2018年高考化学总复习 第四章 非金属及其化合物(课时1)碳、硅及其重要化合物 新人教版

课时1 碳、硅及其重要化合物
[2018备考·最新考纲]
1．掌握碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。

2.掌握碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。

3.了解碳元素、硅元素的单质及重要化合物的制备方法。

4.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。

考点一 碳、硅及其氧化物的性质 (考点层次A→自学、识记、辨析
)
1．碳、硅元素的原子结构与存在
(1)碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来)：
(2)碳的化学性质
(3)硅的化学性质及制取
①与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。

②与NaOH 溶液反应：
Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑； ③与O 2反应：Si ＋O 2=====△
SiO 2。

④工业制法：
提醒：①自然界中没有游离态硅，工业上常用焦炭在电炉中还原SiO 2得到粗硅。

②Si 的还原性强于C ，但C 能还原SiO 2生成Si ，且氧化产物为CO ：2C ＋SiO 2=====高温
Si ＋2CO↑，其原因是产物CO 为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。

且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。

3.二氧化碳和二氧化硅的比较
CO 2＋H 2O H 2CO 3
222SiO 2不溶于水，故不能用SiO 2与水反应制备硅酸。

②SiO 2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟酸反应。

③不能依据反应SiO 2＋Na 2CO 3=====高温
Na 2SiO 3＋CO 2↑来说明SiO 2对应的水化物(即H 2SiO 3)的酸性比H 2CO 3强。

教材
VS
高考
1．(RJ 必修1·P 8110改编)下列关于碳、硅的叙述正确的是( ) A ．碳、硅都是ⅣA 族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在 B ．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似
C ．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH 溶液反应生成相应的盐
D ．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料 答案 C
2．(溯源题)(2016·课标全国Ⅱ，7)判断下列关于燃料的说法是否正确 (1)燃料燃烧产物CO 2是温室气体之一(√) (2)化石燃料完全燃烧不会造成大气污染(×) (3)以液化石油气代替燃油可减少大气污染(√) (4)燃料不完全燃烧排放的CO 是大气污染物之一(√)
探源：本题源于教材LK必修1 P66图3－1－11“碳及其化合物在自然界中的转化示意图”，对碳及其化合物的循环，特别是化石燃料的燃烧对环境的影响进行了考查。

[诊断性题组]
1．基础知识判断，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)碳有多种同素异形体，而氧不存在同素异形体(×)
(2)单质硅常用作半导体材料和光导纤维(×)
(3)硅在自然界中只以化合态的形式存在(√)
(4)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应(×)
(5)SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器(×)
(6)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化(×)
(7)不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸，不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化(√)
(8)将气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，证明原气体是CO2(×)
(9)SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中(√)
(10)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料(√)
2．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是( )
A．其氧化物都能与NaOH溶液反应
B．其单质在加热时都能跟O2反应
C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸
D．碳和硅两种元素共有两种单质
解析CO不溶于水，不能生成相应的酸，也不能与NaOH溶液反应；SiO2不溶于水，也不能生成相应的酸；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素有多种单质。

答案 B
3．(2017·陕西质检)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是( )
A．都是共价化合物
B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
解析SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。

答案 C
4．下列有关说法中错误的是( )
A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中
B．单晶硅可将太阳能转化为电能但不能将太阳能转化为热能
C．灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚，因坩埚中的SiO2能与NaOH反应
D．由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑
解析氢氟酸能与玻璃中的SiO2反应，A正确；单晶硅也可将太阳能转化为热能，B错误；高温下NaOH能与瓷坩埚中的SiO2反应，C正确；沙子的主要成分是SiO2，与碳反应时得到的是CO，D正确。

答案 B
【练后归纳】
硅、二氧化硅的特殊性
1．硅的特性
2．SiO2特性
拓展
根据SiO2性质的一般性与特殊性完成下列表格(其中括号内为要除去的杂质)。

可供选择的试剂：A.盐酸B．氢氧化钠溶液C．氧气D．水E．二氧化碳
可选用的操作：①水洗②加热③高温灼烧④过滤⑤结晶
考点二硅酸、硅酸盐、无机非金属材料
(考点层次A→自学、识记、辨析)
1．硅酸
2．硅酸盐
(1)硅酸盐：是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。

(2)硅酸盐组成的表示方法：
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。

(3)硅酸钠：
①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。

②与酸性较硅酸强的酸反应：
a．与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

b．与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。

③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

3．常见无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

①常见硅酸盐材料比较
Na 2CO 3＋SiO 2=====高温
Na 2SiO 3＋CO 2↑； CaCO 3＋SiO 2=====高温
CaSiO 3＋CO 2↑。

(2)新型无机非金属材料
①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。

②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。

③压电陶瓷：具有压电效应。

教材
VS
高考
1．(RJ 必修1·P 8111改编)世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“至少在距今3 000年以前，中国就已经使用玻璃了。

”下列关于普通玻璃的叙述中，正确的是( )
A ．玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料
B ．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C ．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
D ．普通玻璃的成分主要是Na 2O 、CaO 和SiO 2 答案 C
2．(溯源题)判断正误 (2014～2016高考题精选) (1)玻璃仪器可盛放各种酸(×) (2)氢氟酸刻蚀玻璃不涉及化学变化(×) (3)烧结黏土制陶瓷不涉及到化学变化(×) (4)硅胶可用作食品干燥剂(√) (5)可用磨口玻璃瓶保存NaOH 溶液(×)
探源：本题组源于教材RJ 必修1 P 78“应用广泛的硅酸盐产品”及其拓展，对硅酸及硅酸盐的性质进行了考查。

[诊断性题组]
1．据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。

下列相关叙述不正确的是( )
A．它耐高温抗氧化
B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆
C．它没有固定的熔点
D．它是一种新型无机非金属材料
解析由航空材料的成分组成知其质轻、具有耐高温抗氧化等性质，由于这种材料能增加韧性，故质地不会较脆，故B错，A正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，由碳化硅高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料，C、D正确。

答案 B
2．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．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
解析A项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性碳具有吸附性，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，由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，不属于复分解反应，错误。

答案 A
3．胃舒平的主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·n H2O)等化合物。

(1)三硅酸镁的氧化物形式为______________________________。

(2)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是________。

a．Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体
b．Al2O3、MgO和SiO2都是金属氧化物
c．Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点
解析(1)Mg2Si3O8·n H2O改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·n H2O。

(2)Al2O3、MgO和SiO2均具有很高的熔点，故可作为耐火材料。

答案(1)2MgO·3SiO2·n H2O (2)c
【易错警示】
①氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。

②玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。

③NaOH 溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。

④硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是硅酸钠，其水溶液称为水玻璃，但却是盐溶液。

硅胶(m SiO 2·n H 2O)是一种很好的无毒干燥剂。

碳及化合物的性质及对环境的影响
1．(2016·江苏化学，1)大气中CO 2含量的增加会加剧“温室效应”。

下列活动会导致大气中CO 2含量增加的是( )
A ．燃烧煤炭供热
B ．利用风力发电
C ．增加植被面积
D ．节约用水用电
解析 煤炭燃烧会生成大量CO 2，加剧“温室效应”，A 正确；风力发电，不产生CO 2，B 错误；增加植被面积，植物会将CO 2转化为O 2，C 错误；节约用电用水，不产生CO 2，D 错误。

答案 A
2．(2015·安徽理综，9)下列有关说法正确的是( ) A ．在酒精灯加热条件下，Na 2CO 3、NaHCO 3固体都能发生分解 B ．Fe(OH)3胶体无色、透明，能产生丁达尔现象 C ．H 2、SO 2、CO 2三种气体都可用浓H 2SO 4干燥
D ．SiO 2既能和氢氧化钠溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物
解析 A 项，Na 2CO 3固体在酒精灯加热条件下，不分解，错误；B 项，Fe(OH)3胶体呈红褐色，错误；C 项，H 2、SO 2、CO 2三种气体都可用浓硫酸干燥，正确；D 项，由于SiO 2与氢氟酸反应不能生成盐，所以SiO 2是酸性氧化物而不是碱性氧化物，错误。

答案 C
硅及其化合物的性质
3．下列说法正确的是( )
A ．氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记，利用了HF 与SiO 2反应
(2016·课标全国Ⅲ，7D)
B ．向Na 2SiO 3溶液中滴加稀盐酸：Na 2SiO 3＋2H ＋
===H 2SiO 3↓＋2Na
＋
(2016·江苏化学，5D)
C ．SiO 2HCl(aq),SiCl 4――→H 2
高温
Si ，在给定条件下能实现上述转化
(2016·江苏化学，9A)
D ．SiO 2既能和NaOH 溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物(2015·安徽理综，
9D)
答案 A
4．(2015·海南化学，14)单质Z 是一种常见的半导体材料，可由X 通过如下图所示的路线制备。

其中X 为Z 的氧化物；Y 为氢化物，分子结构与甲烷相似。

回答下列问题：
X ――→Mg 加热
Mg 2Z ――→盐酸Y ――→加热Z (1)能与X 发生化学反应的酸是________；由X 制备Mg 2Z 的化学方程式为______________________________________________________。

(2)由Mg 2Z 生成Y 的化学方程式为_____________________________________ _________________________________________________________， Y 分子的电子式为__________________________________。

答案 (1)氢氟酸(HF) SiO 2＋4Mg=====△
Mg 2Si ＋2MgO
(2)Mg 2Si ＋4HCl===2MgCl 2＋SiH 4↑
揭秘：随着新能源，新材料，新工艺的发展应用，碳、硅及其化合物的性质和应用有逐渐增多的趋势。

高考将对碳、硅及其化合物的性质和有关实验进行重点考查，以选择题为基础题型，以化工综合应用题为提高题型，预计2018年将有多种考查方式出现。

课时跟踪训练
一、选择题
1．下列关于C 、Si 两种非金属元素的说法中，正确的是( ) A ．两者结合形成的化合物是共价化合物 B ．在自然界中都能以游离态存在 C ．氢化物的热稳定性比较：CH 4＜SiH 4 D ．最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸
解析 C 、Si 都是非金属元素，结合形成的化合物是共价化合物，A 正确；Si 元素为亲氧元素，不能以游离态存在，故B 错；非金属性C ＞Si ，故氢化物的热稳定性SiH 4＜CH 4，故C 错；SiO 2既不溶于水，也不和水反应，故D 错。

答案 A
2．(2017·安徽合肥高三一次质检，2)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。

下列
说法正确的是( )
A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐
B．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂
C．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示
D．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池
解析水晶的主要成分为SiO2，其不属于硅酸盐，A项错误；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，属于混合物，B项错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅，用于制造太阳能电池的是高纯硅，D项错误。

答案 C
3．下列物质性质与用途对应关系正确的是( )
璃反应无关，C错误；焦炭具有可燃性，与焦炭还原二氧化硅无关，D错误。

答案 A
4．(2016·南通二调)我国《可再生能源法》倡导碳资源的高效转化及循环利用(如图所示)。

下列做法与上述理念相违背的是( )
A．大力发展煤的气化及液化技术
B．加快石油等化石燃料的开采和使用
C．以CO2为原料生产可降解塑料
D．将秸秆进行加工转化为乙醇燃料
解析煤的气化和液化是通过化学变化将煤转化为气体和液体燃料的先进洁净煤技术，
可以减少污染物的排放，A 项正确；石油等化石燃料为不可再生能源，加快化石燃料的开采和使用，会破坏环境，加重环境污染，B 项错误；可降解塑料不会造成“白色污染”，C 项正确；将秸秆转化为乙醇燃料，可以减少PM2.5的产生，D 项正确。

答案 B
5．(2017·吉林大学附中月考)下列有关说法错误的是( )
A ．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中
B ．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐
C ．灼烧NaOH 固体时不能使用瓷坩埚，因为瓷坩埚中的SiO 2能与NaOH 反应
D ．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸
解析 氢氟酸能腐蚀玻璃，不能盛放在玻璃试剂瓶中，A 正确，水晶的主要成分是SiO 2，不是硅酸盐，B 错误；SiO 2是酸性氧化物，能与NaOH 反应，但不与水反应，C 、D 正确。

答案 B
6．(2017·济南联考)下列离子方程式的书写正确的是( )
A ．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===2Na ＋＋CO 2－
3＋H 2SiO 3
B ．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO 2===Ca 2＋＋2HCO －3
C ．硅与氢氟酸的反应：Si ＋4H ＋＋4F －===SiF 4↑＋2H 2↑
D ．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO 2＋2OH －===SiO 2－3＋H 2O
解析 Na 2SiO 3是强电解质，应拆成Na ＋、SiO 2－3，且应生成HCO －3，A 错；B 项正确写法是CO 2＋OH －===HCO －3；C 项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H ＋和F －。

答案 D
7．下图表示物质通过一步反应的转化关系，下列说法正确的是( )
X ――→O 2酸性氧化物―→还原性盐
A ．X 可能是Si 单质
B ．X 可能是含S 元素的化合物
C ．酸性氧化物可能为CO 2
D ．还原性盐可能为FeCl 3
解析 若X 为Si ，则酸性氧化物为SiO 2，由于硅元素处于其最高价态，故由其形成的盐不具有还原性，A 错误；同理C 错误；FeCl 3中铁元素处于最高价，故其不具有还原性，且铁对应的氧化物也不是酸性氧化物，D 错误；X 可以是H 2S ，与O 2反应可形成SO 2，再与NaOH 反应可生成还原性盐Na 2SO 3，B 正确。

答案 B
8．下列有关说法中正确的是( )
A ．碳酸、硅酸均是二元弱酸，均能使紫色石蕊变红色
B ．硅胶就是硅酸形成的液溶胶
C．SiO2能溶解在NaOH溶液中但不能溶解在氨水中
D．硅、二氧化硅、硅酸对热均很稳定
解析硅酸难溶于水，不能使指示剂变色，A错误；硅胶是固体，B错误；SiO2可与强碱溶液反应但不与弱碱溶液反应，C正确；硅酸受热易分解，D错误。

答案 C
9．分别向Na2SiO3溶液中加入下列物质，能生成不溶于NaOH溶液的白色沉淀的是( ) A．K B．稀盐酸
C．CaCl2溶液D．KNO3溶液
解析盐酸与Na2SiO3反应生成的硅酸可溶解在NaOH溶液中，B错误；CaCl2与Na2SiO3反应生成硅酸钙，该物质不溶于水也不溶于NaOH溶液。

答案 C
10．下列除杂方法正确的是( )
A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去
B．CO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热
C．CO2中含有HCl杂质，可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶
D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤
解析A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，D项，Na2CO3与CO2反应生成NaHCO3。

答案 B
11．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
解析无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。

传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。

新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。

答案 D
12．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。

下列说法正确的是( )
A ．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B ．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维
C ．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO 2)中少量的碳酸钙
D ．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高
解析 图中SiO 2与CaO 、CaCO 3、Na 2CO 3反应不属于氧化还原反应，SiO 2与C 、Si 与Cl 2、SiCl 4与H 2的反应属于氧化还原反应，A 错误；光导纤维的主要成分是SiO 2而不是硅酸盐，B 错误；玻璃没有固定的熔点，D 错误。

答案 C
二、填空题
13．工业上，用二氧化硅与焦炭在高温下反应制Si ：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑，副反应为
Si ＋C=====高温SiC(金刚砂)。

请回答下列问题：
(1)工业上，冶炼粗硅时焦炭的作用是________。

(填序号)
①氧化剂 ②还原剂 ③燃料 ④催化剂
若粗硅中含有较多的碳化硅，主要原因是__________________________ ________________________________________________。

(2)碳化硅俗名金刚砂，它具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。

若用二氧化硅与焦炭制备金刚砂，产品中混有杂质硅和二氧化硅，主要原因是_________________________________________________________________
__________________________________________________________________。

(3)某碳化硅样品中混有Si 、SiO 2。

将20.0 g 该样品加入到过量的氢氧化钠溶液中，充分反应，收集到2 240 mL 氢气(标准状况)，过滤得到11.4 g SiC 固体，滤液稀释至500 mL 。

写出有关反应的离子方程式：___________________________ ______________________________________________；
稀释后溶液中硅酸钠的物质的量浓度为________。

解析 (1)在粗硅冶炼中，焦炭作还原剂和燃料，焦炭燃烧提供能量。

若焦炭投料较多，部分碳与硅反应生成碳化硅。

(2)如果制备碳化硅，投入焦炭量较少，二氧化硅、硅会残留在产品中。

(3)n (H 2)＝ 2.24 L
22.4 L·mol
－1＝0.1 mol ，由Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑知，样品中硅单质的物质的量为0.05 mol ，质量为0.05 mol×28 g·mol －1＝1.4 g ，所以样品中二氧化硅
的质量为20.0 g －1.4 g －11.4 g ＝7.2 g ，物质的量为7.2 g÷60 g·mol －1
＝0.12 mol ，生成的硅酸钠的物质的量为0.05 mol ＋0.12 mol ＝0.17 mol ，溶液体积为0.5 L ，故硅酸钠溶液的物质的量浓度为0.34 mol·L －1。

答案 (1)②③ 焦炭投料较多
(2)焦炭投料较少
(3)Si ＋2OH －＋H 2O===SiO 2－3＋2H 2↑、SiO 2＋2OH －===SiO 2－3＋H 2O 0.34 mol·L －1
14．(2016·福州质检)晶体硅是一种重要的非金属材料。

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：Si ＋3HCl =====300 ℃SiHCl 3＋H 2；
③SiHCl 3与过量H 2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅。

可能用到的信息如下：
已知SiHCl 3能与H 2O 强烈反应，在空气中易自燃；步骤②中粗硅与HCl 反应时会生成少量SiCl 4。

请回答下列问题：
(1)粗硅与HCl 反应完全后，依据上表所示沸点差异提纯SiHCl 3，该提纯方法为_____________________________________________。

(2)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依次连接的合理顺序为________(填写字母序号)；装置D 中g 管的作用是
________________；装置B 中的试剂是________________；装置C 中的烧瓶加热的目的是________________。

②装置A 中发生反应的化学方程式为____________________________
__________________________________________________________。

③操作时应先打开装置________(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞，理由是_____________________________________________________________。

(3)请设计实验证明产品硅中是否含微量铁单质：将产品用稀盐酸溶解，取上层清液后_______________________________________________。

解析 (1)根据沸点差异可知提纯SiHCl 3的方法为蒸馏。

(2)①根据SiHCl 3能与H 2O 强烈反应，故制得的H 2要先干燥，再与SiHCl 3反应，仪器的连接顺序为DBCAE ；装置D 中g 管的作用是平衡压强，使分液漏斗中液体能顺利滴下；装置B 中的试剂为浓硫酸，用于干燥氢气；装置C 中的烧瓶加热的目的是使滴入烧瓶中的SiHCl 3汽化。

②装置A 中SiHCl 3、H 2发生置换反应，制得纯硅。

③因为SiHCl 3容易在空气中自燃，故操作时应先打开装置D 中分液漏斗的旋塞，使生成的H 2排尽装置中的空气。

(3)用盐酸溶解后，可以检验上层清液中是否含有Fe 2＋
来证明产品硅中是否含微量铁单质。

答案 (1)蒸馏
(2)①DBCAE 平衡压强(其他合理答案均可) 浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl 3汽化
②SiHCl 3＋H 2=====1 000～1 100 ℃Si ＋3HCl ③D SiHCl 3容易在空气中自燃，实验中要注意先通
一段时间H 2排尽装置中的空气
(3)先滴加氯水，再滴加硫氰化钾溶液，溶液显红色(或加入氢氧化钠溶液，出现白色沉淀后变灰绿色最后变红褐色，合理答案均可)
15．(2016·鄂豫晋冀陕五省高三二次联考，18)某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。

已知：PdCl 2溶液可用于检验CO ，反应的化学方程式为CO ＋PdCl 2＋H 2O===CO 2＋2HCl ＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。

(1)实验时要通入足够长时间的N 2，其原因是_____________________ ________________________________________________________________。

(2)装置B 的作用是_____________________________________________
________________________________________________________。

(3)装置C 、D 中所盛试剂分别为________、________，若装置C 、D 中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________。

(4)该装置的缺点是_____________________________________。

(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC 。

取18 g SiO 2和8.4 g 焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L ，假定气体产物只有CO ，固体产物只有Si 和SiC ，则Si 和SiC 的物质的量之比为______________________。

(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强： ________________。

解析 (1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要通入足够长时间的N 2将装置中的空气排尽。

(2)根据装置图可知，B 装置的作用是作安全瓶，防止倒吸。

(3)根据质量守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C 装置是用来检验有没有二氧化碳生成，D 装置是用来检验一氧化碳，所以装置C 、D 中所盛放试剂分别为澄清石灰水、PdCl 2溶液；若装置C 、D 中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，由于检测到两气体产物的物质的量相等，根据质量守恒可写出化学方程式为
3SiO 2＋4C=====高温2CO 2↑＋2CO↑＋3Si 。

(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有吸
收CO 的尾气处理装置。

(5)18 g SiO 2的物质的量为18 g 60 g/mol
＝0.3 mol ，8.4 g 焦炭的物质的量为8.4 g 12 g/mol ＝0.7 mol ，充分反应后收集到标准状况下13.44 L CO 的物质的量为13.4 g 22.4 g/mol ＝0.6 mol ，则参与形成SiC 的碳的物质的量为0.1 mol ，若固体产物只有Si 和SiC ，则有：
SiO 2 ＋ 2C =====高温 2CO↑ ＋ Si
0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol
则剩余C 的物质的量为 n (C)＝0.7 mol －0.6 mol ＝0.1 mol ，
Si ＋ C =====高温 SiC
0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol
故得到Si 和SiC 的物质的量之比为(0.3 mol －0.1 mol)∶0.1 mol＝2∶1。

(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱可利用强酸制弱酸的原理，产生的CO 2气体先通过饱和的碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液，若产生白色沉淀，说明酸性H 2CO 3＞H 2SiO 3。

答案 (1)要用氮气将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰
(2)作安全瓶，防止倒吸
(3)澄清石灰水 PdCl 2溶液 3SiO 2＋4C=====高温2CO 2↑＋2CO↑＋3Si
(4)没有尾气处理装置将CO吸收
(5)2∶1
(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸。