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能力突破特训
时间：60 分钟
一、
选择题（12 个小题，每小题只有一个正确选项，每题5 分，共60 分）
1．下列有关叙述中正确的是
A．硅酸(H2SiO3)可由SiO2与水化合制得
B．石英是良好的半导体，可以制成光电池
C．Si 和C 相似，在自然界主要以单质形式存在
D．高纯度的硅可以制造计算机芯片
【答案】D
【解析】A．二氧化硅不能溶于水，不能直接制备硅酸（H2SiO3），故A 错误；
B．石英主要成分为二氧化硅，晶体硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，
故B 错误；
C．自然界中无游离态硅，硅在自然界中主要是硅酸盐、二氧化硅形式存在，故C 错误；
D．硅的导电性介于导体与绝缘体之间，硅是优良的半导体材料，高纯度的硅可以用于制造计算机芯片，
故D 正确；
故选：D。
2．C、Si、S 都是自然界中含量丰富的非金属元素，下列有关说法中正确的是
A．三种元素在自然界中既有游离态又有化合态
B．元素的+4 价氧化物都属于酸性氧化物，都能与碱反应而不能与任何酸反应
C．最低价的气态氢化物都具有还原性，易与O2发生反应
D．其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱：H2SO4>H2SiO3>H2CO3
【答案】C
【解析】A．Si 元素在自然界中无游离态，A 项错误；
B．SiO2能与HF 反应，B 项错误；
C．C、Si、S 低价态气态氢化物为CH4、SiH4、H2S，都具有还原性，易与O2发生反应，C 项正确；
D．根据元素性质的递变性，非金属性：S>C>Si，则其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：
H2SO4>H2CO3>H2SiO3，D 项错误；
答案选C。
第15 讲 碳、硅及无机非金属材料
1
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3．物质的性质决定用途，下列有关物质性质与用途均正确且两者具有对应关系的是
A．晶体硅熔点高、硬度大，可用于制作半导体材料
B．
具有还原性，可用作葡萄酒抗氧化剂
C．银氨溶液具有弱还原性，可用于制作银镜
D．明矾溶于水能形成胶体，可用于自来水的杀菌消毒
【答案】B
【解析】A．硅元素位于元素周期表金属和非金属分界处，所以晶体硅是良好的半导体材料，与其熔点高、
硬度大无关，故不选A；
B．
具有还原性，向葡萄酒中添加适量
能起到抗氧化的作用，故选B；
C．银氨溶液具有弱氧化性，可以和醛基发生氧化还原反应而被还原为银，故不选C；
D．明矾溶于水能形成胶体，可以吸附水中的杂质，起到净水的作用，但不能用于自来水的杀菌消毒，故
不选D；
选B。
4．银催化刻蚀硅晶片工艺是利用一定浓度的H2O2和HF 刻蚀溶液，把银薄膜覆盖的硅晶片部分蚀掉，从
而剩余部分就形成硅纳米线的工艺，其反应原理如图所示。下列说法错误的是
A．该刻蚀装置是由银、HF 和H2O2、硅组成微小的原电池
B．硅极发生的反应为：Si-4e-+6HF=
+6H+
C．随着反应的进行，银薄膜附近pH 逐渐减小
D．该刻蚀的总反应可表示为：Si+6HF+2H2O2=H2SiF6+4H2O
【答案】C
【解析】A．根据图示可知：在Si 电极上失去电子，在Ag 电极上得到电子，电解质溶液为HF 和H2O2，
它们形成闭合回路，实现了化学能向电能的转化，即构成了原电池，A 正确；
B．根据图示可知：在Si 电极上，Si 失去电子产物与HF 结合形成H2SiF6和H+，反应方程式为Si-4e-+6HF=
2
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+6H+，故B 正确；
C．根据图示可知：在Ag 薄膜附近发生反应：2H++2e-+H2O2=2H2O，所以随着反应的进行，溶液中c(H+)减
小，溶液的pH 逐渐增大，C 错误；
D．在Ag 电极上反应为：2H++2e-+H2O2=2H2O，在Si 电极上发生反应为Si-4e-+6HF=
+6H+，根据同一
闭合回路中电子转移数目相等，可知总反应方程式为Si+6HF+2H2O2=H2SiF6+4H2O，D 正确；
故选C。
5．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如图：
已知流化床反应器中的产物除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是
A．电弧炉中发生的反应为C+SiO2
CO2↑+Si
B．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯
C．每生产1mol 高纯硅，需要44.8LCl2(标准状况)
D．该生产工艺符合绿色化学要求
【答案】B
【解析】A．二氧化硅与焦炭在高温下生成粗硅和一氧化碳，电弧炉中发生的反应为
，故A 错误；
B．流化床反应器中除有
外，还有
、
、
、
等物质，所以
进入还原炉
之前需经过蒸馏提纯，故B 正确；
C．根据转化关系Si(粗)→
→Si(高纯)知，每生产
高纯硅，需要
，而粗硅与
反应时，
产物不止有
，所以生成
消耗的
的体积大于44.8L(标准状况)，故C 错误；
D．该工艺中产生氯化氢、CO 等气体，且反应中有氯气参与，容易引起空气污染，不符合绿色化学要求，
故D 错误；
3
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故选B。
6．青釉瓷是中国最早出现的一种瓷器，分析青釉瓷器文物发现：主体是石英，还有一定量的莫莱石
(3Al2O3·2SiO2)及少量的Fe2O3、CaO 和MgO。下列说法正确的是
A．石英晶体存在硅氧四面体顶角相连的螺旋长链结构
B．陶瓷是由氧化物组成的传统无机非金属材料
C．CaO 遇水会生成Ca(OH)2，所以青釉器不可盛水
D．青釉瓷器呈青色是因为瓷体中含有Fe2O3
【答案】A
【解析】A．石英晶体是以硅氧四面体(
)为基本结构单元，顶角相连形成螺旋长链结构，A 正
确；
B．陶瓷的主要成份是硅酸盐，只是表示成氧化物形式，B 错误；
C．微量的CaO 与硅酸盐在高温下熔合，但不能与水反应，陶瓷可以盛水，C 错误；
D． Fe2O3是红棕色粉末状固体，青釉瓷的青色与Fe2O3无关，D 错误；
故合理选项是A。
7．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高
活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可轻易制备出超高强度和超高耐久性能的高性能混凝土。关
于二氧化硅下列说法中正确的是（ ）
A．二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸
C．由CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸强
D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
【答案】B
【解析】A、二氧化硅是酸性氧化物，但不溶于水，故A 错误；
B、碳酸的酸性都强于硅酸，二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸沉淀，故B 正确；
C、反应只有在高温条件下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但并
不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强，故C 错误；
D、二氧化硅能够溶于氢氟酸，而不是不溶于任何酸，故D 错误；
4
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故选B。
8．近日，香港理工大学戴建国教授团队通过使用硫酸钡和纳米二氧化硅微球对无机地质聚合物进行改性，
合成了一种可常温制备的日间辐射制冷涂层。该新型无机涂层实现日间辐射制冷降温8.9℃，解决城市热
岛和气候变化挑战。下列有关说法错误的是
A．SiO2中Si 的杂化方式为sp3
B．BaSO4的水溶液几乎不导电，所以为弱电解质
C．将纳米二氧化硅微球分散到蒸馏水中，能用渗析的方法将其分离出来
D．该涂层在恶劣环境下能保持良好的性能，包括高温、水浸泡、机械磨损和阳光照射等
【答案】B
【解析】A．SiO2中Si 原子形成4 个
键，无孤电子对，杂化方式为sp3，故A 正确；
B．BaSO4难溶于水，但溶于水的BaSO4完全电离，所以BaSO4为强电解质，故B 错误；
C．将纳米二氧化硅微球分散到蒸馏水中形成胶体，不能透过半透膜，能用渗析的方法将其分离出来，故
C 正确；
D．根据题干信息描述可知，该涂层在恶劣环境下能保持良好的性能，包括高温、水浸泡、机械磨损和阳
光照射等，故D 正确；
答案选B。
9．在下列条件下，一定能大量共存的离子组是
A．通入足量CO2后的溶液：Na+、SiO
、CH3COO-、CO
B．在酸性高锰酸钾溶液中：Na+、NH 、I-、ClO-
C．能使pH 试纸变深蓝色的溶液：Na+、[Al(OH)4]-、K+、CO
D．饱和氯水中：Cl-、K+、Na+、SO
【答案】C
【解析】A．足量CO2溶于水能与SiO
、CO
反应生成硅酸和碳酸氢根离子，不能大量共存，故A 错误；
B．酸性高锰酸钾具有强氧化性能氧化碘离子，且I-和ClO-也能发生氧化还原反应，不能大量共存，故B
错误；
C．能使pH 试纸变深蓝色的溶液中含氢氧根离子，该组离子均与碱不能反应，可以大量共存，故C 正确；
D．氯水能与SO
发生氧化还原反应，不能大量共存，故D 错误；
5
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故选：C。
10．下列离子方程式正确的是
A．向硫酸铜溶液中加入过量的NaHS 溶液：Cu2++2HS-=CuS↓+H2S↑
B．氧化亚铁溶于稀硝酸：FeO + 2H+=Fe2+ + H2O
C．水玻璃中通入少量CO2：SiO
+ 2CO2 + 2H2O=2HCO + H2SiO3↓
D．酸性KMnO4溶液滴定双氧水：2MnO + H2O2+6H+=2Mn2++3O2↑+4H2O
【答案】A
【解析】A．向硫酸铜溶液中加入过量的NaHS 溶液生成硫化铜沉淀、硫化氢气体、硫酸钠，反应的离子
方程式为Cu2++2HS-=CuS↓+H2S↑，故A 正确；
B．氧化亚铁溶于稀硝酸生成硝酸铁、一氧化氮、水，反应的离子方程式为3FeO + 10H++
=3Fe3+ +
5H2O+NO↑，故B 错误；
C．水玻璃中通入少量CO2生成碳酸钠和硅酸，SiO
+ CO2 + H2O=CO
+ H2SiO3↓，故C 错误；
D．酸性KMnO4溶液滴加双氧水生成锰离子、氧气、水，反应的离子方程式为2MnO + 5H2O2+6H+=2Mn2+
+5O2↑+8H2O，故D 错误；
选A。
11．Liepatoff 规则：胶核总是选择性地吸附与其本身组成相似的离子形成胶粒。硅胶在生产、生活中有广
泛应用。硅胶溶液组成如下：
下列叙述正确的是
A．1mol
和足量盐酸反应得到硅胶粒子数
B．
与硅胶溶液胶核组成相似
C．胶粒中表面离子数目一定大于束缚反离子
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D．硅胶溶液的胶团中
【答案】B
【解析】A．1mol
可生成1mol
分子，许多分子聚集一起形成胶粒，形成胶粒数小于
，A 错误；
B．根据图示可知，胶核优先吸附
，根据Liepatoff 规则可得
与硅胶溶液胶核组成相似，B 正确；
C．胶粒中
带负电荷数大于
带正电荷数，表面离子数不一定大于束缚反离子数，C 错误；
D．胶团不带电荷，
，D 错误；
故选B。
12．硅酸盐是地壳岩石的主要成分，在硅酸盐中，四面体
(如图甲为俯视投影图)通过共用顶角氧原子
可形成六元环(图乙)、无限单链状(图丙)、无限双链状(图丁)等多种结构。石棉是由钙、镁离子以离子数
1：3 的比例与单链状硅酸根离子形成的一种硅酸盐，下列说法不正确的是
A．硅氧四面体结构决定了大多数硅酸盐材料硬度高
B．六元环的硅酸盐阴离子化学式
C．石棉的化学式为
D．双链状硅酸盐中硅氧原子数之比为2：5
【答案】D
【解析】A．硅氧四面体结构是指由一个硅原子和四个氧原子组成的四面体结构。这种结构因其内部化学
键的结构和特性而具有稳定性。硅氧四面体结构中的硅原子与四个氧原子形成了共价键，共享电子对使每
个原子都充满了电子。这种共价键结构使得硅氧四面体结构比单纯的硅或氧分子更加稳定，所以硅氧四面
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体结构决定了大多数硅酸盐材料硬度高，故A 正确；
B．六元环的硅酸盐阴离子中Si 元素显+4 价，O 元素显-2 价，所以六元环的硅酸盐阴离子化学式为
，故B 正确；
C．石棉中钙、镁离子之比为1：3，其中Mg 元素、Ca 元素显+2 价，Si 元素显+4，O 元素显-2 价，所以，
该石棉的化学式可表示为
，故C 正确；
D．由图丁可知，双链硅酸盐中有两种硅氧四面体，且数目之比为1：1，一种与单链硅酸盐中硅氧原子个
数比相同，其中硅原子个数为1，氧原子个数为
，个数比为
；另一种，硅原子个数为1，O
原子个数为
，个数比为
，所以双链状硅酸盐中硅氧原子数之比为
，故D 错误；
故选D。
二、非选择题（共4 小题，共40 分）
13．硅及其化合物在生活生产中有广泛应用。请按要求回答下列问题。
(1)工业上制备高纯硅的示意图如下：
①根据下图所示物质反应过程中的能量变化，写出用石英砂和焦炭制取粗硅，同时生成CO 的热化学方程
式： 。
②步骤Ⅱ产物中含有SiHCl3(沸点为33.0℃)，还有少量SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为-85.1℃)。若先将
步骤Ⅱ产物降至室温，提纯SiHCl3，方法是 。所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶、尾接
管外，还需要 、 。
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(2)已知：硅的最高价氧化物对应的水化物有H2SiO3和原硅酸(
)。常温下，H2SiO3：
=2.0×10-10、
=1.0×10-12；H2CO3：
=4.5×10-7、
=4.7×10-11。
①向盛有饱和Na2SiO3溶液(滴有酚酞溶液)的试管中通入足量CO2；充分反应后，用激光笔照射上述液体时
发现有光亮的通路。预测液体颜色的变化： ；写出该反应的离子方程式： 。
②写出原硅酸脱水得到的产物(写两种) 、 。
【答案】(1) SiO2(s)+2C(s)
Si(s)+2CO(g) ΔH=+638.4kJ·mol-1 蒸馏 蒸馏烧瓶
直形冷凝管
(2) 溶液红色变浅至褪色 Si
+2CO2+2H2O=H2SiO3(硅胶)+2HC
H2SiO3 SiO2
【解析】（1）①根据两个反应过程能量变化图像可知： Ⅰ．Si(s)+O2(g)
SiO2(s) ΔH=-859.4kJ·mol-1；
Ⅱ．2C(s)+O2(g)
2CO(g) ΔH=-221.0kJ·mol-1；根据盖斯定律Ⅱ-Ⅰ得热化学方程式SiO2(s)+2C(s)
Si(s)+2CO(g) ΔH=-221.0kJ·mol-1+859.4kJ·mol-1=+638.4kJ·mol-1；
②若先将步骤Ⅱ产物降至室温，根据SiHCl3、SiCl4沸点不同，用蒸馏法提纯SiHCl3。蒸馏装置图为
，用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶、尾接管外，还需要蒸馏
烧瓶、直形冷凝管。
（2）①弱酸的电离平衡常数越大其酸性越强，根据题给数据可得酸性：H2CO3>H2SiO3>HC
>HSi
，向
盛有饱和Na2SiO3溶液(滴有酚酞溶液)的试管中通入足量CO2，生成硅酸胶体和碳酸氢钠，该反应的离子方
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程式Si
+2CO2+2H2O=H2SiO3(硅胶)+2HC
；Na2SiO3溶液中Si
发生水解而使溶液呈碱性，滴加酚酞
开始溶液为红色，随着CO2通入，Na2SiO3反应生成H2SiO3，溶液碱性减弱，溶液由红色逐渐变无色；
②原硅酸(
)脱去一分子水得到的产物是H2SiO3，脱去两分子水得到的产物是SiO2。
14．高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一
种工艺流程示意图及主要反应如下：
(1)工业上用石英砂和过量焦炭在电弧炉中高温加热生成粗硅的化学方程式为 ；当有1 mol C 参
与反应时，该反应转移的电子数是 。
(2)还原炉中发生的化学反应方程式为： 。
(3)上述工艺生产中循环使用的物质除
外，还有 。
(4)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为 。
(5)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是 。
A．自然界中存在天然游离的硅单质
B．玻璃、水泥、陶瓷都是传统的硅酸盐产品
C．
既能和NaOH 溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物
D．硅元素在金属与非金属的分界线处，因此具有弱导电性，一般可用于作为半导体材料
E．已知C 与Si 的最高正价都是正四价，由于
，用类比法得知，
【答案】(1)
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(2)
(3)HCl
(4)
(5)BD
【解析】（1）用石英砂和过量焦炭高温加热生成粗硅的化学方程式为:
，
，当有
参与反应时，该反应转移的电子数是
；
（2）还原炉中发生反应：
。
（3）流化床反应器中发生反应：
，还原炉中发生反应：
，
所以上述工艺生产中循环使用的物质除
外，还有HCl。
（4）氢氟酸来雕刻玻璃，氢氟酸和
反应,化学方程式为：
。
（5）A．自然界中不存在天然游离的硅单质，硅是以二氧化硅和硅酸盐存在于自然界中，A 错误；
B．玻璃、水泥、陶瓷是三大传统的硅酸盐产品，B 正确；
C．
中四氟化硅不是盐，则该反应不能体现二氧化硅为碱性氧化物，
能和
NaOH(等碱)溶液反应生成硅酸钠(等盐)溶液和水，故属于酸性氧化物， C 错误；
D．在周期表中，硅元素在金属与非金属的分界线处，是优良的半导体材料，D 正确；
E．
不溶于水，也不与水反应， E 错误；
故选BD。
15．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：
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(1)能与 X 发生化学反应的酸是 ；在实验室中该酸保存在 。
(2)由 Mg2Z 生成 Y 的化学反应方程式为 ，Y 分子的电子式为 。
(3)晶体 Z 和 X 中熔点相对较高的是 (填写化学式)。
【答案】(1) 氢氟酸 塑料瓶
(2) Mg2Si+ 4HCl===2MgCl2+ SiH4↑；。
(3)SiO2
【分析】解析根据题意， 单质Z 为半导体，则Z 是Si 元素，其氧化物为二氧化硅，所以X 为SiO2，SiO2
可与 氢氟酸反应，根据流程图可知，二氧化硅与Mg 反应生成Mg2Si， Mg2Si 与 盐酸反应生成的Y 为氢
化物，分子结构与甲烷相似，则Y 的分子式是SiH4，加热分解可得到Si 单质。
【解析】（1）根据上述分析可知：X 为SiO2，SiO2可与 氢氟酸反应，在实验室中氢氟酸保存在塑料瓶中，
故答案：氢氟酸；塑料瓶。
（2）根据上述分析可知：Mg2Si 与盐酸反应生成的硅化氢和氯化镁，其反应的化学反应方程式为Mg2Si+
4HCl===2MgCl2+ SiH4↑。根据分析可知Y 的分子式是SiH4，其电子式为
。故答案：Mg2Si+
4HCl===2MgCl2+ SiH4↑；
。
（3）根据上述分析可知：Z 是Si 元素，X 为SiO2，晶体Si 和SiO2都为共价晶体，但Si-Si 比Si-O 键能小，
所以 SiO2熔点相对较高，故答案：SiO2。
16．“撞击说”是导致恐龙灭绝的可能原因。在一个6500 万年前形成的沉积物薄层中发现了含量丰富的
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，这可能是由于小行星对地球的撞击的结果，同时，被撞击出的坑表面还发现有超石英(
)的存在。
请回答下列问题：
(1)Ir 在元素周期表中位于 ，价层电子排布式是 。
(2)
有多种结构，常温下最稳定的是低温石英，低温石英和超石英的晶胞如图所示：
图a．低温石英
所有大球在面上，所有小球在体内(
)
图b．超石英
立方体(
，
)
图c．Si 与O 原子的能量与核间距的关系
Si
①
的最高能级符号是 ，低温石英晶体中，Si 的杂化轨道类型是 。
②超石英晶体中，Si 的紧邻O 原子个数是 个。
③结合密度计算说明，被撞击出的坑表面有超石英存在的原因是： 。(已知
)
④超石英也会出现在地壳深处，可通过火山喷发被携带到地表，但人们在火山活动等高温地区的地表层尚
未发现过超石英，而撞击坑表面却至今还存在超石英。请解释火山活动地区未发现超石英的原因：
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。
(3)工业上用焦炭在高温下还原
可制备粗硅，其化学方程式为 ，某同学认为该反应能
用来比较C 和Si 的非金属性强弱，你是否同意？说明理由： 。
【答案】(1) 第六周期Ⅷ族
(2) 3p
6 超石英密度为
，低温石英密度为
，低
温石英密度较小，可在高压下(被撞击时)转变为密度较大的超石英 超石英由于原子间距离过近，室温
下不稳定，在高温下转变为低温石英的速率较快，因此火山喷发携带出的超石英在高温下会转变为低温石
英，导致至今未发现过超石英
(3)
不同意，该反应只能说明在该条件下C 的还原性大于Si 的，而无法
说明C 的氧化性大于Si 的，因此无法用来比较C 和Si 的非金属性强弱
【解析】（1）Ir 的质子数为77，即原子序数为77，推出Ir 位于周期表第六周期Ⅷ族；价层电子数包括最
外层电子和次外层的d 能级，即价层电子排布式为5d76s2；故答案为第六周期Ⅷ族；5d76s2；
（2）①Si 的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，最高级能级符号为3p；根据原子半径大小，蓝球为硅原子，
红球为氧原子，低温石英晶体中，Si 的杂化轨类型为sp3；故答案为3p；sp3；
②根据超石英晶体的晶胞图可知，体心的硅原子与6 个氧原子相连，因此Si 的紧邻O 原子个数为6；故答
案为6；
③低温石英晶胞中，硅原子位于面上，个数为
=3，氧原子位于体内，个数为6，化学式为SiO2，低温
石英质量为
g，其体积为(5×10-8)2×sin60°×5×10-8cm3，密度为
g/cm3，同理超石英的
密度为
g/cm3，低温石英密度较小，可在高压下(被撞击时)转变为密度较大的超石英；故答
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案为超石英的密度为
g/cm3，低温石英密度为
g/cm3，低温石英密度较小，
可在高压下(被撞击时)转变为密度较大的超石英；
④根据超石英和低温石英所给数据，超石英由于原子间距离过近，室温下不稳定，在高温下转变为低温石
英的速率较快，因此火山喷发携带出的超石英在高温下会转变为低温石英，导致至今未发现过超石英；故
答案为超石英由于原子间距离过近，室温下不稳定，在高温下转变为低温石英的速率较快，因此火山喷发
携带出的超石英在高温下会转变为低温石英，导致至今未发现过超石英；
（3）焦炭还原二氧化硅的化学方程式为2C+SiO2
2CO+Si，C 的化合价升高，C 为还原剂，Si 的化合
价降低，二氧化硅为氧化剂，因此该反应不能判断两者的非金属性强弱；故答案为2C+SiO2
2CO+Si；
不同意，该反应只能说明在该条件下C 的还原性大于Si 的，而无法说明C 的氧化性大于Si 的，因此无法
用来比较C 和Si 的非金属性强弱。
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