课时8 碳、硅及其化合物
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课时8 碳、硅及其化合物
(本课时对应学生用书第35~38页)
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【自主学习】
考点1
碳、硅单质
【基础梳理】
1. C、Si 单质的存在形态、物理性质及用途
(1) 自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有 态。碳单质主要有 、 、 等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
(2) 单质的结构、物理性质与用途比较
2. 高纯硅的制备
3. 碳、硅单质的化学性质：碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
【举题说法】
例题1 硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 A. 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B. 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C. 反应：Si+2NaOH+H2O
Na 2SiO 3+2H2↑中，Si 为还原剂，NaOH 和H 2O 为氧化剂
( )
D. 硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应
【答案】 A
【解析】 粗硅提纯涉及的反应：Si+2Cl2
SiCl 4、SiCl 4+2H2
Si+4HCl都是H 2SiO 3+2H2↑，
氧化还原反应，B 错误；该反应的实质是Si 先与H 2O 反应：Si+3H2O
H 2SiO 3再与NaOH 发生复分解反应生成 Na 2SiO 3，故只有H 2O 是氧化剂，C 错误；硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D 错误。
变式1 下列关于硅的说法不正确的是
( )
A. 硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体 B. 硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D. 加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
【答案】 C
【解析】 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽) ，但实际上属于非金属，A 正确；硅既有金属性又有非金属性，其导电性也介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料，B 正确；硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下) ，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH 溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应，C 错误，D 正确。
碳、硅的特殊性
1. 一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但硅、金刚石的熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然存在的硬度最大的物质。原因：它们的晶体类型是原子晶体。
2. 一般情况下，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
3. C、Si 同属ⅣA 族，还原性Si 大于C ，而C 却能将Si 从SiO 2中还原出来(条件是高温) ，原因是产物CO 气体迅速从反应体系中逸出，可以促使反应SiO 2+2CSi+2CO↑进行。
4. 非金属单质与碱反应时一般是非金属发生歧化反应(非金属既作氧化剂，又作还原剂) ，而Si 与碱液反应却只作还原剂：Si+2NaOH+H2
O
Na 2SiO 3+2H2↑。
5. 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si 却能与HF 发生反应：Si+4HFSiF 4↑+2H2↑。
6. 一般情况下，只有非常活泼的金属(如Na 、K 等) 才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C+H2
O(g)
考点2
CO+H2。
碳、硅的氧化物
【基础梳理】
1. 一氧化碳
(1) 物理性质：色气体，毒，溶于水。 (2)化学性质
2. 二氧化硅与二氧化碳
【举题说法】
例题2 二氧化硅(SiO2) 又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(各种转化见下图) 。下列说法正确的是
( )
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CoCl 2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
【答案】 C
【解析】 两性氧化物与酸和碱反应均生成盐和水，SiO 2与HF 反应得到的SiF 4不属于盐类，A 错误；SiO 2是光导纤维材料，Si 为半导体材料，B 错误；CoCl 2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C 正确；制取Si 的过程中涉及了氧化还原反应，D 错误。
变式2 下列说法正确的是 ( ) A. 光导纤维的主要成分是硅 B. 常用氢氟酸(HF)来刻蚀玻璃
C. 制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英 D. 实验室用带玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液
【答案】 B
【解析】 光导纤维的主要成分是二氧化硅，A 错误；4HF+SiO
2SiF 4↑+2H2O ，所以可以用氢氟酸(HF)来刻蚀玻璃，B 正确；制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英，C 错误；玻璃中含有二氧化硅，二氧化硅与氢氧化钠反应生成具有黏性的硅酸钠，时间长了会打不开瓶塞，D 错误。
考点3
硅酸及硅酸盐
【基础梳理】
1. 硅酸
硅酸 溶于水，其酸性比碳酸 ，硅酸 (填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。
(1) 硅酸不稳定，受热易分解：。 (2) 硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH 溶液反应的化学方程式为 。
(3) 硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸水能力强，常用作。
2. 硅酸盐
(1) 硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分。硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO 3) 写成，白云母(KH2Al 3Si 3O 12) 写成。
(2) 硅酸钠(Na2SiO 3)
①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性，水溶液显碱性。
②它能与酸性较硅酸强的酸反应，写出化学方程式： 与盐酸反应： 。 与CO 2水溶液反应： 。
③用途：黏合剂(矿物胶) 、耐火阻燃材料。
3. 无机非金属材料
(1) 传统无机非金属材料有水泥、玻璃、陶瓷三种硅酸盐材料。
(2) 新型无机非金属材料有、
、、等。
微课1 C 、Si 氧化物及盐之间的转变
将足量CO 2气体通入水玻璃(Na2SiO 3溶液) 中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是( )
A. Na2SiO 3 B. Na2CO 3、Na 2SiO 3 C. Na2CO 3、SiO 2 D. SiO2 分析：
过量CO 2气体
Na 2SiO 3溶液答案：A
Na 2SiO 3
解析：将足量CO 2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO 2+Na2SiO 3+2H2O H 2SiO 3↓+2NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H 2SiO 3
H 2O+SiO2、
2NaHCO
3Na 2CO 3+CO2↑+H2O 、Na 2CO 3+SiO
2Na 2SiO 3+CO2↑，所以最后所得
固体物质是Na 2SiO 3。
【举题说法】
例题3 寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al 2O 3·4SiO 2·H 2O ，下列观点不正确的是( )
A. 寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触
B. 寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物 C. 潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质 D. 置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质
【答案】 C
【解析】 根据寿山石的主要成分可知其能与酸和碱发生反应，A 正确；寿山石中主要成分为叶蜡石，含有不同形态的金属氧化物，造成其色彩丰富，B 正确；其中的氧化物Al 2O 3和SiO 2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C 错误；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D 正确。
变式3 月球的矿产资源极为丰富，仅月球表面层5cm 厚的沙土就含铁单质有上亿吨，矿物有辉石CaMgSi 2O 6、斜长石KAlSi 3O 8和橄榄石(Mg或Fe) 2SiO 4等，下列说法或分析不正确的是( )
A. 辉石、斜长石和橄榄石均属于硅酸盐矿 B. 斜长石的氧化物形式可表示为K 2O·Al 2O 3·3SiO 2
C. 月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气 D. 橄榄石中铁为+2价
【答案】 B
【解析】 辉石、斜长石和橄榄石成分中都含有硅元素和氧元素，所以均属于硅酸盐矿，A 正确；斜长石的氧化物形式应该表示为K 2O·Al 2O 3·6SiO 2才符合化学式KAlSi 3O 8，B 错误；游离态铁具有还原性容易被氧化，沙土中含有大量铁单质，
说明月球的表面几乎没有氧气，C 正确；橄榄石中硅为+4价，氧为-2价，只有铁为+2价才能满足化合价代数和为0，D 正确。
1. 无机酸多溶于水，而H 2SiO 3及H 4SiO 4却难溶于水。硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是Na 2SiO 3，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，可用作黏胶剂和木材防火剂，久置在空气中容易变质：Na 2SiO 3+CO2+H2
O
Na 2CO 3+H2SiO 3↓。
2. 复杂硅酸盐可以看成金属氧化物和二氧化硅所组成的复杂化合物，因此可以改写为a M x O y ·b SiO 2·c H 2O 的方式(具体顺序：活泼金属氧化物·不活泼金属氧化物·二氧化硅·水) ，如硅酸三钙：3CaO·SiO 2、斜长石：K 2O·Al 2O 3·6SiO 2、高岭土：Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 。
【随堂检测】
1. 硅及其化合物已被广泛用于生产生活中，下列说法不正确的是(
)
图1 图2
A. 图1是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力源于以Si 为原料的太阳能电池 B. 互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO 2 C. 硅酸钠溶液的俗名是水玻璃，常用作木材的阻燃剂
D. 图2中这幅玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀玻璃形成的 【答案】 D
【解析】 工艺师用氢氟酸刻蚀玻璃，D 错误。
2. 下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是( ) A. SiO2→Si B. Na2SiO 3→H2SiO 3 C. SiO2→H2SiO 3 【答案】 C 【解析】 SiO 2
+2C
Si+2CO↑，A 正确；Na 2SiO 3+CO2+H2
O
H 2SiO 3↓+Na2CO 3，
D. Si→Na2SiO 3
B 正确；SiO 2和H 2O 不能一步反应生成H 2SiO 3，C 错误；Si+2NaOH+H2
O Na 2SiO 3+2H2↑，D 正确。
3. 判断下列说法是否正确。 (1) Si和SiO 2都用于制造光导纤维。
( )
( )
(2) NH4F 水溶液中含有HF ，因此NH 4F 溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。 (3) 硅胶可作袋装食品的干燥剂。 ( ) (4) 漂白粉、石英都属于纯净物。 ( )
(5) 因为晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。( ) (6) 玻璃容器可长期盛放各种酸。 ( ) (7) 浓硫酸可刻蚀石英制艺术品。 ( )
(8) 含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封保存的过程中没有发生化学变化。
( )
( )
(9) 氢氟酸刻蚀玻璃不涉及化学变化。
【答案】 (1) ✕ (2) √ (3) √ (4) ✕ (5) ✕ (6) ✕ (7) ✕ (8) ✕ (9) ✕ 【解析】 (1) SiO2用于制造光导纤维，Si 用于制造半导体材料。(2) NH4F 水解产生HF ，HF 易和玻璃中的SiO 2反应，所以NH 4F 溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。(3) 硅胶多孔，吸收水分能力强，可作袋装食品的干燥剂。(4) 漂白粉是次氯酸钙和氯化钙的混合物，石英是混合物，其主要成分是二氧化硅。(5) 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，可用于制作半导体材料。(6) HF 能与玻璃的成分SiO 2发生反应(SiO2
+4HF
SiF 4↑+2H2O) ，所以玻璃容器不能长期盛放氢氟酸(HF)。(7) 浓硫酸
不与玻璃的成分二氧化硅发生反应，工艺师用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品。(8) 硅胶具有吸水性，可防止食品受潮，属于物理变化；铁粉可防止食品氧化，属于化学变化。(9) HF能与玻璃的成分SiO 2发生反应，因此用于雕刻玻璃，属于化学变化。
4. 我国目前制备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。由于三氯氢硅氢还原法具有一定优点，被广泛应用。其简化的工艺流程如下图所示。
(1)
由
纯
SiHCl 3
制
备
高
纯
硅
的
化
学
方
程
式
为 。该生产工艺中可以循环使用的物质是 (至少写出两种) 。
(2) 由于SiH 4具有易提纯的特点，因此硅烷热分解法是制备高纯硅很有发展潜力的方法。工业上广泛采用的合成硅烷的方法是让硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷，反应的化学方程式是 。 整个制备过程必须严格控制无水，否则反应将不能生成硅烷，而是生成硅酸和氢气等，其化学方程式为 。 整个系统必须与空气隔绝，其原因是 。 【答案】 (1) SiHCl3+H
2(2)Mg2Si+4NH4
Cl
Si+3HCl HCl 、H 2、SiHCl 3等(任写两种)
SiH 4↑+2MgCl2+4NH3↑
Mg 2Si+4NH4Cl+3H2
O
2MgCl 2+H2SiO 3+4NH3↑+4H2↑ 硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸 【解析】 (1) 根据三氯氢硅氢还原法制备多晶硅的工艺流程可知，发生的反应为
Si+3HCl
SiHCl 3+H2，SiHCl 3+H
2
Si+3HCl，反应过程中，HCl 、
H 2、SiHCl 3可循环使用。
【问题思考和基础梳理答案】
【参考答案】
问题思考
问题1 硅为亲氧元素，在地壳形成时硅与氧易结合、难分离，在自然界中以硅的氧化物和硅酸盐形式存在。
问题2 选择铁坩埚。石英坩埚、陶瓷坩埚中均含有SiO 2，在加热条件下会与NaOH 发生反应：SiO 2
+2NaOH铁与NaOH 不发生反应。
基础梳理
考点1 1. (1) 化合 金刚石 石墨 C 60 (2) 空间网状 软 石墨 半导体 2. 焦炭 石英 SiCl 4+2H
23. 2CO 2CO↑ SiF 4↑+2H2↑
考点2 1. (1) 无 有 难 (2) 2CO+O
2Fe 2O 3
+3CO
2Fe+3CO2
2CO 2 淡蓝
CuO+CO
Cu+CO2
Si+4HCl
Na 2SiO 3+H2O ，使得坩埚受损，因此选择铁坩埚，
2. 原子 分子 SiF 4↑+2H2O 橡皮塞 碱式 Na 2CO 3+H2O NaHCO 3 2NaHCO 3
考点3 1. 不 弱 不能 (1) H 2SiO
3Na 2SiO 3+2H2O (3) 干燥剂
2. (1) Na 2O·SiO 2 K 2O·3Al 2O 3·6SiO 2·2H 2O (2) ①水玻璃 ②Na 2SiO 3
+2HCl2NaCl+H2SiO 3↓ Na 2SiO 3+CO2+H2O
Na 2CO 3+H2SiO 3↓
SiO 2+H2O (2) H 2SiO 3
+2NaOH
3. (1) 石灰石 纯碱 石灰石 石英砂 (2) 高温结构陶瓷 光导纤维 生物陶瓷 压电陶瓷
趁热打铁，事半功倍。请老师布置同学们完成《配套检测与评估》中的练习第13~14页。
【课后检测】
课时8 碳、硅及其化合物
1. 绿泥石的组成可表示为Al 4Si 4O x (OH)y ，其中x 、y 分别为 A. 10 8
2. 下列表述正确的是( )
B. 7 10 C. 8 10 D. 9 7
( )
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能 A. ①②③
3. 硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法不正确的是
( )
B. ②④ C. ③④⑤
D. ③⑤
A. 硅燃烧产物对环境产生的污染容易得到有效控制
B. 由Si(s)+O2
(g)
SiO 2(s) ΔH=-858.6 kJ·mol -1可知，硅燃烧放出的热量较多
C. 自然界中硅的贮存量丰富，可以从自然界直接获得单质硅 D. 硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一
4. (2014·江西抚州三校联考) 下列说法正确的是( ) A.
单质
行转化
B. 若a 、b 、c 分别为Si 、SiO 2、H 2SiO 3，则可以通过一步反应实现转化：b→c→a C. 太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置 D. 单质硅常用于制造光导纤维
5. 下列有关硅及其化合物的说法正确的是( )
A. 硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B. 反应①Na 2SiO 3+H2O+CO
2
Na 2CO 3+H2SiO 3↓，反应②Na 2CO 3+SiO
2
氧化物
酸或碱
盐，碳或硅单质可以按上述关系进
Na 2SiO 3+CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生 C. 普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D. 祖母绿的主要成分为Be 3Al 2Si 6O 18，用氧化物形式表示为3BeO·Al 2O 3·6SiO 2
6. 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：①SiO 2+2C
Si+2CO↑
SiCl 4；
由粗硅制纯硅(常用方法) ：②Si(粗)+2Cl2③SiCl 4+2H2
Si(纯)+4HCl
根据以上反应，下列说法不正确的是( ) A. ①反应为置换反应，C 作还原剂 B. ②、③反应分别为化合反应和置换反应 C. 在半导体行业上充分体现了“从沙滩到用户” D. 在③反应中，SiCl 4作氧化剂发生氧化反应
7. 判断下列说法是否正确(用“√”或“✕”回答) 。 (1)单质硅用于制造光导纤维。
( )
( )
( )
(2)制水泥和玻璃都用石灰石作原料。
(3)Si可用作太阳能电池和光导纤维的材料。
(4)SiO2既溶于NaOH 溶液又溶于HF 溶液，说明SiO 2是两性氧化物。 ( ) (5)涤纶、塑料、光导纤维都是有机高分子材料。 (6)氢氟酸具有强酸性，可用于雕刻玻璃。
( )
( )
( )
(7)二氧化硅具有较强的导电性，可用于制造光导纤维。
(8)高纯硅广泛应用于太阳能电池、计算机芯片和光导纤维。 ( ) (9)工业制取粗硅是高温下用C 还原SiO 2。 ( ) (10)二氧化硅是制造太阳能电池板的主要材料。 ( )
8. (2015·北京海淀模拟) 单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质) ，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃) ，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下：
A. 四氯化硅遇水极易水解。
B. 硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物。 C. 有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：
(1)写出装置A 中发生反应的离子方程式：。
(2)装置A 中g 管的作用是；装置C 中的试剂是；装置E 中的h 瓶需要冷却的理由是 。
(3)装置E 中h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏) 得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外还可能含有的杂质元素是 (填元素符号) 。 (4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe 2+， 再用KMnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是
-O 45Fe +Mn+8H+
2+
5Fe 3++Mn2++4H2O 。
①滴定前是否要滴加指示剂? (填“是”或“否”)，请说明理由。
②某同学称取5.000 g 残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL 溶液，移取25.00 mL 试样溶液，用1.000×10-2 mol·L -1KMnO 4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是 。
9. (2015·湖北黄冈质检) 硅在无机非金属材料中扮演着主要角色，请利用相关知识回答下列问题：
(1)硅有非常重要的用途，请写出其中的一种：。
(2)古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O x ，铜为+2价) ，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是 (填字母) 。
A. 可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO 2 B. 性质稳定，不易脱色 C. x等于6
D. 易溶解于强酸和强碱
(3)工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如下：
①在电弧炉中发生的反应需要在高温条件进行，写出该反应的化学方程式： ，再利用化学反应进行的方向相关知识判断该反应的ΔH (填“”或“=”)0。
②SiCl 4极易水解，其完全水解的化学方程式为 ③在流化床反应的产物中，除SiCl 4外，还有SiHCl 3、SiH 2Cl 2、SiH 3Cl 、FeCl 3等，有关物质的沸点数据如下表，分离SiCl 4和其他杂质的方法为 。
10. 粉煤灰是燃煤电厂排出的工业废渣，其中含莫来石(Al6Si 2O 13) 的质量分数为42.6%，还有含量较多的SiO 2(其他成分不含Al 和Si) 。用粉煤灰和纯碱在高温下烧结，可制取NaAlSiO 4(霞石) 、Na 2SiO 3和NaAlO 2，已知有关化学方程式为 Al 6Si 2O 13+3Na2CO 3Al 6Si 2O 13+5Na2CO 3Al 2O 3+Na2CO 3
2NaAlSiO 4+4NaAlO2+3CO2↑ ① 2Na 2SiO 3+6NaAlO2+5CO2↑ ②
2NaAlO 2+CO2↑ ③
(1)粉煤灰中铝的质量分数为Al 2O 3与纯碱反应的化学方程式，书写二氧化硅与纯碱反应的化学方程式： 。
(2)用1 mol Al 6Si 2O 13和4 mol SiO 2制得5 mol NaAlO 2、1 mol NaAlSiO 4，还应制得Na 2SiO 3 mol ，共消耗Na 2CO 3 mol(得到的固体中无SiO 2) 。 (3)若粉煤灰中Al 6Si 2O 13与SiO 2的物质的量之比为1∶2，则1 kg 粉煤灰与6 mol Na 2CO 3反应(反应物全部参与反应) ，可制得NaAlO 2 mol 。
【课后检测答案】
课时8 碳、硅及其化合物
1. A 【解析】 由化学式中各元素化合价的代数和为0可知：(+3)×4+(+4)×4+(-2)·x+(-2+1)·y=0，则有2x+y=28。将各选项中x 、y 的值代入验证，只有A 项符合。
2. C 【解析】 人造刚玉的成分是氧化铝；玛瑙的主要成分是二氧化硅；水泥是硅酸盐工业产品，属于硅酸盐材料；石英玻璃具有很好的折光性能，可以制作精密仪器和镜片；利用高纯硅的半导体性能制成的光电池，可将太阳光的光能直接转换成电能。
3. C 【解析】 硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅不是气体，其污染容易得到有效控制，A 正确；从热化学方程式来看，硅燃烧的热效应是非常大的，B 正确；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，C 错误；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易，D 正确。
4. C 【解析】 SiO 2不与H 2O 反应，即“氧化物
酸或碱”不能实现，A 错误；
b→c(SiO2→H2SiO 3) ，c→a(H2SiO 3→Si)均不能通过一步反应实现转化，B 错误；硅在元素周期表中处于第3周期ⅣA 族，为金属元素与非金属元素的交界位置，C 正确；SiO 2用于制造光导纤维，Si 用于制造半导体材料和太阳能电池，D 错误。
5. D 【解析】 硅酸钠本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口黏结，A 错误；两反应条件不同，反应①是在溶液中进行的，较强酸可以制较弱酸，反应②是在高温条件下进行的，CO 2是气体，逸出促使反应发生，B 错误；石英玻璃的成分为SiO 2，SiO 2是氧化物不是盐，石英玻璃不属于硅酸盐材料，C 错误；Be 3Al 2Si 6O 18改写成氧化物形式表示为3BeO·Al 2O 3·6SiO 2，D 正确。
6. D 【解析】 ①反应为置换反应，C 被氧化成CO ，作还原剂，A 正确；②、③反应分别为化合反应和置换反应，B 正确；在半导体行业上实现了SiO 2→Si，充分体现了“从沙滩到用户”，C 正确；SiCl 4+2H
2被还原，发生还原反应，D 错误。
7. (1) ✕ (2) √ (3) ✕ (4) ✕ (5) ✕ (6) ✕ (7)✕ (8) ✕ (9) √ (10) ✕
【解析】 (1) SiO 2用于制造光导纤维，Si 用于制造半导体材料。(2) 制水泥原料是石灰石、黏土和石膏，制玻璃原料是纯碱、石灰石、石英。(3) SiO 2用于制造光导纤维，Si 用于制造太阳能电池。(4) SiO 2与氢氟酸反应，生成物中没有盐，不属于两性氧化物。(5)涤纶、塑料是有机高分子材料，光导纤维成分是SiO 2，不属于有机高分子材料。(6) 氢氟酸可用于雕刻玻璃，但氢氟酸属于弱酸。(7) 二氧化硅可用于制造光导纤维，但不具有较强的导电性。(8) 高纯硅广泛应用于太阳能电池、计算机芯片，但制造光导纤维是SiO 2。(9) SiO 2
+2C电池板的主要材料是晶体硅。
8. (1) MnO 2+4H++2Cl-Mn 2++Cl2↑+2H2O (2) 平衡压强，使液体顺利流出并防止
Si+2CO↑。(10) 制造太阳能
Si(纯)+4HCl中，Si 元素化合价降低
漏气 浓硫酸 产物SiCl 4沸点低，需要冷凝收集 (3) Al 、P 、Cl (4) ①否 KMnO 4自身紫红色褪去可指示滴定终点 ②4.480%
【解析】 (1) 装置A 是氯气发生装置，A 中的离子方程式为MnO 2+4H++2Cl
-Mn 2++Cl2↑+2H2O 。(2) 浓盐酸有挥发性，故分液漏斗要加盖，加盖后如没有g 管，盐酸就不易流下，g 管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；制得的氯气中含有氯化氢和水，装置B 用饱和食盐水除去氯化氢，装置C 用浓硫酸吸水；产物SiCl 4沸点低，需要冷凝收集。(3) D 中氯气与粗硅反应生成SiCl 4，h 瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl 4气体时，BCl 3早已成气体被蒸出，而AlCl 3、FeCl 3、PCl 5的沸点或升华温度均高于SiCl 4的沸点，
-O 所以当SiCl 4蒸出后，AlCl 3、FeCl 3、PCl 5还为固体留在瓶里。(4) ①Mn 4转变成
Mn 2+，溶液颜色由紫红色变成无色，KMnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原
-O 滴定时不需要指示剂。②n(Mn4)=1.000×10-2 mol·L -1×0.02 L=2×10-4 mol ，
100mL
n(Fe2+)=5n(MnO )=1×10-3 mol ，则残留物中n(Fe)=1×10-3 mol×25.00mL =4×10-3 mol ，-
4
m(Fe)=4×10-3 mol×56 g·mol -1=0.224 g ，铁元素的质量分数为0.224 g÷5.000 g×100%=4.480%。
9. (1) 制半导体、电路板、太阳能电池板、硅钢等(任写一种) (2) D (3) ①2C+SiO22CO↑+Si > ②SiCl 4+3H2O H 2SiO 3↓+4HCl ③蒸馏(或精馏)
【解析】 (2) 硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO 2，A 正确；硅酸铜钡中铜显+2价，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，B 正确；硅酸铜钡中的铜元素化合价为+2，硅元素化合价为+4，氧元素化合价为-2，钡元素化合价为+2，则由化学式BaCuSi 2O x ，根据化合物中元素化合价的代数和为0可得：(+2)+(+2)+(+4)×2+(-2)×x=0，解得x=6，C 正确；BaCuSi 2O 6是弱酸盐，所以能和强酸反应，和强碱不反应，D 错误。(3) ①石英砂的主要成分是二氧化硅，制备粗硅发生置换反应：SiO 2
+2CSi+2CO↑，该反应生成气体，ΔS>0，该反应不能自发进行，ΔH-TΔS>0，所以ΔH>0。②SiCl 4水解生成硅酸和氯化氢，
反应的化学方程式为SiCl 4+3H2O
于蒸馏。
10. (1) 16.2% SiO 2+Na2CO 3
(2) 5 8 (3) 5 H 2SiO 3↓+4HCl。③利用沸点的不同提纯SiCl 4属Na 2SiO 3+CO2↑
27
【解析】 (1) 根据Al 6Si 2O 13~6Al，含Al 质量分数为6×426×42.6%=16.2%。对比Al 2O 3+Na2CO 32NaAlO 2+CO2↑，不难写出：SiO 2+Na2CO 3Na 2SiO 3+CO2↑。(2) 反应物是1 mol Al6Si 2O 13和4 mol SiO2，已经生成5 mol NaAlO2、1 mol NaAlSiO4，根据硅原子守恒，应该制得Na 2SiO 3 5 mol ，根据钠原子守恒，共消耗Na 2CO 38 mol 。
(3) 因为Al 6Si 2O 13与SiO 2的物质的量之比为1∶2，1 kg粉煤灰(Al6Si 2O 13的质量分数为42.6%)含有Al 6Si 2O 13 1 mol，含有SiO 2 2 mol，反应物有6 mol Na2CO 3，假设生成物NaAlSiO 4、Na 2SiO 3和NaAlO 2的物质的量分别是x 、y 、z ，则x+z=6 mol(铝守恒) 、x+y=4 mol(硅守恒) 、x+2y+z=12 mol(钠守恒) ，解得x=1 mol，y=3 mol，z=5 mol。
课时8 碳、硅及其化合物
【课时导航】
课时8 碳、硅及其化合物
(本课时对应学生用书第35~38页)
【课时导航】
【自主学习】
考点1
碳、硅单质
【基础梳理】
1. C、Si 单质的存在形态、物理性质及用途
(1) 自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有 态。碳单质主要有 、 、 等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
(2) 单质的结构、物理性质与用途比较
2. 高纯硅的制备
3. 碳、硅单质的化学性质：碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
【举题说法】
例题1 硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 A. 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B. 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C. 反应：Si+2NaOH+H2O
Na 2SiO 3+2H2↑中，Si 为还原剂，NaOH 和H 2O 为氧化剂
( )
D. 硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应
【答案】 A
【解析】 粗硅提纯涉及的反应：Si+2Cl2
SiCl 4、SiCl 4+2H2
Si+4HCl都是H 2SiO 3+2H2↑，
氧化还原反应，B 错误；该反应的实质是Si 先与H 2O 反应：Si+3H2O
H 2SiO 3再与NaOH 发生复分解反应生成 Na 2SiO 3，故只有H 2O 是氧化剂，C 错误；硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D 错误。
变式1 下列关于硅的说法不正确的是
( )
A. 硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体 B. 硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D. 加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
【答案】 C
【解析】 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽) ，但实际上属于非金属，A 正确；硅既有金属性又有非金属性，其导电性也介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料，B 正确；硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下) ，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH 溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应，C 错误，D 正确。
碳、硅的特殊性
1. 一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但硅、金刚石的熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然存在的硬度最大的物质。原因：它们的晶体类型是原子晶体。
2. 一般情况下，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
3. C、Si 同属ⅣA 族，还原性Si 大于C ，而C 却能将Si 从SiO 2中还原出来(条件是高温) ，原因是产物CO 气体迅速从反应体系中逸出，可以促使反应SiO 2+2CSi+2CO↑进行。
4. 非金属单质与碱反应时一般是非金属发生歧化反应(非金属既作氧化剂，又作还原剂) ，而Si 与碱液反应却只作还原剂：Si+2NaOH+H2
O
Na 2SiO 3+2H2↑。
5. 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si 却能与HF 发生反应：Si+4HFSiF 4↑+2H2↑。
6. 一般情况下，只有非常活泼的金属(如Na 、K 等) 才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C+H2
O(g)
考点2
CO+H2。
碳、硅的氧化物
【基础梳理】
1. 一氧化碳
(1) 物理性质：色气体，毒，溶于水。 (2)化学性质
2. 二氧化硅与二氧化碳
【举题说法】
例题2 二氧化硅(SiO2) 又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(各种转化见下图) 。下列说法正确的是
( )
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CoCl 2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
【答案】 C
【解析】 两性氧化物与酸和碱反应均生成盐和水，SiO 2与HF 反应得到的SiF 4不属于盐类，A 错误；SiO 2是光导纤维材料，Si 为半导体材料，B 错误；CoCl 2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C 正确；制取Si 的过程中涉及了氧化还原反应，D 错误。
变式2 下列说法正确的是 ( ) A. 光导纤维的主要成分是硅 B. 常用氢氟酸(HF)来刻蚀玻璃
C. 制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英 D. 实验室用带玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液
【答案】 B
【解析】 光导纤维的主要成分是二氧化硅，A 错误；4HF+SiO
2SiF 4↑+2H2O ，所以可以用氢氟酸(HF)来刻蚀玻璃，B 正确；制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英，C 错误；玻璃中含有二氧化硅，二氧化硅与氢氧化钠反应生成具有黏性的硅酸钠，时间长了会打不开瓶塞，D 错误。
考点3
硅酸及硅酸盐
【基础梳理】
1. 硅酸
硅酸 溶于水，其酸性比碳酸 ，硅酸 (填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。
(1) 硅酸不稳定，受热易分解：。 (2) 硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH 溶液反应的化学方程式为 。
(3) 硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸水能力强，常用作。
2. 硅酸盐
(1) 硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分。硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO 3) 写成，白云母(KH2Al 3Si 3O 12) 写成。
(2) 硅酸钠(Na2SiO 3)
①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性，水溶液显碱性。
②它能与酸性较硅酸强的酸反应，写出化学方程式： 与盐酸反应： 。 与CO 2水溶液反应： 。
③用途：黏合剂(矿物胶) 、耐火阻燃材料。
3. 无机非金属材料
(1) 传统无机非金属材料有水泥、玻璃、陶瓷三种硅酸盐材料。
(2) 新型无机非金属材料有、
、、等。
微课1 C 、Si 氧化物及盐之间的转变
将足量CO 2气体通入水玻璃(Na2SiO 3溶液) 中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是( )
A. Na2SiO 3 B. Na2CO 3、Na 2SiO 3 C. Na2CO 3、SiO 2 D. SiO2 分析：
过量CO 2气体
Na 2SiO 3溶液答案：A
Na 2SiO 3
解析：将足量CO 2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO 2+Na2SiO 3+2H2O H 2SiO 3↓+2NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H 2SiO 3
H 2O+SiO2、
2NaHCO
3Na 2CO 3+CO2↑+H2O 、Na 2CO 3+SiO
2Na 2SiO 3+CO2↑，所以最后所得
固体物质是Na 2SiO 3。
【举题说法】
例题3 寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al 2O 3·4SiO 2·H 2O ，下列观点不正确的是( )
A. 寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触
B. 寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物 C. 潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质 D. 置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质
【答案】 C
【解析】 根据寿山石的主要成分可知其能与酸和碱发生反应，A 正确；寿山石中主要成分为叶蜡石，含有不同形态的金属氧化物，造成其色彩丰富，B 正确；其中的氧化物Al 2O 3和SiO 2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C 错误；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D 正确。
变式3 月球的矿产资源极为丰富，仅月球表面层5cm 厚的沙土就含铁单质有上亿吨，矿物有辉石CaMgSi 2O 6、斜长石KAlSi 3O 8和橄榄石(Mg或Fe) 2SiO 4等，下列说法或分析不正确的是( )
A. 辉石、斜长石和橄榄石均属于硅酸盐矿 B. 斜长石的氧化物形式可表示为K 2O·Al 2O 3·3SiO 2
C. 月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气 D. 橄榄石中铁为+2价
【答案】 B
【解析】 辉石、斜长石和橄榄石成分中都含有硅元素和氧元素，所以均属于硅酸盐矿，A 正确；斜长石的氧化物形式应该表示为K 2O·Al 2O 3·6SiO 2才符合化学式KAlSi 3O 8，B 错误；游离态铁具有还原性容易被氧化，沙土中含有大量铁单质，
说明月球的表面几乎没有氧气，C 正确；橄榄石中硅为+4价，氧为-2价，只有铁为+2价才能满足化合价代数和为0，D 正确。
1. 无机酸多溶于水，而H 2SiO 3及H 4SiO 4却难溶于水。硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是Na 2SiO 3，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，可用作黏胶剂和木材防火剂，久置在空气中容易变质：Na 2SiO 3+CO2+H2
O
Na 2CO 3+H2SiO 3↓。
2. 复杂硅酸盐可以看成金属氧化物和二氧化硅所组成的复杂化合物，因此可以改写为a M x O y ·b SiO 2·c H 2O 的方式(具体顺序：活泼金属氧化物·不活泼金属氧化物·二氧化硅·水) ，如硅酸三钙：3CaO·SiO 2、斜长石：K 2O·Al 2O 3·6SiO 2、高岭土：Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 。
【随堂检测】
1. 硅及其化合物已被广泛用于生产生活中，下列说法不正确的是(
)
图1 图2
A. 图1是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力源于以Si 为原料的太阳能电池 B. 互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO 2 C. 硅酸钠溶液的俗名是水玻璃，常用作木材的阻燃剂
D. 图2中这幅玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀玻璃形成的 【答案】 D
【解析】 工艺师用氢氟酸刻蚀玻璃，D 错误。
2. 下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是( ) A. SiO2→Si B. Na2SiO 3→H2SiO 3 C. SiO2→H2SiO 3 【答案】 C 【解析】 SiO 2
+2C
Si+2CO↑，A 正确；Na 2SiO 3+CO2+H2
O
H 2SiO 3↓+Na2CO 3，
D. Si→Na2SiO 3
B 正确；SiO 2和H 2O 不能一步反应生成H 2SiO 3，C 错误；Si+2NaOH+H2
O Na 2SiO 3+2H2↑，D 正确。
3. 判断下列说法是否正确。 (1) Si和SiO 2都用于制造光导纤维。
( )
( )
(2) NH4F 水溶液中含有HF ，因此NH 4F 溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。 (3) 硅胶可作袋装食品的干燥剂。 ( ) (4) 漂白粉、石英都属于纯净物。 ( )
(5) 因为晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。( ) (6) 玻璃容器可长期盛放各种酸。 ( ) (7) 浓硫酸可刻蚀石英制艺术品。 ( )
(8) 含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封保存的过程中没有发生化学变化。
( )
( )
(9) 氢氟酸刻蚀玻璃不涉及化学变化。
【答案】 (1) ✕ (2) √ (3) √ (4) ✕ (5) ✕ (6) ✕ (7) ✕ (8) ✕ (9) ✕ 【解析】 (1) SiO2用于制造光导纤维，Si 用于制造半导体材料。(2) NH4F 水解产生HF ，HF 易和玻璃中的SiO 2反应，所以NH 4F 溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。(3) 硅胶多孔，吸收水分能力强，可作袋装食品的干燥剂。(4) 漂白粉是次氯酸钙和氯化钙的混合物，石英是混合物，其主要成分是二氧化硅。(5) 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，可用于制作半导体材料。(6) HF 能与玻璃的成分SiO 2发生反应(SiO2
+4HF
SiF 4↑+2H2O) ，所以玻璃容器不能长期盛放氢氟酸(HF)。(7) 浓硫酸
不与玻璃的成分二氧化硅发生反应，工艺师用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品。(8) 硅胶具有吸水性，可防止食品受潮，属于物理变化；铁粉可防止食品氧化，属于化学变化。(9) HF能与玻璃的成分SiO 2发生反应，因此用于雕刻玻璃，属于化学变化。
4. 我国目前制备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。由于三氯氢硅氢还原法具有一定优点，被广泛应用。其简化的工艺流程如下图所示。
(1)
由
纯
SiHCl 3
制
备
高
纯
硅
的
化
学
方
程
式
为 。该生产工艺中可以循环使用的物质是 (至少写出两种) 。
(2) 由于SiH 4具有易提纯的特点，因此硅烷热分解法是制备高纯硅很有发展潜力的方法。工业上广泛采用的合成硅烷的方法是让硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷，反应的化学方程式是 。 整个制备过程必须严格控制无水，否则反应将不能生成硅烷，而是生成硅酸和氢气等，其化学方程式为 。 整个系统必须与空气隔绝，其原因是 。 【答案】 (1) SiHCl3+H
2(2)Mg2Si+4NH4
Cl
Si+3HCl HCl 、H 2、SiHCl 3等(任写两种)
SiH 4↑+2MgCl2+4NH3↑
Mg 2Si+4NH4Cl+3H2
O
2MgCl 2+H2SiO 3+4NH3↑+4H2↑ 硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸 【解析】 (1) 根据三氯氢硅氢还原法制备多晶硅的工艺流程可知，发生的反应为
Si+3HCl
SiHCl 3+H2，SiHCl 3+H
2
Si+3HCl，反应过程中，HCl 、
H 2、SiHCl 3可循环使用。
【问题思考和基础梳理答案】
【参考答案】
问题思考
问题1 硅为亲氧元素，在地壳形成时硅与氧易结合、难分离，在自然界中以硅的氧化物和硅酸盐形式存在。
问题2 选择铁坩埚。石英坩埚、陶瓷坩埚中均含有SiO 2，在加热条件下会与NaOH 发生反应：SiO 2
+2NaOH铁与NaOH 不发生反应。
基础梳理
考点1 1. (1) 化合 金刚石 石墨 C 60 (2) 空间网状 软 石墨 半导体 2. 焦炭 石英 SiCl 4+2H
23. 2CO 2CO↑ SiF 4↑+2H2↑
考点2 1. (1) 无 有 难 (2) 2CO+O
2Fe 2O 3
+3CO
2Fe+3CO2
2CO 2 淡蓝
CuO+CO
Cu+CO2
Si+4HCl
Na 2SiO 3+H2O ，使得坩埚受损，因此选择铁坩埚，
2. 原子 分子 SiF 4↑+2H2O 橡皮塞 碱式 Na 2CO 3+H2O NaHCO 3 2NaHCO 3
考点3 1. 不 弱 不能 (1) H 2SiO
3Na 2SiO 3+2H2O (3) 干燥剂
2. (1) Na 2O·SiO 2 K 2O·3Al 2O 3·6SiO 2·2H 2O (2) ①水玻璃 ②Na 2SiO 3
+2HCl2NaCl+H2SiO 3↓ Na 2SiO 3+CO2+H2O
Na 2CO 3+H2SiO 3↓
SiO 2+H2O (2) H 2SiO 3
+2NaOH
3. (1) 石灰石 纯碱 石灰石 石英砂 (2) 高温结构陶瓷 光导纤维 生物陶瓷 压电陶瓷
趁热打铁，事半功倍。请老师布置同学们完成《配套检测与评估》中的练习第13~14页。
【课后检测】
课时8 碳、硅及其化合物
1. 绿泥石的组成可表示为Al 4Si 4O x (OH)y ，其中x 、y 分别为 A. 10 8
2. 下列表述正确的是( )
B. 7 10 C. 8 10 D. 9 7
( )
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能 A. ①②③
3. 硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法不正确的是
( )
B. ②④ C. ③④⑤
D. ③⑤
A. 硅燃烧产物对环境产生的污染容易得到有效控制
B. 由Si(s)+O2
(g)
SiO 2(s) ΔH=-858.6 kJ·mol -1可知，硅燃烧放出的热量较多
C. 自然界中硅的贮存量丰富，可以从自然界直接获得单质硅 D. 硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一
4. (2014·江西抚州三校联考) 下列说法正确的是( ) A.
单质
行转化
B. 若a 、b 、c 分别为Si 、SiO 2、H 2SiO 3，则可以通过一步反应实现转化：b→c→a C. 太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置 D. 单质硅常用于制造光导纤维
5. 下列有关硅及其化合物的说法正确的是( )
A. 硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B. 反应①Na 2SiO 3+H2O+CO
2
Na 2CO 3+H2SiO 3↓，反应②Na 2CO 3+SiO
2
氧化物
酸或碱
盐，碳或硅单质可以按上述关系进
Na 2SiO 3+CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生 C. 普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D. 祖母绿的主要成分为Be 3Al 2Si 6O 18，用氧化物形式表示为3BeO·Al 2O 3·6SiO 2
6. 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：①SiO 2+2C
Si+2CO↑
SiCl 4；
由粗硅制纯硅(常用方法) ：②Si(粗)+2Cl2③SiCl 4+2H2
Si(纯)+4HCl
根据以上反应，下列说法不正确的是( ) A. ①反应为置换反应，C 作还原剂 B. ②、③反应分别为化合反应和置换反应 C. 在半导体行业上充分体现了“从沙滩到用户” D. 在③反应中，SiCl 4作氧化剂发生氧化反应
7. 判断下列说法是否正确(用“√”或“✕”回答) 。 (1)单质硅用于制造光导纤维。
( )
( )
( )
(2)制水泥和玻璃都用石灰石作原料。
(3)Si可用作太阳能电池和光导纤维的材料。
(4)SiO2既溶于NaOH 溶液又溶于HF 溶液，说明SiO 2是两性氧化物。 ( ) (5)涤纶、塑料、光导纤维都是有机高分子材料。 (6)氢氟酸具有强酸性，可用于雕刻玻璃。
( )
( )
( )
(7)二氧化硅具有较强的导电性，可用于制造光导纤维。
(8)高纯硅广泛应用于太阳能电池、计算机芯片和光导纤维。 ( ) (9)工业制取粗硅是高温下用C 还原SiO 2。 ( ) (10)二氧化硅是制造太阳能电池板的主要材料。 ( )
8. (2015·北京海淀模拟) 单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质) ，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃) ，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下：
A. 四氯化硅遇水极易水解。
B. 硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物。 C. 有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：
(1)写出装置A 中发生反应的离子方程式：。
(2)装置A 中g 管的作用是；装置C 中的试剂是；装置E 中的h 瓶需要冷却的理由是 。
(3)装置E 中h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏) 得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外还可能含有的杂质元素是 (填元素符号) 。 (4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe 2+， 再用KMnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是
-O 45Fe +Mn+8H+
2+
5Fe 3++Mn2++4H2O 。
①滴定前是否要滴加指示剂? (填“是”或“否”)，请说明理由。
②某同学称取5.000 g 残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL 溶液，移取25.00 mL 试样溶液，用1.000×10-2 mol·L -1KMnO 4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是 。
9. (2015·湖北黄冈质检) 硅在无机非金属材料中扮演着主要角色，请利用相关知识回答下列问题：
(1)硅有非常重要的用途，请写出其中的一种：。
(2)古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O x ，铜为+2价) ，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是 (填字母) 。
A. 可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO 2 B. 性质稳定，不易脱色 C. x等于6
D. 易溶解于强酸和强碱
(3)工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如下：
①在电弧炉中发生的反应需要在高温条件进行，写出该反应的化学方程式： ，再利用化学反应进行的方向相关知识判断该反应的ΔH (填“”或“=”)0。
②SiCl 4极易水解，其完全水解的化学方程式为 ③在流化床反应的产物中，除SiCl 4外，还有SiHCl 3、SiH 2Cl 2、SiH 3Cl 、FeCl 3等，有关物质的沸点数据如下表，分离SiCl 4和其他杂质的方法为 。
10. 粉煤灰是燃煤电厂排出的工业废渣，其中含莫来石(Al6Si 2O 13) 的质量分数为42.6%，还有含量较多的SiO 2(其他成分不含Al 和Si) 。用粉煤灰和纯碱在高温下烧结，可制取NaAlSiO 4(霞石) 、Na 2SiO 3和NaAlO 2，已知有关化学方程式为 Al 6Si 2O 13+3Na2CO 3Al 6Si 2O 13+5Na2CO 3Al 2O 3+Na2CO 3
2NaAlSiO 4+4NaAlO2+3CO2↑ ① 2Na 2SiO 3+6NaAlO2+5CO2↑ ②
2NaAlO 2+CO2↑ ③
(1)粉煤灰中铝的质量分数为Al 2O 3与纯碱反应的化学方程式，书写二氧化硅与纯碱反应的化学方程式： 。
(2)用1 mol Al 6Si 2O 13和4 mol SiO 2制得5 mol NaAlO 2、1 mol NaAlSiO 4，还应制得Na 2SiO 3 mol ，共消耗Na 2CO 3 mol(得到的固体中无SiO 2) 。 (3)若粉煤灰中Al 6Si 2O 13与SiO 2的物质的量之比为1∶2，则1 kg 粉煤灰与6 mol Na 2CO 3反应(反应物全部参与反应) ，可制得NaAlO 2 mol 。
【课后检测答案】
课时8 碳、硅及其化合物
1. A 【解析】 由化学式中各元素化合价的代数和为0可知：(+3)×4+(+4)×4+(-2)·x+(-2+1)·y=0，则有2x+y=28。将各选项中x 、y 的值代入验证，只有A 项符合。
2. C 【解析】 人造刚玉的成分是氧化铝；玛瑙的主要成分是二氧化硅；水泥是硅酸盐工业产品，属于硅酸盐材料；石英玻璃具有很好的折光性能，可以制作精密仪器和镜片；利用高纯硅的半导体性能制成的光电池，可将太阳光的光能直接转换成电能。
3. C 【解析】 硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅不是气体，其污染容易得到有效控制，A 正确；从热化学方程式来看，硅燃烧的热效应是非常大的，B 正确；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，C 错误；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易，D 正确。
4. C 【解析】 SiO 2不与H 2O 反应，即“氧化物
酸或碱”不能实现，A 错误；
b→c(SiO2→H2SiO 3) ，c→a(H2SiO 3→Si)均不能通过一步反应实现转化，B 错误；硅在元素周期表中处于第3周期ⅣA 族，为金属元素与非金属元素的交界位置，C 正确；SiO 2用于制造光导纤维，Si 用于制造半导体材料和太阳能电池，D 错误。
5. D 【解析】 硅酸钠本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口黏结，A 错误；两反应条件不同，反应①是在溶液中进行的，较强酸可以制较弱酸，反应②是在高温条件下进行的，CO 2是气体，逸出促使反应发生，B 错误；石英玻璃的成分为SiO 2，SiO 2是氧化物不是盐，石英玻璃不属于硅酸盐材料，C 错误；Be 3Al 2Si 6O 18改写成氧化物形式表示为3BeO·Al 2O 3·6SiO 2，D 正确。
6. D 【解析】 ①反应为置换反应，C 被氧化成CO ，作还原剂，A 正确；②、③反应分别为化合反应和置换反应，B 正确；在半导体行业上实现了SiO 2→Si，充分体现了“从沙滩到用户”，C 正确；SiCl 4+2H
2被还原，发生还原反应，D 错误。
7. (1) ✕ (2) √ (3) ✕ (4) ✕ (5) ✕ (6) ✕ (7)✕ (8) ✕ (9) √ (10) ✕
【解析】 (1) SiO 2用于制造光导纤维，Si 用于制造半导体材料。(2) 制水泥原料是石灰石、黏土和石膏，制玻璃原料是纯碱、石灰石、石英。(3) SiO 2用于制造光导纤维，Si 用于制造太阳能电池。(4) SiO 2与氢氟酸反应，生成物中没有盐，不属于两性氧化物。(5)涤纶、塑料是有机高分子材料，光导纤维成分是SiO 2，不属于有机高分子材料。(6) 氢氟酸可用于雕刻玻璃，但氢氟酸属于弱酸。(7) 二氧化硅可用于制造光导纤维，但不具有较强的导电性。(8) 高纯硅广泛应用于太阳能电池、计算机芯片，但制造光导纤维是SiO 2。(9) SiO 2
+2C电池板的主要材料是晶体硅。
8. (1) MnO 2+4H++2Cl-Mn 2++Cl2↑+2H2O (2) 平衡压强，使液体顺利流出并防止
Si+2CO↑。(10) 制造太阳能
Si(纯)+4HCl中，Si 元素化合价降低
漏气 浓硫酸 产物SiCl 4沸点低，需要冷凝收集 (3) Al 、P 、Cl (4) ①否 KMnO 4自身紫红色褪去可指示滴定终点 ②4.480%
【解析】 (1) 装置A 是氯气发生装置，A 中的离子方程式为MnO 2+4H++2Cl
-Mn 2++Cl2↑+2H2O 。(2) 浓盐酸有挥发性，故分液漏斗要加盖，加盖后如没有g 管，盐酸就不易流下，g 管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；制得的氯气中含有氯化氢和水，装置B 用饱和食盐水除去氯化氢，装置C 用浓硫酸吸水；产物SiCl 4沸点低，需要冷凝收集。(3) D 中氯气与粗硅反应生成SiCl 4，h 瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl 4气体时，BCl 3早已成气体被蒸出，而AlCl 3、FeCl 3、PCl 5的沸点或升华温度均高于SiCl 4的沸点，
-O 所以当SiCl 4蒸出后，AlCl 3、FeCl 3、PCl 5还为固体留在瓶里。(4) ①Mn 4转变成
Mn 2+，溶液颜色由紫红色变成无色，KMnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原
-O 滴定时不需要指示剂。②n(Mn4)=1.000×10-2 mol·L -1×0.02 L=2×10-4 mol ，
100mL
n(Fe2+)=5n(MnO )=1×10-3 mol ，则残留物中n(Fe)=1×10-3 mol×25.00mL =4×10-3 mol ，-
4
m(Fe)=4×10-3 mol×56 g·mol -1=0.224 g ，铁元素的质量分数为0.224 g÷5.000 g×100%=4.480%。
9. (1) 制半导体、电路板、太阳能电池板、硅钢等(任写一种) (2) D (3) ①2C+SiO22CO↑+Si > ②SiCl 4+3H2O H 2SiO 3↓+4HCl ③蒸馏(或精馏)
【解析】 (2) 硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO 2，A 正确；硅酸铜钡中铜显+2价，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，B 正确；硅酸铜钡中的铜元素化合价为+2，硅元素化合价为+4，氧元素化合价为-2，钡元素化合价为+2，则由化学式BaCuSi 2O x ，根据化合物中元素化合价的代数和为0可得：(+2)+(+2)+(+4)×2+(-2)×x=0，解得x=6，C 正确；BaCuSi 2O 6是弱酸盐，所以能和强酸反应，和强碱不反应，D 错误。(3) ①石英砂的主要成分是二氧化硅，制备粗硅发生置换反应：SiO 2
+2CSi+2CO↑，该反应生成气体，ΔS>0，该反应不能自发进行，ΔH-TΔS>0，所以ΔH>0。②SiCl 4水解生成硅酸和氯化氢，
反应的化学方程式为SiCl 4+3H2O
于蒸馏。
10. (1) 16.2% SiO 2+Na2CO 3
(2) 5 8 (3) 5 H 2SiO 3↓+4HCl。③利用沸点的不同提纯SiCl 4属Na 2SiO 3+CO2↑
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【解析】 (1) 根据Al 6Si 2O 13~6Al，含Al 质量分数为6×426×42.6%=16.2%。对比Al 2O 3+Na2CO 32NaAlO 2+CO2↑，不难写出：SiO 2+Na2CO 3Na 2SiO 3+CO2↑。(2) 反应物是1 mol Al6Si 2O 13和4 mol SiO2，已经生成5 mol NaAlO2、1 mol NaAlSiO4，根据硅原子守恒，应该制得Na 2SiO 3 5 mol ，根据钠原子守恒，共消耗Na 2CO 38 mol 。
(3) 因为Al 6Si 2O 13与SiO 2的物质的量之比为1∶2，1 kg粉煤灰(Al6Si 2O 13的质量分数为42.6%)含有Al 6Si 2O 13 1 mol，含有SiO 2 2 mol，反应物有6 mol Na2CO 3，假设生成物NaAlSiO 4、Na 2SiO 3和NaAlO 2的物质的量分别是x 、y 、z ，则x+z=6 mol(铝守恒) 、x+y=4 mol(硅守恒) 、x+2y+z=12 mol(钠守恒) ，解得x=1 mol，y=3 mol，z=5 mol。