高三化学碳和硅人教实验版

高三化学碳和硅人教实验版

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

碳和硅

1、碳族元素

2、碳及其化合物

3、硅及其化合物

二. 重点、难点

1、掌握碳的同素异形体的结构、化学性质、物理性质及用途。

2、掌握二氧化碳的性质、制取和用途，掌握碳酸、碳酸盐的一些性质。

3、掌握硅、二氧化硅的空间结构和化学性质。

4、掌握硅酸、硅酸盐的化学性质。

三. 复习过程

（一）碳族元素

1、组成和结构特点

（1）碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，位于元素周期表的IV A 族。

（2）碳族元素原子最外层有4个电子，在化学反应中不易得到或失去电子，易形成共价键。主要化合价有＋2和＋4价，其中碳和硅有负价。碳族元素在化合物中多以＋4价稳定，而铅在化合物中则以＋2价稳定。碳族元素中碳元素形成的单质（金刚石）硬度最大；碳元素形成的化合物种类最多；在所有非金属形成的气态氢化物中，CH 4中氢元素的质量分数最大；12C 是元素相对原子质量的标准原子；硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。

2、性质的递变规律

随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次增大，由非金属元素逐渐转变为金属元素，即金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱；最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强；气态氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。

（二）碳及其化合物

1、碳单质

（2）碳的化学性质

常温下碳的性质稳定，在加热、高温或点燃时常表现出还原性，做还原剂，温度越高，还原性越强，高温时的氧化产物一般为一氧化碳。

C ＋2H 2SO 4（浓）

C ＋4HNO 3（浓） CO 2↑＋2H 2O ＋2SO 2↑ CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O

2、二氧化碳

（1）物理性质：无色略带酸味气体，无毒，能溶于水（1:1），固体时俗称干冰，大量排放会导致温室效应。

（2）实验室制法：

原理：

CaCO 3+2HCl =CaCl 2+CO 2↑+H 2O

装置：

除杂：通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶

收集：向上排空气法

检验：将气体先通入品红溶液中，如果品红溶液不褪色（说明不是二氧化硫），再通入澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则证明为二氧化碳气体。

（3）化学性质：

CO 2＋Ca （OH ）2＝CaCO 3↓＋H 2O （用于二氧化碳气体的检验）

2CO 2＋Ca （OH ）2＝Ca （HCO 3）2

CO 2＋NH 3＋NaCl ＋H 2O ＝NaHCO 3↓＋NH 4Cl （侯氏制碱法）

2CO 2＋2Na 2O 2＝2Na 2CO 3＋O 2

3、碳酸盐

（1）碳酸钠和碳酸氢钠的比较

溶解性不同：一般情况下，所有的钾盐、钠盐和铵盐是可溶的，所有的酸式盐是可溶的，正盐的溶解度小于酸式盐的溶解度，但碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。

热稳定性不同：一般情况下，难溶的正盐和酸式盐受热易分解，可溶性碳酸盐稳定不易分解。

＋与酸反应的剧烈程度不同：两者都能与强酸（H ）反应产生CO 2，但反应的剧烈程度

不同，根据反应的剧烈程度可鉴别两者。

可溶性盐的水解程度不同：相同浓度的正盐溶液的pH 值大于酸式盐溶液的pH 值。 与碱反应不同：弱酸的酸式盐可与碱反应生成正盐。

与盐反应不同：碳酸钠可与氯化钙或氯化钡反应生成难溶性碳酸盐，但碳酸氢钠不反应。

（2）碳酸根和碳酸氢根的检验

—CO 32的检验方法：向待检溶液中滴加过量的CaCl 2溶液。若生成白色沉淀，再加入稀

—盐酸或稀硝酸。若白色沉淀又溶解，且生成无色、无味的气体，则检得溶液中有CO 32。

—＋＋HCO 3的检验方法：向待检溶液中滴加足量的Ca 2或Ba 2的可溶性盐溶液。若无明显现象，再向溶液中加入足量的酸（如盐酸、硝酸、醋酸等）溶液。若溶液中逸出无色、无味

—的气体，则待检溶液中有HCO 3。

（三）硅及其化合物

1、硅

（1）存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态形式存在。注意：在自然界中硅无游离态，氧有游离态，但不能说硅的非金属性比氧强。

（2）物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，是原子晶体，其结构类似于金刚石。在晶体里，每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围，处于4个硅原子的中心，以共价键跟这4个硅原子结合，成为正四面体结构，这些正四面体结构向空间发展，构成空

－间网状晶体，其中键角为109°28＇，键长为2.35×1010m （比金刚石的大，是因为碳原子半

径比硅原子半径小的缘故）。晶体硅熔点、沸点较高，但比金刚石的熔点、沸点低。

（3）化学性质（不活泼）

常温下：Si ＋2F 2＝SiF 4（气） Si ＋4HF ＝SiF 4↑＋2H 2↑ Si ＋2NaOH ＋H 2O ＝Na 2SiO 3＋2H 2↑（氧化剂：H 2O ，还原剂：Si ）

△ △

高温 高温下：Si ＋O 2（4）制备： SiO 2 Si ＋2Cl 2SiCl 4 Si ＋2H 2SiH 4

高温

粗硅是电炉里用碳还原SiO 2而制得的：SiO 2＋2C Si （粗）＋2CO ↑（当碳过量

高温

时：SiO 2＋3C SiC ＋2CO ↑，其中氧化剂、还原剂均为碳。）

粗硅提纯：将粗硅在高温下跟氯气反应生成四氯化硅（SiCl 4），SiCl 4经过分馏提纯，再

△ 高温

用氢气还原得到纯硅： Si （粗）＋2Cl 2 SiCl 4（液） SiCl 4＋2H 2Si （纯）＋4HCl

（5）应用：硅是良好的半导体材料，可用来制造半导体器件。也可用来制造合金。

2、二氧化硅

（1）晶体结构：是立体网状结构的原子晶体，1个Si 原子与4个O 原子形成4个共价键，即1个Si 原子周围结合4个O 原子，同时，每个O 原子跟两个Si 原子相结合。由于二氧化硅晶体里Si －O 键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，所以要破坏二氧化硅的晶体，必须消耗较多的能量，因此，SiO 2的熔点很高，硬度也很大。

（2）化学性质（很稳定）

高温

弱氧化性：SiO 2＋2C Si ＋2CO ↑

高温

酸性氧化物：CaO ＋SiO 2CaSiO 3

高温 高温

SiO 2＋CaCO 3CaSiO 3＋CO 2↑ SiO 2＋Na 2CO 3Na 2SiO 3＋CO 2↑（上述两反

应发生的原因是因为高温下硅酸盐比碳酸盐稳定）

SiO 2＋2NaOH ＝Na 2SiO 3＋H 2O （玻璃中含有SiO 2，因而它能够被碱溶液腐蚀。实验室里盛放碱溶液的试剂瓶常用橡皮塞，而不用玻璃塞，就是为了防止玻璃受碱溶液腐蚀生成Na 2SiO 3，而使瓶口和塞子粘结在一起。）

特性：SiO 2＋4HF ＝SiF 4↑＋2H 2O 所以氢氟酸不能保存在玻璃试剂瓶中而应贮存在塑料瓶中，另外制备氢氟酸也不能使用玻璃器皿。

（3）用途：二氧化硅是制造光导纤维的重要原料，制造石英玻璃，用做玻璃原料和建筑材料。

3、硅酸、硅酸盐

（1）硅酸：硅酸钠（Na 2SiO 3）的水溶液跟盐酸起反应生成白色胶状沉淀，这种白色胶状沉淀叫做原硅酸，常用H 4SiO 4表示，是一种弱酸，很不稳定，这种白色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末，即为硅酸（H 2SiO 3）。Na 2SiO 3＋2HCl ＋H 2O ＝H 4SiO 4↓＋2NaCl 、H 4SiO 4＝H 2SiO 3＋H 2O 也可以直接写成Na 2SiO 3＋2HCl ＝H 2SiO 3↓＋2NaCl

硅酸不溶于水，酸性比碳酸还要弱，从理论上解释：C 、Si 在元素周期表中位于同一主族，C 在Si 的上方，根据同主族元素性质的递变规律，C 的非金属性比硅强，所以碳酸的酸性比硅酸强。从实验中证明：可向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳，有沉淀产生。反应可

－－表示为：SiO 32＋2CO 2＋H 2O ＝H 2SiO 3↓＋2HCO 3

（2）硅酸盐：硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。硅酸盐的表示方式有两种：氧化物，化学式。如：

硅酸钠 Na 2SiO 3 （Na 2O·SiO 2）

镁橄榄石 Mg 2SiO 4 （2MgO·SiO 2）

高岭石 Al 2（Si 2O 5）（OH ）4 （Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O ）

正长石 KAlSi 3O 8 （K 2O·Al 2O 3·6SiO 2）

硅酸盐大多是难溶于水的，可溶性的硅酸盐最常见的是Na 2SiO 3，它的水溶液俗名水玻璃可作为粘合剂，防腐剂、耐火材料使用。粘土种类很多，成分也很复杂，但主要是硅酸盐；粘土具有粘性和可塑性，是制造水泥、陶瓷、砖瓦、耐火材料的主要原料。正长石（KAlSi 3O 8）在CO 2和水等作用下分解而得粘土等物质；高岭土是较纯净的粘土。

【典型例题】

例1. 目前科学界拟合成一种“二重结构”的球形物质，即把足球形C 60分子容纳在足球形Si 60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。下列关于这种物质的叙述不正确的是（ ）

A. 是两种单质组成的混合物

B. 相对分子质量为2400

C. 是一种化合物

D. 其晶体类型属于分子晶体

分析：题中已明确该物质中碳原子和硅原子间形成共价键，也就是说，二者已不再是原来独立存在的分子了，而且有固定的组成〔n （C ）∶n （Si ）＝1∶1〕，因此它是化合物，C 正确，A 不正确。形成的Si 60C 60分子间不存在化学键，而是依靠范德瓦耳斯力结合成分子晶体，D 正确。其相对分子质量M r ＝（12＋28）×60＝2400，故B 正确。应注意的是，如果在C 60分子中放入一个或几个He ，碳原子与球内的稳定的氦分子不能成键，仍为独立的两种分子，此时二者形成混合物而不是化合物。

答案：A

例2. 大理石可以用做墙面、地面和厨房桌面，其主要成分是碳酸钙。食醋不慎滴在大理石桌面上，会使其失去光泽，变得粗糙。下列能正确解释此现象的是（ ）

A. 食醋中的水使碳酸钙溶解

B. 食醋中的醋酸与碳酸钙发生了复分解反应

C. 食醋中的醋酸与碳酸钙反应并放出大量的二氧化碳气体

D. 食醋中的醋酸将碳酸钙氧化

分析：醋酸能与CaCO 3发生复分解反应，由于食醋中醋酸浓度很低，所以，二者反应不一定产生大量的CO 2，可以生成Ca （HCO 3）2。

答案：B

例3. 可以肯定溶液中大量存在的理由是（ ）

A. 加入AgNO 3溶液，有大量白色沉淀产生

B. 加入酸，有无色无味气体产生

C. 加入BaCl 2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体

D. 加入Ba （OH ）2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸如C 所述

-分析：溶液中含有Cl 、SO 32时，可与AgNO 3溶液反应产生白色沉淀，A 不正确。HCO 3－—2-3CO

与酸反应会产生无色无味的CO 2气体，B 不正确。向含有HCO 3的溶液中加入Ba （OH ）2

—－＋＋＋时：HCO 3＋OH ＋Ba 2＝BaCO 3↓＋H 2O ，再加盐酸BaCO 3＋2H ＝Ba 2＋CO 2↑＋H 2O ，其—现象与CO 32反应的现象相同，D 选项不正确。

答案：C

例4. 玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是（ ）

A. 烧碱 B. 纯碱 C. 氢氟酸 D. 盐酸

分析：氢氟酸（HF ）能和SiO 2发生反应：SiO 2＋4HF ＝SiF 4↑＋2H 2O ，利用这个反应可以进行玻璃雕花等。烧碱（NaOH ）虽然也能和SiO 2反应：SiO 2＋2NaOH ＝Na 2SiO 3＋H 2O ，但该反应的速率较慢，不适于进行玻璃加工。

答案：C

例5. 现有25ml ，2mol/L的Na 2CO 3溶液和75ml,1mol/L的稀盐酸反应，（1）将Na 2CO 3溶液缓缓滴入盐酸中；（2）将稀盐酸缓缓滴入Na 2CO 3溶液中；在标准状况下产生气体体积的情况是（ ）

A. 均为0.84L B. 均为0.56L

C. （1）＞（2） D. （2）＞（1）

解析：虽然都是Na 2CO 3和盐酸反应，但滴入顺序不同，结果产生的CO 2的量不一定相同。（1）将Na 2CO 3溶液滴入到盐酸中，因为一开始盐酸过量，故只要能反应的全部转化为CO 2气体，（注意判断过量问题）； —

Na 2CO 3+2HCl =2NaCl +H 2O +CO 2↑

1mol 2mol 22.4L

0.05mol 0.075mol V 1

V 1=22. 4L ⨯0. 075mol =0. 84L 2mol

（2）将稀盐酸滴入到Na 2CO 3溶液中，因为开始时Na 2CO 3过量，反应则分两步进行， 第一步：Na 2CO 3+HCl =NaHCO 3+NaCl

1mol 1mol 1mol

0.05mol 0.05mol 0.05mol

第二步：NaHCO 3+HCl =NaCl +H 2O +CO 2↑（注意判断过量问题）

1mol 1mol 22.4L

0.05mol （0.075－0.05）mol V 2

V 2=0. 025mol ⨯22. 4L =0. 56L ∴V 1>V 2，故选C 。 1mol

例6. 下图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是（ ）

A. 大理石和稀硫酸制取二氧化碳 B. 锌粒和稀硫酸制氢气

C. 浓盐酸和二氧化锰制取氯气 D. 电石和水制取乙炔

分析：本题考查了常见气体的实验室制法，侧重考查分析问题能力及实验设计与评价能力。根据装置图的特点，所制气体的反应应该具备下列条件：反应不需要加热，反应不能太剧烈，因此C 、D 选项不合理；又因为硫酸钙微溶于水，所以不能用稀硫酸和大理石来制取二氧化碳，A 不合理。

答案：B

例7. A 、B 、C 、D 、E 代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。

请填空：

（1）形成单质A 的原子的结构示意图为 ，它的最高化合价为 。

（2）B 的化学式（分子式）为 ，B 的晶体类型为 。B 和碳反应生成A 和E 的化学方程式是 。

（3）C 的化学式（分子式）为 ，D 的化学式（分子式）为 。 分析：本题以框图题的形式考查了硅及其化合物的相互转化关系，关键是找出解题的突破口。侧重于考查的是审题能力、分析能力、综合利用知识解决问题的能力。本题的突破口是A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素，推出A 为硅，然后根据转化关系图逐一推出，B 是二氧化硅、C 是硅酸钙、D 是硅酸钠。即可回答所有问题。

答案：（1） ＋4

（2）SiO 2 原子晶体 SiO 2＋2C

（3）CaSiO 3 Na 2SiO 3

Si ＋2CO

例8. 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：

①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

②粗硅与干燥HCl 气体反应制得SiHCl 3：

300︒C Si +3HCl SiHCl 3+H 2

③SiHCl 3与过量H 2在1000~1100℃反应制得纯硅

已知SiHCl 3能与H 2O 强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：

（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。

（2）粗硅与HCl 反应完全后，经冷凝得到的SiHCl 3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl 4（沸点57. 6℃）和HCl （沸点-84. 7℃），提纯SiHCl 3采用的方法为 。

（3）用SiHCl 3与过量H 2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：

①装置B 中的试剂是 ，装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是： 。 ②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 。

③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 。

④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（填写字母代号）是

a. 碘水 b. 氯水 c. NaOH溶液 d. KSCN溶液 e. Na2SO 3溶液

分析：本题利用硅的制取考查了一些常见的基本实验操作技能和实验的评价设计能力，侧重考查的是基本实验技能。（1）根据题意信息，粗硅可用碳还原二氧化硅的方法制取。（2）因HCl 易溶于水，而SiHCl 3 遇H 2O 强烈水解，故提纯SiHCl 3的方法只能在无水的条件下采用蒸馏的方法进行分离。（3）①因SiHCl 3强烈水解，故A 产生的H 2必须干燥，B 中盛装的液体为浓硫酸，烧瓶需加热是为了使SiHCl 3气化，加快与氢气的反应。②根据信息，石英管中产生的物质为硅，D 中应有固体物质产生，普通玻璃在该反应条件下会软化，D 中发生SiHCl 3被氢气还原生成硅的反应。③因高温下氢气和氧气混合容易爆炸，故应先排净装置中的空气。④铁与盐酸反应生成二价铁，常用氯气先将二价铁氧化然后再加入硫氰化钾进行检验。

高温SiO +2C Si +2CO ↑ 2答案：（1）

（2）分馏（或蒸馏）

3气化 ② 有固体物质生成；在反应温度下，（3）① 浓硫酸；使滴入烧杯中的

1000~1100︒C SiHCl 3+H 2Si +3HCl ③排尽装置中的空气 ④b d 普通玻璃会软化 SiHCl

【模拟试题】

1. 当下列物质：①大理石、②钟乳石、③锅垢、④贝壳、⑤蛋壳，分别滴入醋酸时，会产生相同气体的是（ ）

A. 只有①② B. 只有④⑤ C. 只有①②③ D. ①②③④⑤

2. CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（ ）

A. 氯化钙溶液 B. 石灰水

C. 饱和碳酸氢钠溶液 D. 硅酸钠溶液

3. 最近，科学家研制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，分子式为C 60。下列说法正确的是（ ）

A. C60是一种新型的化合物 B. C60和石墨都是碳的同素异形体

C. C60中含离子键 D. C60的相对分子质量是720

4. 把少量CO 2分别通入到浓度相同的①Ba （NO 3）2溶液；②Ba （OH ）2溶液；③溶有氨的BaCl 2溶液中。预计能观察到白色沉淀的溶液是（ ）

A. ②和③ B. 只有② C. ①和② D. 只有③

5. 科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO 2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能（ ）

①加强呼吸作用 ② 加强光合作用

③改良碱性土壤、调节pH 值 ④加强植物蒸腾作用

A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ②③④

6. 下列离子方程式不正确的是（ ）

＋——A. 少量Na 2CO 3溶液滴入到硝酸中：H ＋CO 32＝HCO 3

＋—B. 过量CO 2通入到澄清的石灰水中：CO 2＋Ca 2＋2OH ＝CaCO 3↓＋H 2O

—＋——C. 烧碱溶液与碳酸氢钙溶液混合：2OH ＋Ca 2＋2HCO 3＝CaCO 3↓＋CO 32＋2H 2O

—＋—D. 小苏打溶液与氢氧化钡溶液反应：HCO 3＋Ba 2＋OH ＝BaCO 3↓＋H 2O

7. 有关纯碱和小苏打的叙述正确的是

A. 等质量的Na 2CO 3、NaHCO 3分别与足量稀H 2SO 4反应，NaHCO 3产生的CO 2多

B. 等质量的Na 2CO 3、NaHCO 3分别与足量的同种盐酸反应，NaHCO 3消耗的盐酸多

C. 向NaHCO 3溶液中滴入Ba （OH ）2溶液无沉淀，而Na 2CO 3溶液中加入Ba （OH ）2溶液出现白色沉淀

D. Na2CO 3和NaHCO 3都既能与酸反应，又能与氢氧化钠反应

＋－8. 欲使0.1mol/L的NaHCO 3溶液中c （H ）、c （CO 32）、c （HCO 3¯）都减少，其方法是

A. 通入二氧化碳气体 B. 加入氢氧化钠固体

C. 通入氯化氢气体 D. 加入饱和石灰水溶液

9. 下列关于纯碱晶体（Na 2CO 3·10H 2O ）的叙述中，错误的是（ ）

A. 将晶体放置在空气中质量会减轻

B. 加热晶体则生成NaHCO 3

C. Na2CO 3可作为干燥剂使用

D. 晶体溶于水后呈碱性

－－－－10. 溶液中含有HCO 3、SO 32、CO 32、CH 3COO 等4种阴离子。若向其中加入足量Na 2O 2

后，溶液中离子浓度基本保持不变的是（ ）

－－－－A. CH3COO B. SO32 C. CO32 D. HCO3

11. 下列说法中，正确的是（ ）

A. 1 mol SiO2晶体中，含有2 mol Si—O 键

B. 熔融烧碱可选择石英坩埚

C. 二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成

D. 尽管二氧化硅既能与烧碱又能与氢氟酸反应，但它仍不是两性氧化物

12. 有一种粗铝含金属铁和单质硅两种杂质。取等质量的样品分别投入足量的稀HCl （aq ）和足量的稀NaOH （aq ）中，放出等量的H 2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是（ ）

①物质的量之比为2:1 ②物质的量之比为3:1 ③质量之比为2:1 ④质量之比为4:1

A. ②④ B. ②③ C. ①④ D. 只有④

13. 工业上由粗硅制取纯硅涉及以下反应：

300℃−→SiHCl 3（g ）＋ H 2（g ）①Si （s ）＋ 3HCl （g ）−−；△H ＝－381kJ

950℃−→Si （s ）＋ 3HCl （g ） ②SiHCl 3（g ）＋ H 2（g ）−−

对于上述反应的说法中正确的是（ ）

A. 均为置换反应和氧化还原反应

B. 反应①、②实际上互为可逆反应

C. 由于反应①放热，则反应②一定吸热

D. 欲提高SiHCl 3的产率，应采用加压、升温的办法

14. 下列说法：①硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在；②硅和二氧化硅晶体都属于原子晶体；③二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差异；④二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应。正确的是（ ）

A. ①②③④ B. ①②④ C. ①④ D. ②③

15. 我国科学家前不久成功地合成了3 mm长的管状碳纳米管，此管居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度（抵抗变形的能力）高、密度小（只有钢的1/4）、熔点高、化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对纤维的说法不正确的是（ ）

A. 它是制造飞机的某些部件的理想材料

B. 它的主要组成元素是碳

C. 它的结构与石墨相似

D. 碳纤维复合材料不易导电

16. 氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得氮化硅。

⑴根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是

①制汽轮机叶片 ②制有机玻璃 ③制永久性模具 ④制造柴油机

⑵氮化硅晶体属于 晶体（填晶体类型）。

⑶下列物质熔化时，所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是 。

①单质I 2和金刚石 ②晶体硅和二氧化硅 ③冰和干冰 ④金刚石和碳化硅

⑷已知氮化硅晶体结构中，原子间都以单键相连，且N 原子和N 原子、Si 原子和Si 原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式： ，1 mol 氮化硅晶体中含—Si 键。

⑸现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为： 。

17. 我国化学家侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

（1）上述生产纯碱的方法称_________，副产品的一种用途为 。

（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是 。

（3）写出上述流程中X 物质的分子式 。

（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 （填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是

（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加

（6）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有

＋（a ）增大NH 4的浓度，使NH 4Cl 更多地析出

（b ）使NaHCO 3更多地析出

（c ）使NaHCO 3转化为Na 2CO 3，提高析出的NH 4Cl 的纯度

18. 2005年11月13日，我国石油吉林石化公司双苯车间发生爆炸，爆炸泄漏的有毒物质和燃烧产生的烟气造成松花江和当地空气严重污染。某课外活动小组的同学准备探究在爆炸现场采集的气体样品中是否含有CO （假设该样品中不含除CO 之外的其它能与CuO 反应的物质）

［实验目的］确定气体样品中是否含有CO

［查阅资料］爆炸泄漏的有毒物质主要是苯和苯胺，它们都是有机物，已知苯的化学式为C 6H 6 ，是一种液体，有毒，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃。在空气中完全燃烧生成CO 2和H 2O ，不完全燃烧时还生成CO 。

［实验原理］CuO ＋CO 加热Cu ＋CO 2 , 反应生成的CO 2使澄清石灰水变浑浊，以此证明CO 的存在。

［实验仪器］

［问题］

⑴要用较简单的方法收集爆炸现场的气体样品，可选用什么用品？ 。 ⑵在实验时，上述仪器的连接顺序是丙→乙→甲→乙。其中乙装置需要使用两次，这两次的作用分别是：第一次 。第二次 。

⑶从环境保护的角度考虑，你认为该实验是否存在缺陷，如果有，如何改进该实验？（若认为该实验没有缺陷，以下问题不必回答）改进的方法是 。

⑷由于苯泄漏，造成松花江上大量鱼类死亡，你认为鱼类死亡的可能原因是（回答两点即可）：① ；② 。

⑸苯的熔点比较低，在低温时很容易凝固成冰一样的晶体。若苯凝固，如何从试剂瓶（细口瓶）中取出苯？ 。 19. 某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物，再用下图装置，对获得的铜粉

（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列实验报告。

（一）实验目的：__________________________________。

（二）实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等药品：红褐色铜粉（含炭）样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等

（四）计算：样品中铜的质量分数＝___________________（用含W 、m 1、m 2的代数式表示）

（五）问题和讨论：

实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使G 中反应完全、D 中吸收完全，也不会得出正确的结果。经讨论，有同学提出在B 与G 之间加入一个装置。再次实验后，得到了较正确的结果。那么，原来实验所测得的钢的质量分数偏小的原因可能是____________，在B 与G 之间加入的装置可以是_______________，其中盛放的药品是________________。 20. 高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。

（1）KMnO 4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是______（填代号）。

a. 84消毒液（NaClO 溶液） b. 双氧水 c. 苯酚 d. 75%酒精

（2）高锰酸钾保存在棕色试剂瓶中，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_______（填代号）。

a. 浓硝酸 b. 硝酸银 c. 氯水 d. 烧碱

（3）上述流程中可以循环使用的物质有 、 （写化学式）。 （4）若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1 mol MnO 2可制得 mol KMnO 4。

（5）该生产中需要纯净的CO 2气体。若实验室要制备纯净的CO 2，所需试剂最好选择（选填代号） 。

a. 石灰石 b. 稀HCl

c. 稀H 2SO 4 d. 纯碱

A B C

（6）操作Ⅰ的名称是 ；操作Ⅱ根据KMnO 4和K 2CO 3两物质在 （填性质）上的差异，采用 （填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO 4粗晶体。

【试题答案】

1. D 2. A 3. BD 4. A 5. B 6. AB 7. A 8. D 9. BC 10. A 11. D 12. C 13. A 14. D 15. C 16. ⑴①③④ ⑵原子 ⑶②④ ⑷Si 3N 4 12 ⑸3SiCl 4 ＋6H 2＋2N

2 Si 3N 4 ＋12HCl

17. （1）联合制碱法或侯德榜制碱法 化肥或电解液或焊药等（其他合理答案均给分） （2）NH 3＋CO 2＋H 2O ＋NaCl→NH4Cl ＋NaHCO 3↓ 或NH 3＋CO 2＋H 2O→NH4HCO 3 NH 4HCO 3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH 4Cl

（3）CO 2 （4）I 过滤 （5）稀硝酸和硝酸银溶液 （6）a c 18. （1）气球

（2）检验原气体样品中的二氧化碳是否除尽，检验是否有二氧化碳生成 （3）在d 出口处将气体点燃

（4）①苯有毒；②苯密度小，浮在水面隔绝氧气 （5）用手捂热试剂瓶，使苯熔化，再将苯倒出 19. （一）测定铜粉样品中铜的质量分数 （三）

W -(m 2-m 1) ⨯

W

（四）

（五）偏小：水蒸汽通过G 被D 中碱石灰吸收；洗气瓶 浓硫酸 （或干燥管 碱石灰）

20. （1）ab ；（2）d ； （3）MnO 2；KOH ； （4）2／3； （5）cd ；A ； （6）过滤；溶解度；浓缩结晶。

高三化学碳和硅人教实验版

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

碳和硅

1、碳族元素

2、碳及其化合物

3、硅及其化合物

二. 重点、难点

1、掌握碳的同素异形体的结构、化学性质、物理性质及用途。

2、掌握二氧化碳的性质、制取和用途，掌握碳酸、碳酸盐的一些性质。

3、掌握硅、二氧化硅的空间结构和化学性质。

4、掌握硅酸、硅酸盐的化学性质。

三. 复习过程

（一）碳族元素

1、组成和结构特点

（1）碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，位于元素周期表的IV A 族。

（2）碳族元素原子最外层有4个电子，在化学反应中不易得到或失去电子，易形成共价键。主要化合价有＋2和＋4价，其中碳和硅有负价。碳族元素在化合物中多以＋4价稳定，而铅在化合物中则以＋2价稳定。碳族元素中碳元素形成的单质（金刚石）硬度最大；碳元素形成的化合物种类最多；在所有非金属形成的气态氢化物中，CH 4中氢元素的质量分数最大；12C 是元素相对原子质量的标准原子；硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。

2、性质的递变规律

随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次增大，由非金属元素逐渐转变为金属元素，即金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱；最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强；气态氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。

（二）碳及其化合物

1、碳单质

（2）碳的化学性质

常温下碳的性质稳定，在加热、高温或点燃时常表现出还原性，做还原剂，温度越高，还原性越强，高温时的氧化产物一般为一氧化碳。

C ＋2H 2SO 4（浓）

C ＋4HNO 3（浓） CO 2↑＋2H 2O ＋2SO 2↑ CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O

2、二氧化碳

（1）物理性质：无色略带酸味气体，无毒，能溶于水（1:1），固体时俗称干冰，大量排放会导致温室效应。

（2）实验室制法：

原理：

CaCO 3+2HCl =CaCl 2+CO 2↑+H 2O

装置：

除杂：通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶

收集：向上排空气法

检验：将气体先通入品红溶液中，如果品红溶液不褪色（说明不是二氧化硫），再通入澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则证明为二氧化碳气体。

（3）化学性质：

CO 2＋Ca （OH ）2＝CaCO 3↓＋H 2O （用于二氧化碳气体的检验）

2CO 2＋Ca （OH ）2＝Ca （HCO 3）2

CO 2＋NH 3＋NaCl ＋H 2O ＝NaHCO 3↓＋NH 4Cl （侯氏制碱法）

2CO 2＋2Na 2O 2＝2Na 2CO 3＋O 2

3、碳酸盐

（1）碳酸钠和碳酸氢钠的比较

溶解性不同：一般情况下，所有的钾盐、钠盐和铵盐是可溶的，所有的酸式盐是可溶的，正盐的溶解度小于酸式盐的溶解度，但碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。

热稳定性不同：一般情况下，难溶的正盐和酸式盐受热易分解，可溶性碳酸盐稳定不易分解。

＋与酸反应的剧烈程度不同：两者都能与强酸（H ）反应产生CO 2，但反应的剧烈程度

不同，根据反应的剧烈程度可鉴别两者。

可溶性盐的水解程度不同：相同浓度的正盐溶液的pH 值大于酸式盐溶液的pH 值。 与碱反应不同：弱酸的酸式盐可与碱反应生成正盐。

与盐反应不同：碳酸钠可与氯化钙或氯化钡反应生成难溶性碳酸盐，但碳酸氢钠不反应。

（2）碳酸根和碳酸氢根的检验

—CO 32的检验方法：向待检溶液中滴加过量的CaCl 2溶液。若生成白色沉淀，再加入稀

—盐酸或稀硝酸。若白色沉淀又溶解，且生成无色、无味的气体，则检得溶液中有CO 32。

—＋＋HCO 3的检验方法：向待检溶液中滴加足量的Ca 2或Ba 2的可溶性盐溶液。若无明显现象，再向溶液中加入足量的酸（如盐酸、硝酸、醋酸等）溶液。若溶液中逸出无色、无味

—的气体，则待检溶液中有HCO 3。

（三）硅及其化合物

1、硅

（1）存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态形式存在。注意：在自然界中硅无游离态，氧有游离态，但不能说硅的非金属性比氧强。

（2）物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，是原子晶体，其结构类似于金刚石。在晶体里，每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围，处于4个硅原子的中心，以共价键跟这4个硅原子结合，成为正四面体结构，这些正四面体结构向空间发展，构成空

－间网状晶体，其中键角为109°28＇，键长为2.35×1010m （比金刚石的大，是因为碳原子半

径比硅原子半径小的缘故）。晶体硅熔点、沸点较高，但比金刚石的熔点、沸点低。

（3）化学性质（不活泼）

常温下：Si ＋2F 2＝SiF 4（气） Si ＋4HF ＝SiF 4↑＋2H 2↑ Si ＋2NaOH ＋H 2O ＝Na 2SiO 3＋2H 2↑（氧化剂：H 2O ，还原剂：Si ）

△ △

高温 高温下：Si ＋O 2（4）制备： SiO 2 Si ＋2Cl 2SiCl 4 Si ＋2H 2SiH 4

高温

粗硅是电炉里用碳还原SiO 2而制得的：SiO 2＋2C Si （粗）＋2CO ↑（当碳过量

高温

时：SiO 2＋3C SiC ＋2CO ↑，其中氧化剂、还原剂均为碳。）

粗硅提纯：将粗硅在高温下跟氯气反应生成四氯化硅（SiCl 4），SiCl 4经过分馏提纯，再

△ 高温

用氢气还原得到纯硅： Si （粗）＋2Cl 2 SiCl 4（液） SiCl 4＋2H 2Si （纯）＋4HCl

（5）应用：硅是良好的半导体材料，可用来制造半导体器件。也可用来制造合金。

2、二氧化硅

（1）晶体结构：是立体网状结构的原子晶体，1个Si 原子与4个O 原子形成4个共价键，即1个Si 原子周围结合4个O 原子，同时，每个O 原子跟两个Si 原子相结合。由于二氧化硅晶体里Si －O 键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，所以要破坏二氧化硅的晶体，必须消耗较多的能量，因此，SiO 2的熔点很高，硬度也很大。

（2）化学性质（很稳定）

高温

弱氧化性：SiO 2＋2C Si ＋2CO ↑

高温

酸性氧化物：CaO ＋SiO 2CaSiO 3

高温 高温

SiO 2＋CaCO 3CaSiO 3＋CO 2↑ SiO 2＋Na 2CO 3Na 2SiO 3＋CO 2↑（上述两反

应发生的原因是因为高温下硅酸盐比碳酸盐稳定）

SiO 2＋2NaOH ＝Na 2SiO 3＋H 2O （玻璃中含有SiO 2，因而它能够被碱溶液腐蚀。实验室里盛放碱溶液的试剂瓶常用橡皮塞，而不用玻璃塞，就是为了防止玻璃受碱溶液腐蚀生成Na 2SiO 3，而使瓶口和塞子粘结在一起。）

特性：SiO 2＋4HF ＝SiF 4↑＋2H 2O 所以氢氟酸不能保存在玻璃试剂瓶中而应贮存在塑料瓶中，另外制备氢氟酸也不能使用玻璃器皿。

（3）用途：二氧化硅是制造光导纤维的重要原料，制造石英玻璃，用做玻璃原料和建筑材料。

3、硅酸、硅酸盐

（1）硅酸：硅酸钠（Na 2SiO 3）的水溶液跟盐酸起反应生成白色胶状沉淀，这种白色胶状沉淀叫做原硅酸，常用H 4SiO 4表示，是一种弱酸，很不稳定，这种白色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末，即为硅酸（H 2SiO 3）。Na 2SiO 3＋2HCl ＋H 2O ＝H 4SiO 4↓＋2NaCl 、H 4SiO 4＝H 2SiO 3＋H 2O 也可以直接写成Na 2SiO 3＋2HCl ＝H 2SiO 3↓＋2NaCl

硅酸不溶于水，酸性比碳酸还要弱，从理论上解释：C 、Si 在元素周期表中位于同一主族，C 在Si 的上方，根据同主族元素性质的递变规律，C 的非金属性比硅强，所以碳酸的酸性比硅酸强。从实验中证明：可向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳，有沉淀产生。反应可

－－表示为：SiO 32＋2CO 2＋H 2O ＝H 2SiO 3↓＋2HCO 3

（2）硅酸盐：硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。硅酸盐的表示方式有两种：氧化物，化学式。如：

硅酸钠 Na 2SiO 3 （Na 2O·SiO 2）

镁橄榄石 Mg 2SiO 4 （2MgO·SiO 2）

高岭石 Al 2（Si 2O 5）（OH ）4 （Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O ）

正长石 KAlSi 3O 8 （K 2O·Al 2O 3·6SiO 2）

硅酸盐大多是难溶于水的，可溶性的硅酸盐最常见的是Na 2SiO 3，它的水溶液俗名水玻璃可作为粘合剂，防腐剂、耐火材料使用。粘土种类很多，成分也很复杂，但主要是硅酸盐；粘土具有粘性和可塑性，是制造水泥、陶瓷、砖瓦、耐火材料的主要原料。正长石（KAlSi 3O 8）在CO 2和水等作用下分解而得粘土等物质；高岭土是较纯净的粘土。

【典型例题】

例1. 目前科学界拟合成一种“二重结构”的球形物质，即把足球形C 60分子容纳在足球形Si 60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。下列关于这种物质的叙述不正确的是（ ）

A. 是两种单质组成的混合物

B. 相对分子质量为2400

C. 是一种化合物

D. 其晶体类型属于分子晶体

分析：题中已明确该物质中碳原子和硅原子间形成共价键，也就是说，二者已不再是原来独立存在的分子了，而且有固定的组成〔n （C ）∶n （Si ）＝1∶1〕，因此它是化合物，C 正确，A 不正确。形成的Si 60C 60分子间不存在化学键，而是依靠范德瓦耳斯力结合成分子晶体，D 正确。其相对分子质量M r ＝（12＋28）×60＝2400，故B 正确。应注意的是，如果在C 60分子中放入一个或几个He ，碳原子与球内的稳定的氦分子不能成键，仍为独立的两种分子，此时二者形成混合物而不是化合物。

答案：A

例2. 大理石可以用做墙面、地面和厨房桌面，其主要成分是碳酸钙。食醋不慎滴在大理石桌面上，会使其失去光泽，变得粗糙。下列能正确解释此现象的是（ ）

A. 食醋中的水使碳酸钙溶解

B. 食醋中的醋酸与碳酸钙发生了复分解反应

C. 食醋中的醋酸与碳酸钙反应并放出大量的二氧化碳气体

D. 食醋中的醋酸将碳酸钙氧化

分析：醋酸能与CaCO 3发生复分解反应，由于食醋中醋酸浓度很低，所以，二者反应不一定产生大量的CO 2，可以生成Ca （HCO 3）2。

答案：B

例3. 可以肯定溶液中大量存在的理由是（ ）

A. 加入AgNO 3溶液，有大量白色沉淀产生

B. 加入酸，有无色无味气体产生

C. 加入BaCl 2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体

D. 加入Ba （OH ）2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸如C 所述

-分析：溶液中含有Cl 、SO 32时，可与AgNO 3溶液反应产生白色沉淀，A 不正确。HCO 3－—2-3CO

与酸反应会产生无色无味的CO 2气体，B 不正确。向含有HCO 3的溶液中加入Ba （OH ）2

—－＋＋＋时：HCO 3＋OH ＋Ba 2＝BaCO 3↓＋H 2O ，再加盐酸BaCO 3＋2H ＝Ba 2＋CO 2↑＋H 2O ，其—现象与CO 32反应的现象相同，D 选项不正确。

答案：C

例4. 玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是（ ）

A. 烧碱 B. 纯碱 C. 氢氟酸 D. 盐酸

分析：氢氟酸（HF ）能和SiO 2发生反应：SiO 2＋4HF ＝SiF 4↑＋2H 2O ，利用这个反应可以进行玻璃雕花等。烧碱（NaOH ）虽然也能和SiO 2反应：SiO 2＋2NaOH ＝Na 2SiO 3＋H 2O ，但该反应的速率较慢，不适于进行玻璃加工。

答案：C

例5. 现有25ml ，2mol/L的Na 2CO 3溶液和75ml,1mol/L的稀盐酸反应，（1）将Na 2CO 3溶液缓缓滴入盐酸中；（2）将稀盐酸缓缓滴入Na 2CO 3溶液中；在标准状况下产生气体体积的情况是（ ）

A. 均为0.84L B. 均为0.56L

C. （1）＞（2） D. （2）＞（1）

解析：虽然都是Na 2CO 3和盐酸反应，但滴入顺序不同，结果产生的CO 2的量不一定相同。（1）将Na 2CO 3溶液滴入到盐酸中，因为一开始盐酸过量，故只要能反应的全部转化为CO 2气体，（注意判断过量问题）； —

Na 2CO 3+2HCl =2NaCl +H 2O +CO 2↑

1mol 2mol 22.4L

0.05mol 0.075mol V 1

V 1=22. 4L ⨯0. 075mol =0. 84L 2mol

（2）将稀盐酸滴入到Na 2CO 3溶液中，因为开始时Na 2CO 3过量，反应则分两步进行， 第一步：Na 2CO 3+HCl =NaHCO 3+NaCl

1mol 1mol 1mol

0.05mol 0.05mol 0.05mol

第二步：NaHCO 3+HCl =NaCl +H 2O +CO 2↑（注意判断过量问题）

1mol 1mol 22.4L

0.05mol （0.075－0.05）mol V 2

V 2=0. 025mol ⨯22. 4L =0. 56L ∴V 1>V 2，故选C 。 1mol

例6. 下图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是（ ）

A. 大理石和稀硫酸制取二氧化碳 B. 锌粒和稀硫酸制氢气

C. 浓盐酸和二氧化锰制取氯气 D. 电石和水制取乙炔

分析：本题考查了常见气体的实验室制法，侧重考查分析问题能力及实验设计与评价能力。根据装置图的特点，所制气体的反应应该具备下列条件：反应不需要加热，反应不能太剧烈，因此C 、D 选项不合理；又因为硫酸钙微溶于水，所以不能用稀硫酸和大理石来制取二氧化碳，A 不合理。

答案：B

例7. A 、B 、C 、D 、E 代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。

请填空：

（1）形成单质A 的原子的结构示意图为 ，它的最高化合价为 。

（2）B 的化学式（分子式）为 ，B 的晶体类型为 。B 和碳反应生成A 和E 的化学方程式是 。

（3）C 的化学式（分子式）为 ，D 的化学式（分子式）为 。 分析：本题以框图题的形式考查了硅及其化合物的相互转化关系，关键是找出解题的突破口。侧重于考查的是审题能力、分析能力、综合利用知识解决问题的能力。本题的突破口是A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素，推出A 为硅，然后根据转化关系图逐一推出，B 是二氧化硅、C 是硅酸钙、D 是硅酸钠。即可回答所有问题。

答案：（1） ＋4

（2）SiO 2 原子晶体 SiO 2＋2C

（3）CaSiO 3 Na 2SiO 3

Si ＋2CO

例8. 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：

①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

②粗硅与干燥HCl 气体反应制得SiHCl 3：

300︒C Si +3HCl SiHCl 3+H 2

③SiHCl 3与过量H 2在1000~1100℃反应制得纯硅

已知SiHCl 3能与H 2O 强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：

（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。

（2）粗硅与HCl 反应完全后，经冷凝得到的SiHCl 3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl 4（沸点57. 6℃）和HCl （沸点-84. 7℃），提纯SiHCl 3采用的方法为 。

（3）用SiHCl 3与过量H 2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：

①装置B 中的试剂是 ，装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是： 。 ②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 。

③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 。

④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（填写字母代号）是

a. 碘水 b. 氯水 c. NaOH溶液 d. KSCN溶液 e. Na2SO 3溶液

分析：本题利用硅的制取考查了一些常见的基本实验操作技能和实验的评价设计能力，侧重考查的是基本实验技能。（1）根据题意信息，粗硅可用碳还原二氧化硅的方法制取。（2）因HCl 易溶于水，而SiHCl 3 遇H 2O 强烈水解，故提纯SiHCl 3的方法只能在无水的条件下采用蒸馏的方法进行分离。（3）①因SiHCl 3强烈水解，故A 产生的H 2必须干燥，B 中盛装的液体为浓硫酸，烧瓶需加热是为了使SiHCl 3气化，加快与氢气的反应。②根据信息，石英管中产生的物质为硅，D 中应有固体物质产生，普通玻璃在该反应条件下会软化，D 中发生SiHCl 3被氢气还原生成硅的反应。③因高温下氢气和氧气混合容易爆炸，故应先排净装置中的空气。④铁与盐酸反应生成二价铁，常用氯气先将二价铁氧化然后再加入硫氰化钾进行检验。

高温SiO +2C Si +2CO ↑ 2答案：（1）

（2）分馏（或蒸馏）

3气化 ② 有固体物质生成；在反应温度下，（3）① 浓硫酸；使滴入烧杯中的

1000~1100︒C SiHCl 3+H 2Si +3HCl ③排尽装置中的空气 ④b d 普通玻璃会软化 SiHCl

【模拟试题】

1. 当下列物质：①大理石、②钟乳石、③锅垢、④贝壳、⑤蛋壳，分别滴入醋酸时，会产生相同气体的是（ ）

A. 只有①② B. 只有④⑤ C. 只有①②③ D. ①②③④⑤

2. CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（ ）

A. 氯化钙溶液 B. 石灰水

C. 饱和碳酸氢钠溶液 D. 硅酸钠溶液

3. 最近，科学家研制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，分子式为C 60。下列说法正确的是（ ）

A. C60是一种新型的化合物 B. C60和石墨都是碳的同素异形体

C. C60中含离子键 D. C60的相对分子质量是720

4. 把少量CO 2分别通入到浓度相同的①Ba （NO 3）2溶液；②Ba （OH ）2溶液；③溶有氨的BaCl 2溶液中。预计能观察到白色沉淀的溶液是（ ）

A. ②和③ B. 只有② C. ①和② D. 只有③

5. 科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO 2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能（ ）

①加强呼吸作用 ② 加强光合作用

③改良碱性土壤、调节pH 值 ④加强植物蒸腾作用

A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ②③④

6. 下列离子方程式不正确的是（ ）

＋——A. 少量Na 2CO 3溶液滴入到硝酸中：H ＋CO 32＝HCO 3

＋—B. 过量CO 2通入到澄清的石灰水中：CO 2＋Ca 2＋2OH ＝CaCO 3↓＋H 2O

—＋——C. 烧碱溶液与碳酸氢钙溶液混合：2OH ＋Ca 2＋2HCO 3＝CaCO 3↓＋CO 32＋2H 2O

—＋—D. 小苏打溶液与氢氧化钡溶液反应：HCO 3＋Ba 2＋OH ＝BaCO 3↓＋H 2O

7. 有关纯碱和小苏打的叙述正确的是

A. 等质量的Na 2CO 3、NaHCO 3分别与足量稀H 2SO 4反应，NaHCO 3产生的CO 2多

B. 等质量的Na 2CO 3、NaHCO 3分别与足量的同种盐酸反应，NaHCO 3消耗的盐酸多

C. 向NaHCO 3溶液中滴入Ba （OH ）2溶液无沉淀，而Na 2CO 3溶液中加入Ba （OH ）2溶液出现白色沉淀

D. Na2CO 3和NaHCO 3都既能与酸反应，又能与氢氧化钠反应

＋－8. 欲使0.1mol/L的NaHCO 3溶液中c （H ）、c （CO 32）、c （HCO 3¯）都减少，其方法是

A. 通入二氧化碳气体 B. 加入氢氧化钠固体

C. 通入氯化氢气体 D. 加入饱和石灰水溶液

9. 下列关于纯碱晶体（Na 2CO 3·10H 2O ）的叙述中，错误的是（ ）

A. 将晶体放置在空气中质量会减轻

B. 加热晶体则生成NaHCO 3

C. Na2CO 3可作为干燥剂使用

D. 晶体溶于水后呈碱性

－－－－10. 溶液中含有HCO 3、SO 32、CO 32、CH 3COO 等4种阴离子。若向其中加入足量Na 2O 2

后，溶液中离子浓度基本保持不变的是（ ）

－－－－A. CH3COO B. SO32 C. CO32 D. HCO3

11. 下列说法中，正确的是（ ）

A. 1 mol SiO2晶体中，含有2 mol Si—O 键

B. 熔融烧碱可选择石英坩埚

C. 二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成

D. 尽管二氧化硅既能与烧碱又能与氢氟酸反应，但它仍不是两性氧化物

12. 有一种粗铝含金属铁和单质硅两种杂质。取等质量的样品分别投入足量的稀HCl （aq ）和足量的稀NaOH （aq ）中，放出等量的H 2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是（ ）

①物质的量之比为2:1 ②物质的量之比为3:1 ③质量之比为2:1 ④质量之比为4:1

A. ②④ B. ②③ C. ①④ D. 只有④

13. 工业上由粗硅制取纯硅涉及以下反应：

300℃−→SiHCl 3（g ）＋ H 2（g ）①Si （s ）＋ 3HCl （g ）−−；△H ＝－381kJ

950℃−→Si （s ）＋ 3HCl （g ） ②SiHCl 3（g ）＋ H 2（g ）−−

对于上述反应的说法中正确的是（ ）

A. 均为置换反应和氧化还原反应

B. 反应①、②实际上互为可逆反应

C. 由于反应①放热，则反应②一定吸热

D. 欲提高SiHCl 3的产率，应采用加压、升温的办法

14. 下列说法：①硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在；②硅和二氧化硅晶体都属于原子晶体；③二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差异；④二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应。正确的是（ ）

A. ①②③④ B. ①②④ C. ①④ D. ②③

15. 我国科学家前不久成功地合成了3 mm长的管状碳纳米管，此管居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度（抵抗变形的能力）高、密度小（只有钢的1/4）、熔点高、化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对纤维的说法不正确的是（ ）

A. 它是制造飞机的某些部件的理想材料

B. 它的主要组成元素是碳

C. 它的结构与石墨相似

D. 碳纤维复合材料不易导电

16. 氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得氮化硅。

⑴根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是

①制汽轮机叶片 ②制有机玻璃 ③制永久性模具 ④制造柴油机

⑵氮化硅晶体属于 晶体（填晶体类型）。

⑶下列物质熔化时，所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是 。

①单质I 2和金刚石 ②晶体硅和二氧化硅 ③冰和干冰 ④金刚石和碳化硅

⑷已知氮化硅晶体结构中，原子间都以单键相连，且N 原子和N 原子、Si 原子和Si 原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式： ，1 mol 氮化硅晶体中含—Si 键。

⑸现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为： 。

17. 我国化学家侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

（1）上述生产纯碱的方法称_________，副产品的一种用途为 。

（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是 。

（3）写出上述流程中X 物质的分子式 。

（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 （填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是

（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加

（6）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有

＋（a ）增大NH 4的浓度，使NH 4Cl 更多地析出

（b ）使NaHCO 3更多地析出

（c ）使NaHCO 3转化为Na 2CO 3，提高析出的NH 4Cl 的纯度

18. 2005年11月13日，我国石油吉林石化公司双苯车间发生爆炸，爆炸泄漏的有毒物质和燃烧产生的烟气造成松花江和当地空气严重污染。某课外活动小组的同学准备探究在爆炸现场采集的气体样品中是否含有CO （假设该样品中不含除CO 之外的其它能与CuO 反应的物质）

［实验目的］确定气体样品中是否含有CO

［查阅资料］爆炸泄漏的有毒物质主要是苯和苯胺，它们都是有机物，已知苯的化学式为C 6H 6 ，是一种液体，有毒，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃。在空气中完全燃烧生成CO 2和H 2O ，不完全燃烧时还生成CO 。

［实验原理］CuO ＋CO 加热Cu ＋CO 2 , 反应生成的CO 2使澄清石灰水变浑浊，以此证明CO 的存在。

［实验仪器］

［问题］

⑴要用较简单的方法收集爆炸现场的气体样品，可选用什么用品？ 。 ⑵在实验时，上述仪器的连接顺序是丙→乙→甲→乙。其中乙装置需要使用两次，这两次的作用分别是：第一次 。第二次 。

⑶从环境保护的角度考虑，你认为该实验是否存在缺陷，如果有，如何改进该实验？（若认为该实验没有缺陷，以下问题不必回答）改进的方法是 。

⑷由于苯泄漏，造成松花江上大量鱼类死亡，你认为鱼类死亡的可能原因是（回答两点即可）：① ；② 。

⑸苯的熔点比较低，在低温时很容易凝固成冰一样的晶体。若苯凝固，如何从试剂瓶（细口瓶）中取出苯？ 。 19. 某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物，再用下图装置，对获得的铜粉

（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列实验报告。

（一）实验目的：__________________________________。

（二）实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等药品：红褐色铜粉（含炭）样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等

（四）计算：样品中铜的质量分数＝___________________（用含W 、m 1、m 2的代数式表示）

（五）问题和讨论：

实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使G 中反应完全、D 中吸收完全，也不会得出正确的结果。经讨论，有同学提出在B 与G 之间加入一个装置。再次实验后，得到了较正确的结果。那么，原来实验所测得的钢的质量分数偏小的原因可能是____________，在B 与G 之间加入的装置可以是_______________，其中盛放的药品是________________。 20. 高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。

（1）KMnO 4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是______（填代号）。

a. 84消毒液（NaClO 溶液） b. 双氧水 c. 苯酚 d. 75%酒精

（2）高锰酸钾保存在棕色试剂瓶中，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_______（填代号）。

a. 浓硝酸 b. 硝酸银 c. 氯水 d. 烧碱

（3）上述流程中可以循环使用的物质有 、 （写化学式）。 （4）若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1 mol MnO 2可制得 mol KMnO 4。

（5）该生产中需要纯净的CO 2气体。若实验室要制备纯净的CO 2，所需试剂最好选择（选填代号） 。

a. 石灰石 b. 稀HCl

c. 稀H 2SO 4 d. 纯碱

A B C

（6）操作Ⅰ的名称是 ；操作Ⅱ根据KMnO 4和K 2CO 3两物质在 （填性质）上的差异，采用 （填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO 4粗晶体。

【试题答案】

1. D 2. A 3. BD 4. A 5. B 6. AB 7. A 8. D 9. BC 10. A 11. D 12. C 13. A 14. D 15. C 16. ⑴①③④ ⑵原子 ⑶②④ ⑷Si 3N 4 12 ⑸3SiCl 4 ＋6H 2＋2N

2 Si 3N 4 ＋12HCl

17. （1）联合制碱法或侯德榜制碱法 化肥或电解液或焊药等（其他合理答案均给分） （2）NH 3＋CO 2＋H 2O ＋NaCl→NH4Cl ＋NaHCO 3↓ 或NH 3＋CO 2＋H 2O→NH4HCO 3 NH 4HCO 3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH 4Cl

（3）CO 2 （4）I 过滤 （5）稀硝酸和硝酸银溶液 （6）a c 18. （1）气球

（2）检验原气体样品中的二氧化碳是否除尽，检验是否有二氧化碳生成 （3）在d 出口处将气体点燃

（4）①苯有毒；②苯密度小，浮在水面隔绝氧气 （5）用手捂热试剂瓶，使苯熔化，再将苯倒出 19. （一）测定铜粉样品中铜的质量分数 （三）

W -(m 2-m 1) ⨯

W

（四）

（五）偏小：水蒸汽通过G 被D 中碱石灰吸收；洗气瓶 浓硫酸 （或干燥管 碱石灰）

20. （1）ab ；（2）d ； （3）MnO 2；KOH ； （4）2／3； （5）cd ；A ； （6）过滤；溶解度；浓缩结晶。