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第四节 碳、硅及其化合物
题号 1 2 3 4 4－1 4－2 5 6 7 8
答案
一、单项选择题
1．(2011•全国高考)将足量CO2通入下列各溶液中，所含离子还能大量共存的是( )
A．K＋、SiO2－3、Cl－、NO－3
B．H＋、NH＋4、Al3＋、SO2－4
C．Na＋、S2－、OH－、SO2－4
D．Na＋、C6H5O－、CH3COO－、HCO－3
2．(2011•广州模拟)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是( )
A．高纯度的硅广泛用于制作计算机
B．硅可由二氧化硅还原制得
C．低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应
D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅
3．不能用磨口玻璃瓶贮存的一组物质是( )
A．溴水 氯水 碘水
B．氢溴酸 盐酸 氢硫酸
C．浓硫酸 浓硝酸 浓盐酸
D．NaOH溶液 Na2CO3溶液 水玻璃
4．(2011•福建三明联考)用4种溶液进行实验，下列说法中“溶液”与“操作及现象”对应关系错误的是( )
A．往CaCl2溶液中通入SO2，溶液不变浑浊，先通入SO2再通入氨气，溶液变浑浊
B．往Ca(ClO)2溶液中通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去
C．往Na2SiO3溶液中通入NO2，溶液变浑浊，继续通NO2至过量，浑浊消失
D．往Ca(OH)2溶液通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加NaOH溶液，又浑浊
4题变式
4－1.可以肯定溶液中大量存在CO2－3的理由是( )
A．加入AgNO3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BaCl2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
4－2.下列各组物质中，气体X和气体Y同时通入盛有Z的稀溶液的洗气瓶中，一定没有沉淀生成的是( )
选项 A B C D
X CO2 H2S NH3 Cl2
Y SO2 SO2 SO2 SO2
Z CaCl2 NaCl BaCl2 BaCl2
5．下列各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是( )
选项 X Y Z
A Na NaOH NaHCO3
B Cu CuSO4 Cu(OH)2
C C CO CO2
D Si SiO2 H2SiO3
6．汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为＋2价)，下列有关“汉紫”的说法中不正确的是( )
A．用盐的形式表示：BaSiO3•CuSiO3
B．用氧化物形式表示：BaO•CuO•2SiO2
C．易溶于强酸、强碱
D．性质稳定，不易褪色
二、双项选择题
7．(2011•韶山质检)下列离子方程式的书写正确的是( )
A．水玻璃中通入少量的二氧化碳：
SiO2－3＋CO2＋H2O===CO2－3＋H2SiO3↓
B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：
Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO－3
C．二氧化硅溶于氢氟酸溶液中：
SiO2＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2O
D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：
SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O
8．(2011•江苏南通模拟)不能说明碳元素的非金属性比硅元素强的是( )
A．甲烷比硅化氢稳定
B．硅酸钠溶液的碱性比碳酸钠溶液的碱性弱
C．碳酸与硅酸钠溶液反应生成原硅酸
D．高温下SiO2和Na2CO3反应
三、非选择题
9．欲除去下表中各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请填写所用试剂、操作名称及化学方程式。
样品 所用试剂 操作名称 化学方程式
SiO2(CaCO3) 过滤
CaCO3(SiO2)
SiO2(Si)
SiO2(H2SiO3)
9题变式
9－1.除去CO、CO2气体中混有的杂质。
①CO中混有CO2：通过盛有________溶液的________。
②CO2中混有CO：通过________的__________。
③CO2中混有SO2：通过盛有______溶液或_____溶液的_____。
④CO2中混有HCl：通过盛有__________溶液的洗气瓶。
⑤CO2中混有O2：通过硬质玻璃管中盛放的________网。
⑥CO2中混有H2S：通过盛有________溶液的________。
10．已知A～I有如图所示转换关系：
已知：①单质E可作为半导体材料；②化合物F是不能生成盐的氧化物；③化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A起反应。
据此，请回答下列问题：
(1)化合物F是________。
(2)化合物I是________。
(3)反应③的化学方程式是____________________________。
(4)反应④的化学方程式是____________________________。
(5)写出I的水溶液与A反应的方程式：_______________。
11．(2012•重庆模拟)工业上电解饱和食盐水能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。
(1)上图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是________；NaOH溶液的出口为________(填字母)；精制饱和食盐水的进口为________(填字母)；干燥塔中应使用的液体是________。
(2)多晶硅主要采用SiCl4还原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用受到广泛关注。
①SiCl4可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同)，方法为高温下SiCl4与H2和O2反应，产物有两种，化学方程式为________________________________________________。
②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用，一定条件下，在20 L恒容密闭容器中发生反应：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)??4SiHCl3(g)。
达平衡后，H2和SiHCl3物质的量浓度分别为0.140 mol•L－1和0.020 mol•L－1，若H2全部来源于离子交换膜法的电解产物，理论上需消耗纯NaCl的质量为________kg。
(3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气，现制得氯酸钠213.0 kg，则生成氢气______m3(标准状况)。
12．(2013•珠海模拟)多晶硅被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl4为主，能遇水强烈水解，放出大量的热。研究人员利用SiCl4水解生成的盐酸和钡矿粉(主要成分为BaCO3，且含有铁、镁等离子)制备BaCl2•2H2O，工艺流程如下。已知：①常温下Fe3＋、Mg2＋完全沉淀的pH分别是3.4、12.4；②M(BaCO3)＝197 g•mol－1，M(BaCl2•2H2O)＝244 g•mol－1。
(1)SiCl4水解反应的方程式为________________________。
(2)加钡矿粉并调节pH＝7的作用是使BaCO3转化为BaCl2和________________。
(3)加20% NaOH调节pH＝12.5，得到滤渣A的主要成分是________________。
(4)BaCl2滤液经________、________、过滤、洗涤，再经真空干燥后得到BaCl2•2H2O。
(5)10吨含78.8% BaCO3的钡矿粉理论上最多能生成BaCl2•2H2O________吨(保留3位有效数字)。
参考答案
一、单项选择题
1．解析：因碳酸酸性强于硅酸，将足量二氧化碳通入该溶液中可得硅酸沉淀，则SiO2－3不能大量共存，A项错误；将足量二氧化碳通入该溶液中，四种离子均不发生反应，可以大量共存，B项正确；将足量二氧化碳通入该溶液中，OH－不能大量共存，C项错误；碳酸酸性强于苯酚，将足量二氧化碳通入该溶液中，C6H5O－不能大量共存，D项错误。
答案：B
2．解析：自然界中无单质硅。
答案：D
3．解析：玻璃是石英砂和碳酸钠熔融所得的硅酸钠熔体，水玻璃是硅酸钠溶液，磨口瓶因磨砂使表面积增大，容易粘连。玻璃瓶与溶液含同种物质，易发生扩散，硅酸钠呈碱性。
答案：D
4．解析：CaCl2与SO2不发生化学反应，SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3，(NH4)2SO3＋CaCl2===CaSO3↓＋2NH4Cl，A项正确；Ca(ClO)2＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2HClO，因为酸性H2CO3＞HClO，反应后溶液中存在HClO，具有漂白性，B项正确；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2HNO3＋Na2SiO3===2NaNO3＋H2SiO3↓，H2SiO3不溶于HNO3，C项错误；Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2＋2NaOH===Na2CO3＋CaCO3↓＋2H2O，D项正确。
答案：C
4题变式
4－1.解析：能与AgNO3溶液产生白色沉淀的离子除了CO2－3，还可能是Cl－、SO2－4等，A不正确；能与酸反应生成无色无味气体的离子，除了CO2－3，还可能是HCO－3，B不正确；加入BaCl2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，可能是CO2－3或者SO2－3，而产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体的只有CO2－3，C正确；加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，除了C中所述外，还可能是HCO－3，D不正确。
答案：C
4－2.解析：因为CaCO3、CaSO3在酸性条件下均不能沉淀，所以A组一定没有沉淀。B组中的H2S和SO2可以发生氧化还原反应生成S沉淀。C组中如果NH3过量，过量的NH3可以与SO2、H2O反应生成(NH4)2SO3，而(NH4)2SO3溶液可与BaCl2溶液反应生成BaSO3沉淀。D组中Cl2可以将SO2氧化生成硫酸，硫酸进一步可与BaCl2溶液反应生成BaSO4沉淀。
答案：A
5．解析：A项，NaHCO3无法直接转化为Na；B项，Cu(OH)2无法直接转化为Cu；D项，SiO2无法直接转化为H2SiO3，H2SiO3也无法直接转化为Si。
答案：C
6．解析：2＋2＋2×4＝2x，x＝6，故其化学式可表示为BaSiO3•CuSiO3，用氧化物形式表示BaO•CuO•2SiO2。年代久远“汉紫”未消失，说明其性质稳定，故D项正确。其为硅酸盐，故不易溶于强碱、强酸。
答案：C
二、双项选择题
7．解析：B中的Ca(OH)2应拆成离子，C中HF为弱酸，应写化学式。
答案：AD
8．解析：非金属性越强，气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，酸根的水解能力越弱，对应盐的碱性越弱。
答案：BD
三、非选择题
9.
样品 所用试剂 操作名称 化学方程式
SiO2(CaCO3) 盐酸 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
CaCO3(SiO2) NaOH
溶液 过滤 2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O
SiO2(Si) 氧气 加热 Si＋O2=====△SiO2
SiO2(H2SiO3) —— 加热 H2SiO3=====△SiO2＋H2O
9题变式
9－1.①NaOH 洗气瓶 ②盛放灼热CuO 硬质玻璃管 ③饱和NaHCO3 KMnO4 洗气瓶 ④饱和NaHCO3 ⑤灼热Cu ⑥CuSO4 洗气瓶
10．解析：因单质E和化合物F分别是半导体材料和不成盐的氧化物，可考虑分别为Si和CO，反应①的化学方程式为SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，氧化物A为SiO2，它除了能跟氢氟酸反应以外不跟任何酸起反应，由此判断化合物Ⅰ为HF，依此类推C为H2O、D为F2，H为O2。
答案：(1)CO
(2)HF
(3)2H2＋O2=====点燃2H2O
(4)2F2＋2H2O===4HF＋O2
(5)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
11．解析：(1)电解饱和食盐水的电极反应分别为：阴极：2H＋＋2e－===H2↑；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。所以阳极产物为氯气，H＋在阴极放电，水中的c(OH－)增大，即NaOH在阴极(a处)产生。电解饱和食盐水所用的阳离子交换膜只允许阳离子(Na＋)通过，阻止阴离子和气体通过，电解过程中，Cl－在阳极大量消耗，因此应在阳极区(d处)补充NaCl。干燥塔干燥的气体为Cl2，应用浓H2SO4。
(2)①光导纤维为SiO2，产物为两种，另一种物质只能为HCl。
②n(H2)＝0.140＋0.022×20＝3 (mol)，由
2NaCl＋2H2O=====通电2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2×58.5 2
m(NaCl) 6 g
m(NaCl)＝351 g≈0.35 kg。
(3)由题意，可写出反应的化学方程式为：
NaCl＋3H2O=====通电NaClO3＋3H2↑
106.5 6
213.0 kg m(H2)
m(H2)＝12 kg，n(H2)＝6 000 mol，V(H2)＝134.4 m3。
答案：(1)氯气 a d 浓硫酸
(2)①SiCl4＋2H2＋O2=====通电SiO2＋4HCl ②0.35
(3)134.4
12．解析：(1)SiCl4＋4H2O===H4SiO4↓＋4HCl。
(2)因为铁离子在pH＝3.4时便完全沉淀，因此pH＝7时，可使铁离子完全沉淀。
(3)Mg2＋完全沉淀的pH是12.4，加20% NaOH调节pH＝12.5，可使Mg2＋完全沉淀。
(4)蒸发浓缩—降温结晶—过滤—洗涤—干燥，是从溶液中提取溶质的实验过程的基本思路。
(5)根据原子守恒，BaCO3～BaCl2•2H2O，设BaCl2•2H2O为x吨，可列式计算：
BaCO3 ～ BaCl2•2H2O
197 g•mol－1 244 g•mol－1
10×78.8% 吨 x 吨
x＝9.76。
答案：(1)SiCl4＋4H2O===H4SiO4↓＋4HCl
(2)使Fe3＋完全沉淀
(3)Mg(OH)2
(4)蒸发浓缩 降温结晶
(5)9.76