反应制取 C．硅酸受热不分解，性质稳定 D．向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂可得到硅酸，说明硅酸的酸性比碳酸强 6．下列关于硅酸盐材料及其生产的说法不正确的是（　　） A．陶瓷、玻璃、水泥都是传统硅酸盐材料，它们都是混合物 B．水泥具有水硬性，遇水能凝固硬化，可用于建筑 C．生产普通玻璃时，SiO₂与Na₂CO₃在高温下发生的是复分解反应 D．普通玻璃没有固定的熔点，其主要成分是Na₂SiO₃、CaSiO₃和SiO₂ 7．下列关于Na₂CO₃与NaHCO₃的说法正确的是（　　） A．相同温度下，NaHCO₃的溶解度比Na₂CO₃的大 B．Na₂CO₃受热易分解，NaHCO₃受热不分解 C．Na₂CO₃溶液能与NaOH溶液反应，NaHCO₃溶液不能 D．等质量的Na₂CO₃和NaHCO₃分别与足量盐酸反应，NaHCO₃产生的CO₂更多 8．下列除杂方案（括号内为杂质）不正确的是（　　） A．CO₂（HCl）：通过盛饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶 B．CO（CO₂）：通过盛NaOH溶液的洗气瓶 C．CO₂（SO₂）：通过盛饱和Na₂CO₃溶液的洗气瓶 D．CO₂（CO）：通过灼热的CuO 9．下列关于CO₂通入不同溶液中的说法正确的是（　　） A．向Ca(OH)₂溶液中通入少量CO₂，溶液变浑浊，继续通入足量CO₂，沉淀不溶解 B．向NaOH溶液中通入足量CO₂，生成的产物是Na₂CO₃ C．CO₂通入BaCl₂溶液中，产生BaCO₃白色沉淀 D．向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂，无论通入多少，都会产生白色沉淀 10．工业上制取高纯硅的流程为：SiO₂与焦炭高温反应制得粗硅；粗硅与Cl₂加热反应生成SiCl₄；SiCl₄与H₂高温反应得到高纯硅。下列说法错误的是（　　） A．制粗硅的反应中，SiO₂作氧化剂、焦炭作还原剂 B．把粗硅转化为SiCl₄再还原，目的是使硅与杂质分离 C．流程中生成的HCl不能循环使用，必须用碱液吸收后排放 D．每制得1 mol高纯硅，理论上至少需要2 mol H₂ 11．将2.8 g硅粉与足量NaOH溶液充分反应。下列说法正确的是（　　） A．标准状况下产生2.24 L H₂ B．反应中硅失去0.4 mol电子 C．反应中NaOH被氧化 D．若把NaOH溶液换成足量盐酸，也能产生等量的H₂ 12．下列关于硅及其化合物的实验方案中，能达到实验目的的是（　　） A．除去Na₂CO₃固体中混有的少量NaHCO₃：加热 B．鉴别Na₂CO₃溶液和NaHCO₃溶液：分别滴加澄清石灰水 C．盛放氢氟酸：用带玻璃塞的玻璃瓶 D．除去SiO₂中混有的少量硅酸：加入足量NaOH溶液后过滤 13．X、Y、Z、W是四种常见的含硅物质，转化关系为：X＋NaOH溶液→Y＋H₂↑；Y＋CO₂＋H₂O→Z↓；Z＝ (△)W＋H₂O。已知X是一种半导体材料单质。下列说法正确的是（　　） A．X是碳单质，W是二氧化硅 B．Y是Na₂SiO₃，Z是H₂SiO₃ C．由Z受热分解生成W和H₂O可知，Z是碳酸 D．上述转化中涉及的反应都不是氧化还原反应 14．按要求填空。 （1）金刚石、石墨、C₆₀等碳单质互称为______。 （2）硅是良好的______材料，光导纤维的主要成分是______（填化学式）。 （3）硅酸是难溶于水的白色胶状弱酸，受热分解的化学方程式为______。 （4）盛放NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，原因是（用化学方程式表示）______。 15．写出下列反应的化学方程式： （1）SiO₂与NaOH溶液反应：______。 （2）SiO₂与氢氟酸反应：______。 （3）硅与NaOH溶液反应：______。 （4）向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂：______。 （5）工业上用SiO₂与焦炭在高温下反应制粗硅：______。 16．将19.0 g Na₂CO₃和NaHCO₃的混合物充分加热至质量不再变化，称得剩余固体的质量为15.9 g。回答下列问题： （1）加热过程中固体质量减少______ g，减少的物质是______（填化学式）。 （2）原混合物中NaHCO₃的质量为______ g。 （3）向原混合物中加入足量稀盐酸，标准状况下产生CO₂的体积为______ L。 17．工业上用石英砂（主要成分SiO₂）制取高纯硅的一种流程如下： 石英砂＋焦炭 → (高温) 粗硅＋① 粗硅＋HCl → (一定条件) SiHCl₃＋② SiHCl₃＋H₂ → (高温) 高纯硅＋③ 回答下列问题： （1）①、②、③的化学式依次为______、______、______。 （2）写出石英砂与焦炭在高温下反应的化学方程式：______。 （3）该流程中可以循环使用的物质是______。 （4）要制得14 g高纯硅，理论上至少需要含SiO₂质量分数为90%的石英砂______ g（结果保留一位小数）。 18．已知甲、乙、丙、丁是四种常见的含硅物质，它们之间有如下转化关系（部分产物已略去）： ①甲（固体单质）＋NaOH溶液→乙＋H₂↑ ②乙＋CO₂＋H₂O→丙↓＋Na₂CO₃ ③丙 → (加热) 丁＋H₂O ④丁＋Na₂CO₃ → (高温) 乙＋CO₂↑ 回答下列问题： （1）甲、丙、丁的化学式依次为______、______、______。 （2）写出反应①的化学方程式：______。 （3）反应④能否说明丁对应酸的酸性比碳酸强？______（填“能”或“不能”），理由是______。 （4）反应③生成的丁能与NaOH溶液反应，写出该反应的化学方程式：______。 学科网（北京）股份有限公司 $正确的方向+方法+坚持不懈的努力=目标成绩 2027届高三一轮复习：碳、硅及其化合物与无机非金属材料 知识点回顾： 一、碳单质及其化合物 1.碳的同素异形体：金刚石（空间网状结构，硬度最大、不导电）、石墨（层状结构，质软、能导电导热）、C₆₀（分子，形似足球）、石墨烯（单层碳原子）、碳纳米管（管状）。它们都由碳元素组成，互为同素异形体；同素异形体之间的转化是化学变化。 2.碳单质的化学性质：常温下很稳定，高温时具有还原性。①足量O₂中：C＋O₂＝ (点燃)CO₂；②氧气不足：2C＋O₂＝ (点燃)2CO；③C＋CO₂＝ (高温)2CO（吸热，冶金中用于把CO₂转化为CO）；④C＋2CuO＝ (高温)2Cu＋CO₂↑；⑤C＋H₂O(g)＝ (高温)CO＋H₂（制水煤气）。 3.CO：无色无味的有毒气体（与血红蛋白结合使人中毒），具有可燃性和还原性——2CO＋O₂＝ (点燃)2CO₂、CO＋CuO＝ (△)Cu＋CO₂。CO 不溶于水，是冶金工业中重要的还原剂。 4.CO₂：典型的酸性氧化物。CO₂＋H₂O ⇌ H₂CO₃（碳酸不稳定，只存在于溶液中）；CO₂＋2NaOH＝Na₂CO₃＋H₂O（NaOH足量）、CO₂＋NaOH＝NaHCO₃（CO₂足量）；CO₂＋Ca(OH)₂＝CaCO₃↓＋H₂O（检验CO₂）；CO₂＋CaCO₃＋H₂O＝Ca(HCO₃)₂（溶洞、石笋的形成）。CO₂ 还是光合作用的原料，过量排放会引起温室效应。 5.碳酸钠与碳酸氢钠：①溶解性（同温）：Na₂CO₃＞NaHCO₃；②热稳定性：Na₂CO₃＞NaHCO₃，2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑；③与盐酸反应的速率：NaHCO₃＞Na₂CO₃；④NaHCO₃ 能与碱反应：NaHCO₃＋NaOH＝Na₂CO₃＋H₂O，而 Na₂CO₃ 不能与 NaOH 反应；⑤鉴别方法：加热法（能产生使石灰水变浑浊的气体的是NaHCO₃）、加CaCl₂（或BaCl₂）溶液（产生白色沉淀的是Na₂CO₃）、逐滴滴加盐酸（立即产生气体的是NaHCO₃）。 6.用途：CO₂ 用于灭火、干冰用于人工降雨和冷藏食品；CO 用作燃料和冶金还原剂；碳（焦炭）用作冶金还原剂；NaHCO₃ 用于焙制糕点、治疗胃酸过多、作泡沫灭火器原料；Na₂CO₃ 用于制玻璃、造纸、洗涤剂。 典型例题： 例1．下列关于碳单质及其同素异形体的说法正确的是（　B　） A．金刚石和石墨的性质差异很大，因为它们是不同的元素组成的 B．C₆₀、石墨烯、碳纳米管都由碳元素组成，互为同素异形体 C．金刚石转化为石墨是物理变化 D．石墨能导电，所以石墨属于电解质 解析：A项，金刚石和石墨都由碳元素组成，性质差异源于碳原子的排列方式不同，错误；B项，C₆₀、石墨烯、碳纳米管都是碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，正确；C项，金刚石与石墨是不同物质，其相互转化有新物质生成，属于化学变化，错误；D项，石墨是单质，既不是电解质也不是非电解质，错误。本题选B。 例2．下列关于CO₂和CO的说法正确的是（　C　） A．CO₂通入CaCl₂溶液中会产生白色沉淀 B．CO₂与CO都能使澄清石灰水变浑浊 C．除去CO₂中混有的少量CO，可将混合气体通过灼热的氧化铜 D．CO₂通入Ca(OH)₂溶液，无论CO₂多少，都只生成CaCO₃沉淀 解析：A项，盐酸的酸性强于碳酸，CO₂不与CaCl₂反应，无沉淀生成，错误；B项，CO不与澄清石灰水反应，不能使其变浑浊，错误；C项，CO能还原灼热的CuO生成CO₂，既除去CO又增加CO₂，正确；D项，CO₂少量时生成CaCO₃沉淀，足量时沉淀又溶解生成Ca(HCO₃)₂，错误。本题选C。 例3．下列鉴别Na₂CO₃与NaHCO₃固体的方案中，不能达到目的的是（　A　） A．分别取少量固体溶于水配成稀溶液，滴加澄清石灰水，产生白色沉淀者为Na₂CO₃ B．分别取少量固体溶于水配成稀溶液，滴加CaCl₂溶液，产生白色沉淀者为Na₂CO₃ C．分别取少量固体加热，将产生的气体通入澄清石灰水，变浑浊者为NaHCO₃ D．分别取等质量的两种固体，加入足量同浓度的盐酸，反应更剧烈、产生气体更快者为NaHCO₃ 解析：A项，Na₂CO₃和NaHCO₃都能与Ca(OH)₂反应生成CaCO₃白色沉淀，现象相同，不能鉴别，错误；B项，Na₂CO₃与CaCl₂反应生成CaCO₃沉淀，NaHCO₃与CaCl₂不反应（Ca(HCO₃)₂可溶），可鉴别，正确；C项，NaHCO₃受热分解产生CO₂，Na₂CO₃不分解，可鉴别，正确；D项，NaHCO₃与盐酸反应速率快，现象更剧烈，可鉴别，正确。本题选A。 二、硅及其化合物 1.硅单质：晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，是良好的半导体材料，用于制造芯片、太阳能电池、集成电路。硅的化学性质不活泼，常温下只能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应：Si＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂↑、Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑；加热时可与O₂、Cl₂反应：Si＋O₂＝ (△)SiO₂、Si＋2Cl₂＝ (△)SiCl₄。 2.粗硅与高纯硅的制取：①制粗硅：SiO₂＋2C＝ (高温)Si(粗)＋2CO↑（碳作还原剂，SiO₂作氧化剂）；②Si(粗)＋2Cl₂＝ (△)SiCl₄；③SiCl₄＋2H₂＝ (高温)Si(纯)＋4HCl。第②③步把粗硅转化为SiCl₄再还原，是为了提纯，副产物HCl可循环使用。 3.二氧化硅的结构与物理性质：SiO₂晶体中每个Si原子与4个O原子成键、每个O原子与2个Si原子成键，整体是空间立体网状结构（不存在SiO₂分子），Si、O原子个数比为1∶2；因此SiO₂硬度大、熔点高、不导电。石英、水晶、玛瑙、砂石的主要成分都是SiO₂。 4.SiO₂的化学性质（酸性氧化物，但不溶于水，也不与水反应）：①与氢氟酸反应：SiO₂＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂O（氢氟酸是唯一能与SiO₂反应的无机酸，可用于雕刻玻璃）；②与强碱反应：SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O（所以盛放碱液的试剂瓶要用橡胶塞而不是玻璃塞）；③与碱性氧化物反应：SiO₂＋CaO＝ (高温)CaSiO₃；④与碳酸盐高温反应：SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑，SiO₂＋CaCO₃＝ (高温)CaSiO₃＋CO₂↑；⑤与碳反应：SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑。 5.硅酸与硅酸盐：H₂SiO₃是难溶于水的白色胶状弱酸，酸性比碳酸弱。实验室制取：Na₂SiO₃＋2HCl＝H₂SiO₃↓＋2NaCl（强酸制弱酸）、Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝H₂SiO₃↓＋Na₂CO₃（H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃）。H₂SiO₃受热分解：H₂SiO₃＝ (△)SiO₂＋H₂O。硅酸钠（Na₂SiO₃）的水溶液俗称水玻璃（矿物胶），可作黏合剂和防火剂；除Na₂SiO₃、K₂SiO₃外，大多数硅酸盐难溶于水。 6.硅及其化合物的特殊性（高频易错）：①Si与盐酸、稀硫酸、硝酸均不反应，因此可用盐酸除去硅中混有的铁、铝等杂质；②SiO₂是酸性氧化物，但不溶于水、不能与水反应生成H₂SiO₃；③“硅胶”作干燥剂，主要成分是硅酸（多孔），不是硅单质；④Na₂SiO₃溶液长期露置在空气中会变质（吸收空气中的CO₂生成H₂SiO₃沉淀）；⑤常温下Si与氢氟酸反应放出的是H₂，而SiO₂与氢氟酸反应放出的不是H₂，两者不可混淆。 典型例题： 例4．下列关于硅及其化合物的说法正确的是（　B　） A．硅是良好的半导体材料，可用于制造芯片和光导纤维 B．常温下硅能与氢氟酸反应放出氢气，也能与氢氧化钠溶液反应放出氢气 C．SiO₂能与水反应生成硅酸，所以硅酸可由SiO₂溶于水制得 D．硅的化学性质不活泼，在自然界中既有游离态又有化合态 解析：A项，光导纤维的主要成分是SiO₂而不是硅，错误；B项，Si＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂↑、Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑，两反应都能放出H₂，正确；C项，SiO₂不溶于水也不与水反应，硅酸只能用可溶性硅酸盐与酸反应制取，错误；D项，硅是亲氧元素，在自然界中只以化合态存在，没有游离态，错误。本题选B。 例5．下列关于SiO₂的说法不正确的是（　D　） A．SiO₂是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成Na₂SiO₃ B．SiO₂晶体中不存在SiO₂分子，Si、O原子的个数比为1∶2 C．用带玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液，长期放置后瓶塞会与瓶身粘住 D．高温下SiO₂与Na₂CO₃反应生成Na₂SiO₃和CO₂，说明硅酸的酸性比碳酸强 解析：A项，SiO₂与NaOH反应生成Na₂SiO₃和H₂O，是酸性氧化物的典型性质，正确；B项，SiO₂是空间网状结构，不存在分子，Si与O的原子个数比为1∶2，正确；C项，玻璃中的SiO₂与NaOH反应生成的Na₂SiO₃有黏性，会使瓶塞与瓶身粘住，正确；D项，该反应在高温下进行，是难挥发性酸酐（SiO₂）制取挥发性酸酐（CO₂），与溶液中酸性强弱无关，不能说明硅酸酸性比碳酸强，错误。本题选D。 例6．工业上以石英砂（主要成分SiO₂）为原料制取高纯硅的主要流程为：①SiO₂与焦炭在高温下反应得到粗硅；②粗硅与氯气在加热条件下反应生成SiCl₄；③SiCl₄与H₂在高温下反应得到高纯硅。设各步转化完全，下列说法正确的是（　C　） A．步骤①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1 B．步骤②③的目的只是把粗硅转化为SiCl₄，便于储运，与提纯无关 C．每制得1 mol高纯硅，理论上整个流程共转移12 mol电子 D．步骤③中H₂作还原剂，被还原后生成HCl 解析：A项，SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑，SiO₂中Si由＋4价降为0价（得4e⁻，作氧化剂），C由0价升为＋2价（失2e⁻，作还原剂），氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，错误；B项，粗硅中的杂质氯化后产物沸点与SiCl₄相差较大，可通过蒸馏除去，步骤②③的主要目的正是提纯，错误；C项，步骤①中Si由＋4价降为0价、转移4 mol电子，步骤②中Si由0价升为＋4价、转移4 mol电子，步骤③中Si由＋4价降为0价、转移4 mol电子，制得1 mol高纯硅理论上共转移12 mol电子，正确；D项，步骤③中H₂由0价升为＋1价、被氧化，作还原剂，错误。本题选C。 三、硅酸盐材料与无机非金属材料 1.传统硅酸盐材料（三大材料）：陶瓷、玻璃、水泥，都是以含硅物质为原料制成的无机非金属材料。陶瓷以黏土（主要成分为硅酸盐）为原料，经高温烧结而成；水泥以石灰石、黏土为主要原料，加入适量石膏调节凝结时间，水泥具有水硬性（遇水凝固硬化）；玻璃以纯碱、石灰石、石英为原料，在玻璃窑中高温熔融制得。 2.玻璃：普通玻璃是混合物（非晶体，没有固定的熔点），其主要成分可表示为Na₂SiO₃·CaSiO₃·6SiO₂（也可写作Na₂O·CaO·6SiO₂）。制玻璃的两个主要反应：SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑、SiO₂＋CaCO₃＝ (高温)CaSiO₃＋CO₂↑（高温下生成的CO₂逸出使反应趋于完全）。 3.新型无机非金属材料：①高温结构陶瓷——Si₃N₄、SiC（碳化硅，俗称金刚砂）、Al₂O₃等，具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、硬度大等特性，可用于制造发动机部件、切削刀具；②光导纤维——主要成分是SiO₂，具有通信容量大、抗干扰、损耗低等优点；③生物陶瓷、压电陶瓷等功能材料；④碳纳米材料——石墨烯、碳纳米管、富勒烯（C₆₀）等。 4.硅与二氧化硅在信息技术中的应用：高纯硅是制造芯片（集成电路）、太阳能电池（光伏）的核心材料，硅光电池可实现光电转换；SiO₂用于制造光导纤维（通信领域）、石英坩埚、光学仪器，水晶、玛瑙可作装饰品。 5.易错辨析：①玻璃中含有SiO₂，所以不能用玻璃塞的试剂瓶盛放碱液（会生成黏性的Na₂SiO₃使瓶塞粘住），也不能用玻璃瓶盛放氢氟酸（应用塑料瓶）；②“硅胶”作干燥剂，主要成分是硅酸（多孔）；③“水玻璃”是Na₂SiO₃的水溶液，不是玻璃；④水泥、陶瓷、玻璃都属于传统无机非金属材料，光导纤维、高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料；⑤SiO₂不是半导体材料，半导体材料是晶体硅。 材料 主要原料 主要成分或特性 陶瓷 黏土 硅酸盐，质脆、耐高温、耐腐蚀 玻璃 纯碱、石灰石、石英 Na₂SiO₃·CaSiO₃·6SiO₂，非晶体，无固定熔点 水泥 石灰石、黏土（加适量石膏） 硅酸盐，具有水硬性 光导纤维 石英（SiO₂） 通信容量大、抗干扰，主要成分是SiO₂ 高温结构陶瓷 Si₃N₄、SiC、Al₂O₃等 耐高温、耐腐蚀、抗氧化、硬度大 典型例题： 例7．下列有关硅酸盐材料的说法正确的是（　B　） A．普通玻璃具有固定的熔点，属于纯净物 B．水泥、玻璃、陶瓷都属于传统无机非金属材料 C．高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐，属于传统硅酸盐材料 D．水晶、玛瑙的主要成分是硅酸盐 解析：A项，普通玻璃是Na₂SiO₃、CaSiO₃和SiO₂的混合物，属于非晶体，没有固定的熔点，错误；B项，水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐材料，都属于传统无机非金属材料，正确；C项，高温结构陶瓷（Si₃N₄、SiC等）是新型无机非金属材料，不是硅酸盐材料，错误；D项，水晶、玛瑙的主要成分是SiO₂（氧化物），不是硅酸盐，错误。本题选B。 例8．下列关于玻璃及其生产、使用的说法不正确的是（　D　） A．生产普通玻璃的主要反应之一是SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑ B．盛放NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是因为NaOH能与玻璃中的SiO₂反应 C．氢氟酸能腐蚀玻璃，所以盛放氢氟酸应使用塑料瓶 D．玻璃的主要成分是硅酸盐，所以玻璃属于硅酸盐材料中的纯净物 解析：A项，SiO₂与Na₂CO₃在高温下反应是制玻璃的主要反应之一，正确；B项，NaOH与玻璃中的SiO₂反应生成有黏性的Na₂SiO₃，使瓶塞与瓶身粘住，正确；C项，SiO₂＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂O，氢氟酸能腐蚀玻璃，应盛放在塑料瓶中，正确；D项，普通玻璃是Na₂SiO₃、CaSiO₃和SiO₂的混合物，不是纯净物，错误。本题选D。 例9．下列有关无机非金属材料及其用途的对应关系不正确的是（　D　） A．晶体硅——制造半导体芯片和太阳能电池 B．二氧化硅——制造石英坩埚和光学仪器 C．氮化硅（Si₃N₄）——制造耐高温的发动机部件和切削刀具 D．晶体硅——制造光导纤维，因为它具有良好的导电性 解析：A项，晶体硅是良好的半导体材料，可用于制造芯片和太阳能电池，对应关系正确；B项，SiO₂熔点高、透光性好，可用于制造石英坩埚和光学仪器，对应关系正确；C项，Si₃N₄是高温结构陶瓷，耐高温、耐腐蚀、硬度大，可用于制造发动机部件和切削刀具，对应关系正确；D项，光导纤维的主要成分是SiO₂而不是晶体硅，而且光导纤维传输光信号依靠的是光的全反射，与导电性无关，对应关系不正确。本题选D。 四、规律、计算与易错点 1.酸性与酸酐的易错比较：H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃，可用“向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂产生白色沉淀”和“Na₂SiO₃＋2HCl＝H₂SiO₃↓＋2NaCl”证明；但高温下的SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑不能说明硅酸酸性比碳酸强——该反应是难挥发性酸酐（SiO₂）制取挥发性酸酐（CO₂），与溶液中的酸性强弱无关。 2.与量有关的CO₂反应（高频）：CO₂通入NaOH溶液，少量时生成Na₂CO₃、足量时生成NaHCO₃；CO₂通入Ca(OH)₂（或Ba(OH)₂）溶液，少量时生成CaCO₃沉淀、足量时沉淀溶解生成Ca(HCO₃)₂；CO₂通入Na₂SiO₃溶液，无论多少都生成H₂SiO₃沉淀（硅酸不溶于水）。 3.除杂与检验：①CO₂中混有HCl——通过盛饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶；②CO中混有CO₂——通过盛NaOH溶液的洗气瓶或碱石灰；③CO₂中混有CO——通过灼热的CuO；④检验CO₂用澄清石灰水，但SO₂也能使石灰水变浑浊，若气体中可能含SO₂，应先用品红溶液或酸性KMnO₄溶液排除干扰，再通入石灰水；⑤检验SO₂中的CO₂时，不能用饱和NaHCO₃溶液排除SO₂（SO₂与NaHCO₃反应生成CO₂，会引入干扰）。 4.定量关系：①Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑，1 mol Si完全反应失去4 mol电子、生成2 mol H₂（H₂中的氢来自H₂O）；②SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑，1 mol SiO₂得到4 mol电子；③NaHCO₃受热分解：2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑，可用差量法计算（固体质量减少的是H₂O和CO₂的质量之和）；④Na₂CO₃、NaHCO₃与足量盐酸反应，等物质的量时产生的CO₂相同，等质量时NaHCO₃产生的CO₂更多。 5.易错判断：①Si不与盐酸、硫酸、硝酸反应，故可用足量盐酸除去硅粉中混有的铁、铝；②SiO₂既是酸性氧化物又不溶于水，不能由SiO₂直接与水反应制硅酸；③H₂SiO₃不溶于水，是白色胶状沉淀，受热易分解；④Na₂SiO₃溶液长期露置在空气中会因吸收CO₂而变质；⑤作干燥剂用的“硅胶”主要成分是硅酸，它既不是晶体硅，也不是SiO₂；⑥CO₂不能与CaCl₂溶液反应（盐酸酸性强于碳酸），所以CO₂通入CaCl₂溶液没有沉淀。 气体（少量/足量） 溶液 产物 CO₂（少量） NaOH溶液 Na₂CO₃ CO₂（足量） NaOH溶液 NaHCO₃ CO₂（少量） Ca(OH)₂溶液 CaCO₃↓ CO₂（足量） Ca(OH)₂溶液 Ca(HCO₃)₂（沉淀溶解） CO₂（无论多少） Na₂SiO₃溶液 H₂SiO₃↓ 典型例题： 例10．将10.0 g含Si和SiO₂的混合物与足量NaOH溶液充分反应，标准状况下收集到4.48 L气体。下列说法正确的是（　C　） A．混合物中硅的质量为5.6 g B．混合物中二氧化硅的质量为5.6 g C．反应中转移电子的物质的量为0.4 mol D．若把NaOH溶液换成足量盐酸，也能收集到4.48 L气体 解析：Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑，而SiO₂与NaOH只生成Na₂SiO₃和水、不放出气体，故气体全部来自Si。n(H₂)＝4.48 L÷22.4 L/mol＝0.2 mol，由方程式的计量关系知n(Si)＝0.1 mol。A项，m(Si)＝0.1 mol×28 g/mol＝2.8 g，错误；B项，m(SiO₂)＝10.0 g－2.8 g＝7.2 g，错误；C项，Si由0价升为＋4价，0.1 mol Si失去0.4 mol电子（生成0.2 mol H₂需H₂O中的氢得到0.4 mol电子，守恒），正确；D项，Si与盐酸不反应，SiO₂也不与盐酸反应，换成盐酸后无气体产生，错误。本题选C。 例11．下列有关CO₂通入不同溶液的说法正确的是（　A　） A．向Na₂SiO₃溶液中通入少量CO₂，产生白色沉淀，说明H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃ B．向Ca(OH)₂溶液中通入足量CO₂，最终仍能得到CaCO₃白色沉淀 C．向NaOH溶液中通入少量CO₂，生成的产物是NaHCO₃ D．向BaCl₂溶液中通入足量CO₂，产生BaCO₃白色沉淀 解析：A项，CO₂溶于水生成H₂CO₃，与Na₂SiO₃反应生成难溶的H₂SiO₃白色沉淀，符合强酸制弱酸，说明H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃，正确；B项，CO₂足量时CaCO₃会转化为可溶的Ca(HCO₃)₂，沉淀溶解，得不到CaCO₃沉淀，错误；C项，CO₂少量时生成Na₂CO₃，足量时才生成NaHCO₃，错误；D项，盐酸的酸性强于碳酸，CO₂不能与BaCl₂反应，无沉淀生成，错误。本题选A。 五、综合应用与元素转化网络 1.碳及其化合物的转化网络：C＋O₂＝ (点燃)CO₂、2C＋O₂＝ (点燃)2CO、C＋CO₂＝ (高温)2CO、2CO＋O₂＝ (点燃)2CO₂；CO₂＋H₂O ⇌ H₂CO₃；CO₂与NaOH（或Ca(OH)₂）反应时，少量生成正盐、足量生成酸式盐；碳酸氢盐受热分解生成碳酸盐、CO₂和H₂O，如2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑。 2.硅及其化合物的转化网络：Si＋O₂＝ (△)SiO₂；SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑；SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O；Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝H₂SiO₃↓＋Na₂CO₃；H₂SiO₃＝ (△)SiO₂＋H₂O。即“硅单质→二氧化硅→硅酸→硅酸盐”可以相互转化，硅酸是连接SiO₂与硅酸盐的桥梁。 3.碳与硅的性质对比：碳和硅都是第ⅣA族元素，最外层都是4个电子，最高正价均为＋4价，最低负价均为－4价。不同点：①碳有＋2价（CO）而硅的＋2价不稳定；②碳在自然界既有游离态（金刚石、石墨）又有化合态，硅只有化合态；③常温下碳的化学性质很稳定，硅能与F₂、HF、强碱反应；④碳能形成种类繁多的有机物，而硅的化合物种类要少得多。 4.无机非金属材料与生产生活：传统硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）是建筑、日用的基础材料；新型无机非金属材料（高温结构陶瓷、光导纤维、半导体硅、碳纳米材料）是信息技术、航空航天、新能源的关键材料。注意区分：半导体材料是晶体硅（SiO₂是光导材料，不是半导体）；光纤通信靠的是SiO₂对光的全反射，与导电性无关。 5.思维方法：解答碳、硅有关的推断题，先抓住“能与HF反应”“空间网状结构、熔点高”“唯一不溶于水的非金属氧化物”“硅酸不溶于水”等特征线索确定物质，再用“强酸制弱酸”“难挥发制易挥发”等规律判断反应能否发生。 典型例题： 例12．工业上以石英砂（主要成分SiO₂）为原料制取高纯硅，并用粗硅探究硅的性质。回答下列问题： （1）步骤①把石英砂与焦炭在高温下反应制得粗硅，该反应的化学方程式为______。 （2）粗硅中常混有铁、铝等杂质，用足量稀盐酸处理可将其除去，原因是______（答出离子方程式即可）。 （3）步骤②中Si与Cl₂在加热条件下反应得到SiCl₄，该反应属于四种基本反应类型中的______反应。 （4）工业上也用SiHCl₃（三氯硅烷）与H₂在高温下反应制取高纯硅，同时生成HCl，该反应的化学方程式为______。 （5）高纯硅用于制造太阳能电池，是把太阳能转化为______能。 （6）制取过程中产生的CO可以回收利用，请写出CO在工业生产中的一种用途：______。 【答案】 （1）SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑ （2）Fe＋2H⁺＝Fe²⁺＋H₂↑、2Al＋6H⁺＝2Al³⁺＋3H₂↑（硅与盐酸不反应，杂质溶于盐酸后过滤除去） （3）化合 （4）SiHCl₃＋H₂＝ (高温)Si＋3HCl （5）电 （6）作燃料（或作冶金工业的还原剂炼铁） 【解析】（1）高温下碳还原SiO₂，碳过量时生成CO：SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑。（2）硅不能与盐酸反应，而铁、铝都能与盐酸反应生成可溶性氯化物，过滤即可除去。（3）Si＋2Cl₂＝ (△)SiCl₄属于两种物质生成一种物质的化合反应，也是氧化还原反应（Si由0价升为＋4价）。（4）SiHCl₃中Si为＋4价，与H₂在高温下反应得到0价的Si，同时生成HCl：SiHCl₃＋H₂＝ (高温)Si＋3HCl（原子、得失电子均守恒）。（5）太阳能电池实现光能向电能的转化，硅是半导体材料。（6）CO具有可燃性和还原性，可作燃料或冶金还原剂。 巩固提升： 1．下列关于碳单质及其用途的说法不正确的是（　C　） A．金刚石是天然存在的最硬的物质，可用于制作切割刀具 B．石墨具有导电、导热性，可用作电极材料和润滑剂 C．金刚石和石墨互为同素异形体，它们的相互转化是物理变化 D．活性炭具有吸附性，可用于防毒面具和食品脱色 【解析】A项，金刚石硬度最大，可作切割刀具和钻头，正确；B项，石墨层状结构、能导电导热、质软，可作电极和润滑剂，正确；C项，金刚石与石墨是不同物质，它们之间的转化有新物质生成，属于化学变化，错误；D项，活性炭疏松多孔、吸附能力强，可用于防毒面具和脱色，正确。本题选C。 2．下列有关CO₂的说法正确的是（　A　） A．CO₂溶于水生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变红 B．CO₂属于酸性氧化物，能与CaCl₂溶液反应生成CaCO₃沉淀 C．干冰用于人工降雨，是因为干冰升华时会放出大量的热 D．CO₂用于灭火只利用了它的物理性质 【解析】A项，CO₂溶于水生成H₂CO₃，H₂CO₃显酸性，能使紫色石蕊溶液变红，正确；B项，盐酸的酸性强于碳酸，CO₂不能与CaCl₂溶液反应，无沉淀生成，错误；C项，干冰升华时吸收大量热，使周围温度降低，水蒸气凝结成水滴，错误；D项，CO₂灭火既利用密度比空气大的物理性质，又利用它不燃烧、不支持燃烧的化学性质，错误。本题选A。 3．下列关于硅单质的说法正确的是（　D　） A．硅是地壳中含量最多的元素 B．硅在自然界中既有游离态又有化合态 C．硅的化学性质活泼，能与盐酸反应放出氢气 D．晶体硅能导电，是良好的半导体材料，可用于制造芯片 【解析】A项，地壳中含量最多的元素是氧，硅居第二位，错误；B项，硅是亲氧元素，在自然界中只以化合态（SiO₂和硅酸盐）存在，没有游离态，错误；C项，硅不与盐酸反应，化学性质不活泼，错误；D项，晶体硅是良好的半导体材料，广泛用于制造芯片、集成电路和太阳能电池，正确。本题选D。 4．下列关于SiO₂的说法不正确的是（　A　） A．SiO₂能与水反应生成硅酸，故可用SiO₂溶于水制取硅酸 B．SiO₂是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成Na₂SiO₃ C．SiO₂能与氢氟酸反应，可用于雕刻玻璃 D．石英、水晶、玛瑙、砂石的主要成分都是SiO₂ 【解析】A项，SiO₂不溶于水，也不与水反应，硅酸只能用可溶性硅酸盐与酸反应制取，错误；B项，SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O，是酸性氧化物的典型反应，正确；C项，SiO₂＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂O，氢氟酸能腐蚀玻璃，可用于雕刻玻璃，正确；D项，石英、水晶、玛瑙、砂石的主要成分都是SiO₂，正确。本题选A。 5．下列关于硅酸的说法正确的是（　B　） A．硅酸是强酸，能与Na₂CO₃溶液反应生成Na₂SiO₃ B．硅酸难溶于水，可由Na₂SiO₃溶液与稀盐酸反应制取 C．硅酸受热不分解，性质稳定 D．向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂可得到硅酸，说明硅酸的酸性比碳酸强 【解析】A项，硅酸是弱酸，其酸性比碳酸弱，不能与Na₂CO₃反应，错误；B项，Na₂SiO₃＋2HCl＝H₂SiO₃↓＋2NaCl，利用强酸制弱酸可制得难溶于水的白色胶状硅酸，正确；C项，硅酸不稳定，受热分解：H₂SiO₃＝ (△)SiO₂＋H₂O，错误；D项，CO₂通入Na₂SiO₃溶液能生成H₂SiO₃沉淀，说明碳酸的酸性比硅酸强，该选项把结论说反了，错误。本题选B。 6．下列关于硅酸盐材料及其生产的说法不正确的是（　C　） A．陶瓷、玻璃、水泥都是传统硅酸盐材料，它们都是混合物 B．水泥具有水硬性，遇水能凝固硬化，可用于建筑 C．生产普通玻璃时，SiO₂与Na₂CO₃在高温下发生的是复分解反应 D．普通玻璃没有固定的熔点，其主要成分是Na₂SiO₃、CaSiO₃和SiO₂ 【解析】A项，陶瓷、玻璃、水泥是三大传统硅酸盐材料，都属于混合物，正确；B项，水泥具有水硬性，遇水凝固硬化后强度增大，是重要的建筑材料，正确；C项，SiO₂＋Na₂CO₃＝ (高温)Na₂SiO₃＋CO₂↑在高温、非溶液条件下进行，不属于溶液中离子互换的复分解反应，错误；D项，普通玻璃是Na₂SiO₃、CaSiO₃和SiO₂的混合物，属于非晶体，没有固定的熔点，正确。本题选C。 7．下列关于Na₂CO₃与NaHCO₃的说法正确的是（　D　） A．相同温度下，NaHCO₃的溶解度比Na₂CO₃的大 B．Na₂CO₃受热易分解，NaHCO₃受热不分解 C．Na₂CO₃溶液能与NaOH溶液反应，NaHCO₃溶液不能 D．等质量的Na₂CO₃和NaHCO₃分别与足量盐酸反应，NaHCO₃产生的CO₂更多 【解析】A项，同温下Na₂CO₃的溶解度大于NaHCO₃，错误；B项，热稳定性是Na₂CO₃＞NaHCO₃，2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑，说法颠倒，错误；C项，NaHCO₃＋NaOH＝Na₂CO₃＋H₂O，是NaHCO₃能与NaOH反应而不是Na₂CO₃，说法颠倒，错误；D项，1 mol（106 g）Na₂CO₃产生1 mol CO₂，1 mol（84 g）NaHCO₃也产生1 mol CO₂，故等质量时NaHCO₃产生的CO₂更多，正确。本题选D。 8．下列除杂方案（括号内为杂质）不正确的是（　C　） A．CO₂（HCl）：通过盛饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶 B．CO（CO₂）：通过盛NaOH溶液的洗气瓶 C．CO₂（SO₂）：通过盛饱和Na₂CO₃溶液的洗气瓶 D．CO₂（CO）：通过灼热的CuO 【解析】A项，HCl与饱和NaHCO₃反应生成CO₂，且CO₂在饱和NaHCO₃溶液中几乎不溶解，可除杂，正确；B项，CO₂能被NaOH溶液吸收而CO不溶，可除杂，正确；C项，Na₂CO₃溶液既能吸收SO₂也能吸收主要成分CO₂，会损失被提纯的物质，应改用饱和NaHCO₃溶液，错误；D项，CO能还原灼热的CuO生成CO₂，既除去CO又增加主要成分，正确。本题选C。 9．下列关于CO₂通入不同溶液中的说法正确的是（　D　） A．向Ca(OH)₂溶液中通入少量CO₂，溶液变浑浊，继续通入足量CO₂，沉淀不溶解 B．向NaOH溶液中通入足量CO₂，生成的产物是Na₂CO₃ C．CO₂通入BaCl₂溶液中，产生BaCO₃白色沉淀 D．向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂，无论通入多少，都会产生白色沉淀 【解析】A项，CO₂足量时CaCO₃转化为可溶的Ca(HCO₃)₂，沉淀溶解，错误；B项，CO₂足量时生成NaHCO₃，少量时才生成Na₂CO₃，错误；C项，盐酸酸性强于碳酸，CO₂与BaCl₂不反应，无沉淀，错误；D项，CO₂溶于水生成碳酸，碳酸与Na₂SiO₃反应生成难溶于水的H₂SiO₃白色沉淀，且硅酸不溶于水、不溶于碳酸，通入多少CO₂都会有沉淀，正确。本题选D。 10．工业上制取高纯硅的流程为：SiO₂与焦炭高温反应制得粗硅；粗硅与Cl₂加热反应生成SiCl₄；SiCl₄与H₂高温反应得到高纯硅。下列说法错误的是（　C　） A．制粗硅的反应中，SiO₂作氧化剂、焦炭作还原剂 B．把粗硅转化为SiCl₄再还原，目的是使硅与杂质分离 C．流程中生成的HCl不能循环使用，必须用碱液吸收后排放 D．每制得1 mol高纯硅，理论上至少需要2 mol H₂ 【解析】A项，SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑中Si由＋4价降为0价、得4e⁻，SiO₂作氧化剂，碳由0价升为＋2价、失2e⁻，焦炭作还原剂，正确；B项，粗硅中杂质氯化后的产物沸点与SiCl₄相差较大，可通过蒸馏分离，故步骤②③的主要目的是提纯，正确；C项，SiCl₄＋2H₂＝ (高温)Si＋4HCl，生成的HCl可在粗硅的氯化或制粗硅工序中循环使用，不需要全部用碱液吸收，错误；D项，由SiCl₄＋2H₂＝ (高温)Si＋4HCl知，每生成1 mol Si需消耗2 mol H₂，正确。本题选C。 11．将2.8 g硅粉与足量NaOH溶液充分反应。下列说法正确的是（　B　） A．标准状况下产生2.24 L H₂ B．反应中硅失去0.4 mol电子 C．反应中NaOH被氧化 D．若把NaOH溶液换成足量盐酸，也能产生等量的H₂ 【解析】Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑。n(Si)＝2.8 g÷28 g/mol＝0.1 mol。A项，由方程式知生成0.2 mol H₂，标准状况下体积为0.2 mol×22.4 L/mol＝4.48 L，错误；B项，Si由0价升为＋4价，0.1 mol Si失去0.4 mol电子，正确；C项，该反应中Si是还原剂、H₂O是氧化剂（H由＋1价降为0价），NaOH既不是氧化剂也不是还原剂，错误；D项，硅不与盐酸反应，换成盐酸后不产生H₂，错误。本题选B。 12．下列关于硅及其化合物的实验方案中，能达到实验目的的是（　A　） A．除去Na₂CO₃固体中混有的少量NaHCO₃：加热 B．鉴别Na₂CO₃溶液和NaHCO₃溶液：分别滴加澄清石灰水 C．盛放氢氟酸：用带玻璃塞的玻璃瓶 D．除去SiO₂中混有的少量硅酸：加入足量NaOH溶液后过滤 【解析】A项，NaHCO₃受热分解生成Na₂CO₃，加热可除去Na₂CO₃固体中的NaHCO₃，正确；B项，Na₂CO₃和NaHCO₃都能与Ca(OH)₂反应生成CaCO₃白色沉淀，现象相同，不能鉴别，错误；C项，氢氟酸能与玻璃中的SiO₂反应，应盛放在塑料瓶中，错误；D项，SiO₂和硅酸都能与NaOH溶液反应，会把主要成分也溶掉，应改用加热的方法使硅酸分解为SiO₂，错误。本题选A。 13．X、Y、Z、W是四种常见的含硅物质，转化关系为：X＋NaOH溶液→Y＋H₂↑；Y＋CO₂＋H₂O→Z↓；Z＝ (△)W＋H₂O。已知X是一种半导体材料单质。下列说法正确的是（　B　） A．X是碳单质，W是二氧化硅 B．Y是Na₂SiO₃，Z是H₂SiO₃ C．由Z受热分解生成W和H₂O可知，Z是碳酸 D．上述转化中涉及的反应都不是氧化还原反应 【解析】X是与NaOH溶液反应放出H₂的半导体单质，故X为Si；Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑，Y为Na₂SiO₃；Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝H₂SiO₃↓＋Na₂CO₃，Z为H₂SiO₃；H₂SiO₃＝ (△)SiO₂＋H₂O，W为SiO₂。A项，X是硅，错误；B项，Y是Na₂SiO₃、Z是H₂SiO₃，正确；C项，Z是硅酸（受热分解为SiO₂和H₂O），不是碳酸，错误；D项，Si与NaOH溶液的反应中Si由0价升为＋4价，是氧化还原反应，错误。本题选B。 14．按要求填空。 （1）金刚石、石墨、C₆₀等碳单质互称为______。 （2）硅是良好的______材料，光导纤维的主要成分是______（填化学式）。 （3）硅酸是难溶于水的白色胶状弱酸，受热分解的化学方程式为______。 （4）盛放NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，原因是（用化学方程式表示）______。 【答案】 （1）同素异形体 （2）半导体；SiO₂（二氧化硅） （3）H₂SiO₃＝ (△)SiO₂＋H₂O （4）SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O（生成的Na₂SiO₃有黏性，会使瓶塞与瓶身粘住） 【解析】（1）同种元素组成的不同单质互称同素异形体。（2）晶体硅是半导体材料，光导纤维的主要成分是SiO₂，两者不能混淆。（3）硅酸不稳定，受热分解生成二氧化硅和水。（4）玻璃中的SiO₂与NaOH反应生成有黏性的Na₂SiO₃，所以盛放碱液的试剂瓶应用橡胶塞。 15．写出下列反应的化学方程式： （1）SiO₂与NaOH溶液反应：______。 （2）SiO₂与氢氟酸反应：______。 （3）硅与NaOH溶液反应：______。 （4）向Na₂SiO₃溶液中通入CO₂：______。 （5）工业上用SiO₂与焦炭在高温下反应制粗硅：______。 【答案】 （1）SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O （2）SiO₂＋4HF＝SiF₄↑＋2H₂O （3）Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑ （4）Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝H₂SiO₃↓＋Na₂CO₃ （5）SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑ 【解析】（2）氢氟酸是唯一能与SiO₂反应的无机酸，生成SiF₄气体，故可用于雕刻玻璃，注意该反应不放出H₂。（3）硅与强碱反应时氧化剂是H₂O（H由＋1价降为0价），NaOH既不是氧化剂也不是还原剂，H₂中的氢来自H₂O。（4）碳酸的酸性强于硅酸，符合强酸制弱酸，生成难溶的H₂SiO₃沉淀。（5）高温下碳还原SiO₂，碳过量时生成CO而不是CO₂。 16．将19.0 g Na₂CO₃和NaHCO₃的混合物充分加热至质量不再变化，称得剩余固体的质量为15.9 g。回答下列问题： （1）加热过程中固体质量减少______ g，减少的物质是______（填化学式）。 （2）原混合物中NaHCO₃的质量为______ g。 （3）向原混合物中加入足量稀盐酸，标准状况下产生CO₂的体积为______ L。 【答案】 （1）3.1；H₂O和CO₂ （2）8.4 g （3）4.48 L 【解析】加热时只有NaHCO₃分解：2NaHCO₃＝ (△)Na₂CO₃＋H₂O↑＋CO₂↑，固体减少的质量就是逸出的H₂O和CO₂的质量之和。由方程式知每2 mol NaHCO₃分解，固体减少18 g＋44 g＝62 g，即每1 mol NaHCO₃使固体减少31 g。31 g/mol×n(NaHCO₃)＝3.1 g，解得n(NaHCO₃)＝0.1 mol，m(NaHCO₃)＝0.1 mol×84 g/mol＝8.4 g。原混合物中m(Na₂CO₃)＝19.0 g－8.4 g＝10.6 g，n(Na₂CO₃)＝0.1 mol。与足量盐酸反应时，NaHCO₃和Na₂CO₃各产生0.1 mol CO₂，共0.2 mol，标准状况下体积为0.2 mol×22.4 L/mol＝4.48 L。 17．工业上用石英砂（主要成分SiO₂）制取高纯硅的一种流程如下： 石英砂＋焦炭 → (高温) 粗硅＋① 粗硅＋HCl → (一定条件) SiHCl₃＋② SiHCl₃＋H₂ → (高温) 高纯硅＋③ 回答下列问题： （1）①、②、③的化学式依次为______、______、______。 （2）写出石英砂与焦炭在高温下反应的化学方程式：______。 （3）该流程中可以循环使用的物质是______。 （4）要制得14 g高纯硅，理论上至少需要含SiO₂质量分数为90%的石英砂______ g（结果保留一位小数）。 【答案】 （1）①CO　②H₂　③HCl （2）SiO₂＋2C＝ (高温)Si＋2CO↑ （3）HCl和H₂ （4）33.3 g 【解析】（1）高温下焦炭还原SiO₂时碳过量，逸出的气体是CO；粗硅与HCl反应生成SiHCl₃的同时放出H₂；SiHCl₃与H₂在高温下反应得到Si，同时生成HCl。（2）碳作还原剂把SiO₂还原为单质硅，自身被氧化为CO。（3）步骤②产生的H₂可用于步骤③，步骤③产生的HCl可用于步骤②，两者都能循环使用，符合绿色化学的要求。（4）n(Si)＝14 g÷28 g/mol＝0.5 mol，由硅元素守恒可知至少需SiO₂ 0.5 mol，其质量为0.5 mol×60 g/mol＝30 g，故需质量分数为90%的石英砂30 g÷90%≈33.3 g。 18．已知甲、乙、丙、丁是四种常见的含硅物质，它们之间有如下转化关系（部分产物已略去）： ①甲（固体单质）＋NaOH溶液→乙＋H₂↑ ②乙＋CO₂＋H₂O→丙↓＋Na₂CO₃ ③丙 → (加热) 丁＋H₂O ④丁＋Na₂CO₃ → (高温) 乙＋CO₂↑ 回答下列问题： （1）甲、丙、丁的化学式依次为______、______、______。 （2）写出反应①的化学方程式：______。 （3）反应④能否说明丁对应酸的酸性比碳酸强？______（填“能”或“不能”），理由是______。 （4）反应③生成的丁能与NaOH溶液反应，写出该反应的化学方程式：______。 【答案】 （1）甲：Si　丙：H₂SiO₃　丁：SiO₂ （2）Si＋2NaOH＋H₂O＝Na₂SiO₃＋2H₂↑ （3）不能；反应④在高温下进行，属于难挥发性酸酐（SiO₂）制取挥发性酸酐（CO₂），反应方向由产物的挥发性决定，与溶液中酸的酸性强弱无关 （4）SiO₂＋2NaOH＝Na₂SiO₃＋H₂O 【解析】由反应①知甲是与NaOH溶液反应放出H₂的固体单质，且甲、乙、丙、丁都是含硅物质，故甲为Si、乙为Na₂SiO₃；乙与CO₂、H₂O反应生成沉淀丙，丙为H₂SiO₃；H₂SiO₃受热分解生成SiO₂和H₂O，故丁为SiO₂。判断酸性强弱要看溶液中能否发生强酸制弱酸的反应，如反应②（Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝H₂SiO₃↓＋Na₂CO₃）可证明H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃；而反应④是在高温下进行的固体反应，CO₂的逸出使反应向右进行，与酸性强弱无关。SiO₂与NaOH溶液反应生成Na₂SiO₃和水，说明SiO₂是酸性氧化物。 学科网（北京）股份有限公司 $