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第15 讲 碳族元素及其化合物（原卷板）
知识主线：CH4
C
CO
CO2，SiH4
Si
SiO2(H2SiO3)
一、硅及其化合物
(一)硅
1．硅元素的存在
硅在地壳中的含量仅次于氧，为26.3%。硅是一种亲氧元素，在自然界仅以化合态
的形式存在，主要以硅酸盐(如：地壳中的大多数矿物)和氧化物(如：水晶、玛瑙)的
形式存在
2．硅的物理性质
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔、沸点很
高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
3．化学性质
硅的原子结构示意图为
，最外层有4 个电子，反应中既不容易得到电子，
也不容易失去电子
(1)常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF(氢氟酸)、强碱(如NaOH)溶液反应
①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4
②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
③与NaOH 溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
(2)加热和高温时，能与O2、Cl2、C 等反应
①与O2反应：Si＋O2
SiO2
②与Cl2反应：Si＋2Cl2
SiCl4
③与C 反应：Si＋C=====SiC
4．单质硅的制备——硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取
单质硅
(1)单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段
①用碳还原二氧化硅制备粗硅
SiO2＋2C=====Si(粗)＋2CO↑
②将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还
原制备纯硅
Si(粗)＋2Cl2
SiCl4，SiCl4＋
2H2=====Si(纯)＋4HCl
【注意】
①粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO 而不是CO2
1
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②粗硅中含碳等杂质，与氯气反应生成的SiCl4中也含有CCl4等杂质，经过分馏提纯
SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度的硅
(2)工业制备高纯硅的原理
工业制备高纯硅的原理示意图
涉及的主要化学反应
SiO
①
2＋2C=====Si＋2CO↑
Si
②
＋3HCl=====SiHCl3＋H2
SiHCl
③
3＋H2=====Si＋3HCl
5．硅主要的用途
高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算
机、通信设备和家用电器等的芯片，以及太阳能光伏电站、人造卫星和电动汽车等
的硅太阳能电池；单质硅常用作半导体材料和合金材料
【注意】
(1)硅单质的特性
①非金属单质一般不与非氧化性酸作用，但Si 却能与氢氟酸作用：Si＋4HF===SiF4↑
＋2H2↑
②非金属单质一般不导电，但Si 为半导体，有一定的导电能力
Si
③
的还原性大于C，但C 却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。
④非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si 与碱液反应放出H2：Si＋2NaOH＋
H2O===Na2SiO3＋2H2↑
(2)硅与NaOH 溶液的反应本质
在硅与NaOH 溶液的反应中，还原剂是硅，氧化剂是水，该反应可理解为分两步进
行。首先，硅与水反应生成H2SiO3 和H2：Si＋3H2O===H2SiO3＋2H2↑；然后，
H2SiO3与NaOH 反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。当标电子转移的方向和
数目时，应表示为：
(二)二氧化硅(SiO2)
1．存在：SiO2广泛存在于自然界中，SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、
玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅
2．物理性质：SiO2不溶于水，熔点高，硬度大
3．结构
SiO2晶体的基本结构单元是硅氧四面体，每个Si 原子周围结合4 个
O 原子，每个O 原子与2 个Si 原子相结合，许多以Si 为中心，O
在4 个顶点的四面体通过顶点的O 相连接而组成立体网状结构的晶
体
①二氧化硅晶体是共价晶体，是由硅原子和氧原子构成的
②二氧化硅晶体中硅原子和氧原于的个数比为1:2
③二氧化硅晶体中Si 原子与Si—O 键的比为1:4，即1mol SiO2晶体
中约含4NA个Si—O 共价键
4．化学性质
(1)具有酸性氧化物的通性：SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，难溶于于水
SiO
①
2与NaOH 溶液反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
SiO
②
2与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO=====CaSiO3
(2)SiO2的弱氧化性：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑
(3)SiO2能与氢氟酸(HF)反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (用氢氟酸刻蚀玻璃)
【注意】
①盛装NaOH、Na2CO3等碱性溶液的玻璃试剂瓶应用橡皮塞或软木塞，而不能用磨
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口玻璃塞，盛装硅酸钠溶液的试剂瓶也不能用玻璃塞(硅酸钠是一种矿物胶，粘性
大)
②氢氟酸可较快腐蚀玻璃，可用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶保存氢氟酸而应用
塑料瓶
③石英坩埚不能熔融氢氧化钠等碱性固体
5．二氧化硅的用途
①沙子是基本的建筑材料 ②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原
料，可以制作光导纤维
③石英和玛瑙制作饰物和工艺品 ④实验室中使用石英坩埚
⑤SiO2
用于制备硅
⑥SiO2
用于制造各种玻璃制品
(三)硅酸(H2SiO3) 原硅酸(H4SiO4)
1．物理性质：硅酸是白色胶状沉淀
2．化学性质
(1)弱酸性：不溶于水[唯一不溶于水的酸]的二元弱酸(酸性比碳酸的酸性弱)，硅酸不能
使紫色石蕊溶液变红色
(2)不稳定性：H2SiO3
SiO2＋H2O
(3)与碱溶液反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O
3．用途
硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成透明的、胶冻状的硅酸凝
胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附
水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品的干燥剂，也可以用作催化剂的
载体
4．硅酸的制备——实验室常用可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸
实验过程
在试管中加入3~5mL Na2SiO3溶液(饱和Na2SiO3溶液按1:2 或1:3 的体积比用水稀释)，
滴入1~2 滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并
接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象
实验操作
实验现象
溶液变为红色
溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀物生成
实验结论
Na2SiO3溶液呈碱性
硅酸为不溶于水的白色固体
化学方程式
Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3(胶体)＋2NaCl
【注意】
①SiO2不溶于水，如何由SiO2制取H2SiO3?
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
②设计一个实验比较硅酸和碳酸的酸性强弱？
实验过程
向Na2SiO3溶液中通入CO2气体
实验装置图
实验现象
有白色胶状沉淀物生成
实验结论
硅酸的酸性比碳酸弱
化学方程式
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋Na2CO3
③含硅化合物的特殊性
a．SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3
b．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2 能跟HF 作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋
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2H2O
c．无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水
d．因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：
Na2SiO3 ＋CO2 ＋H2O===H2SiO3↓ ＋Na2CO3 ，但在高温下SiO2 ＋
Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑也能发生
④不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材
料、计算机芯片的是晶体硅
⑤熟悉几种常见饰品的主要成分：水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主
要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3
二、碳及其重要化合物
1．碳单质
(1)存在形式：自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，碳单质主要有金刚石、石
墨、无定形碳、足球烯(C60)，它们互为同素异形体
(2)金刚石、石墨、足球烯(C60)空间结构及物理性质
金刚石
石墨
C60
空间结构
碳原子的排列
方式
正四面体空间网状结构
层状结构，每层为正六边形的
平面网状结构
“足球”形分子，由
12 个正五边形和20 个
正六边形排列而成
物理性质
熔点高，硬度大，不导电
熔点高，硬度小、电的良导体
不导电
用途
制造切割刀具
制造电极、铅笔芯
新型高效的催化剂，
气体的贮存
【注意】
①碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似
②同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应
(2)主要化学性质——还原性
①可燃性：2C＋O2(不足)=====2CO、C＋O2(足量)=====CO2
②与氧化物反应
C＋2CuO
△
2Cu＋CO2↑
2C＋SiO2=====Si＋2CO↑
C＋H2O(g)=====H2＋CO (制取水煤气)
③与强氧化性酸反应
C＋2H2SO4(浓)
△
CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
C＋4HNO3(浓)
△
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
2．碳酸的正盐和酸式盐的比较
正盐(CO)
酸式盐(HCO)
溶解性
只有钾、钠、铵盐可溶
一般都可溶
溶解度
一般而言，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度
Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度Na2CO3>NaHCO3
热稳定性
正盐>酸式盐>碳酸
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溶液pH
同浓度：正盐>酸式盐
相互转化
CO3
HCO3
2-
-
j
k
CO2+H2O;
H+
OH—
3．碳的氧化物(CO、CO2)的比较
CO
CO2
物理性质
无色无味气体密度比空气小难溶
于水
无色无味气体密度比空气大可溶于水(溶解度
小)
毒性
有毒(易结合血红蛋白)
无毒(温室效应)
化
学
性
质
还原性
可燃性、还原氧化铁
无(灭火)
氧化性
—
①与炽热炭反应
Mg
②
在CO2中燃烧
与水反应
—
CO2＋H2O
H2CO3
化
学
性
质
与碱反应
(澄清石灰水)
—
Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O(检验CO2)
相互转化
j
k
CO2
CO
C D
，
O2;
CuO
用途
用作燃料、冶炼金属
灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等
4．CO2和SiO2的比较
物质
比较项目
二氧化硅(SiO2)
二氧化碳(CO2)
结构
立体网状结构，不存在单个分子
存在单个CO2分子
物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固
体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
与水反应
不反应
CO2＋H2O
H2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2(少量)＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2(过量)＋NaOH===NaHCO3
与盐反应
与Na2CO3反应：
SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑
与Na2SiO3反应：
Na2SiO3＋H2O＋CO2(少量)===H2SiO3↓＋Na2CO3
Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3
与碱性氧
化物反应
与
CaO
反
应
：
SiO2
＋
CaO=====CaSiO3
与Na2O 反应：Na2O＋CO2===Na2CO3
氧化性
2C＋SiO2=====Si＋2CO↑
CO2＋C=====2CO
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
5．H2CO3与H2SiO3性质的比较
物质
比较项目
H2CO3
H2SiO3
酸性
均为弱酸，且酸性：H2CO3＞H2SiO3
水溶性
能溶于水
难溶于水
稳定性
不稳定，常温下易分解生成CO2和H2O
受热易分解生成SiO2和H2O
制备
CO2＋H2O
H2CO3
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)
转化关系
Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)
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Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3(胶体)＋2NaHCO3
三、无机非金属材料
1．无机非金属材料
(1)元素组成：无机非金属材料一般含有硅、氧元素
(2)特点：具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能
(3)物质组成：传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如：制作餐具的陶瓷、窗户上
的玻璃、建筑用的水泥
2．硅酸盐
(1)概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分
(2)性质：硅酸盐性质稳定，熔点较高，多数难溶于水
(3)硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si 和O 构成了硅氧四面体，Si 在中心，O 在四面体的
4 个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O 相互连接。其结构示意图为
(4)表示方法：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
表示顺序是：活泼金属氧化物¿ 较活泼金属氧化物¿ 二氧化硅¿ 水，但化学式前面的
系数不能为分数
例如：硅酸钠 Na2SiO3
表示：Na2O·SiO2 镁橄榄石 Mg2SiO4
表
示：2MgO·SiO2
高岭石 Al2Si2O5(OH)4 表示：Al2O3·2SiO2·2H2O 正长石
KAlSi3O8
表
示：K2O·Al2O3·6SiO2
钾云母(KH2Al3Si3O12) 表示：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
3．最简单的硅酸盐——Na2SiO3
(1)俗名：泡花碱，水溶液俗称水玻璃
(2)物理性质：白色固体，可溶于水
(3)化学性质
①与酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)
②与CO2反应：Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)
Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3(胶体)＋2NaHCO3
(4)用途：①制硅酸；②黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂
4．传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料
硅酸盐产品
水泥
玻璃
陶瓷
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
——
主要原料
石灰石和粘土
纯碱、石灰石、石英(过量)
黏土
反应原理
复杂的物理
化学变化
Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑
CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑
复杂的物理
化学变化
主要成分
3CaO·SiO2、
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
Na2O·CaO·6SiO2
——
特性
水硬性(跟水掺和搅拌
后容易凝固变硬)
非晶体，无固定熔点，在一定范围内
软化可制成各种形状
抗氧化、抗酸碱腐
蚀、耐高温、绝缘
5．新型陶瓷
(1)新型陶瓷的特点：新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、
电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
(2)新型陶瓷的种类与用途
①碳化硅(SiC)：俗称金刚砂，碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的
结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还耐高温，可用作耐高温结
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构材料、耐高温半导体材料等
②高温结构陶瓷：高温结构陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温
下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优良性能。与金属材料相比，更能
适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
③压电陶瓷：压电陶瓷主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化。
可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
④透明陶瓷：透明陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙
等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好。可用于高压钠
灯、激光器和高温探测器等
⑤超导陶瓷：超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交
通、医疗等领域
6．碳纳米材料：碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料
(1)类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等
(2)用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景
常见的碳纳米材料
结构特点
应用
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼形
分子的总称
代表物C60开启碳纳米材料研究和应用
的新时代
碳纳米
管
由石墨片层卷成的管状物，
具有纳米尺度的直径
用于生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯
只有一个碳原子直径厚度的
单层石墨
应用于光电器件、超级电容器、电池
和复合材料等
例1．化学与生产、生活、科技密切相关。下列说法错误的是
A．用于生产黏合剂和防火剂的硅酸钠溶液属于混合物
B．“墨子号”卫星成功发射，实现了光纤量子通信，生产光纤的主要原料是二氧
化硅
C．我国科学家研制的能导电、能储存能量的二维材料二硫化钼是一种新型有机功
能材料
D．电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是电化学保护法的牺牲阳极法
例2．“挖掘文物价值，讲好江西故事”。下列文物的主要成分不同于其他三种的是
A．双面神人青铜面具
B．元代青花带盖瓷梅瓶
C．元代“阳平治都功印”铭玉印
D．屈蹲羽人活环玉佩饰
例3．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
例4．制造大飞机是一项重要的国家大项目。下列与飞机制造有关的说法正确的是
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A．制造飞机用的金属材料都是合金，合金的熔点比成分金属高，硬度大
B．飞机壳用铝合金而不用不锈钢是因为铝合金耐腐蚀性强
C．油管用硅橡胶比普通橡胶耐腐蚀
D．航空玻璃是由无机硅酸盐玻璃与有机透明材料复合而成的，硅酸盐玻璃、水玻
璃、石英玻璃、有机玻璃都含有相同成分
例5．下列实验操作正确且能达到实验且的的是
A．钠的燃烧反应
B．验证Ksp(Ag2SO4)>Ksp(Ag2S)
C．制备NaHCO3
D．制备溴苯并验证其反应类型
例6．中国建亚洲最大太阳能发电站、神舟十三号顺利往返及三次“天宫授课”、上
海官宣实现14 纳米先进工艺量产及5G 芯片等突破，均展示了我国科技发展的巨大成
就。下列相关叙述正确的是
A．太阳能电池板材料是二氧化硅
B．飞船返回舱表层材料中的玻璃纤维属于天然有机高分子
C．“泡腾片实验”中，柠檬酸与小苏打反应时，有电子转移
D．制造5G 芯片的氮化镓不属于合金材料
例7．下列生产活动中，没有运用相应化学原理的是
选
项
生产活动
化学原理
A
用金刚砂做砂轮切割钢板
金刚砂的熔点高
B
用海水制取溴和镁单质
可被氧化、
可被还原
C
用氢氟酸蚀刻玻璃制作艺术品
氢氟酸与
反应
D
用聚乳酸制作手术缝合线
聚乳酸可自行降解
A．A
B．B
C．C
D．D
例8．电子级氢氟酸是微电子行业的关键性基础化工材料之一，主要用于集成电路(IC)
和超大规模集成电路(VLSI)制造中，用于晶圆表面清洗、芯片加工过程中的清洗和蚀
刻等工序。由萤石粉(主要成分为CaF2，含有少量SiO2和微量As2O3等)制备工艺如下，
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下列说法不正确的是
A．“精馏1”设备使用的材料可选用金但不能选用陶瓷
B．“酸浸”时生成HF 的化学方程式：CaF2+H2SO4(浓)=CaSO4+2HF↑
C．HF 的热稳定性比HCl 弱
D．“氧化”时将AsF3氧化为AsF5，便于精馏分离
例9．从日常生活到科技前沿，化学无处不在。下列说法正确的是
A．量子通信材料螺旋碳纳米管TEM 与石墨烯互为同位素
B．封装疫苗的硼硅玻璃瓶中含有的Na2O·B2O3·SiO2是一种复杂的氧化物
C．“祝融号”火星车利用正十一烷储能，正十一烷属于不饱和烃
D．“福建”舰飞行甲板所用的特种钢材属于合金材料
例10．锌是一种浅灰色的过渡金属。在现代工业中，是电池制造上不可替代且相当重
要的金属，以菱锌矿(主要成分为
、ZnO，含有少量
和
)制备锌单质
的流程如图所示：
下列说法错误的是
A．
的空间构型为正四面体形
B．滤渣的主要成分为
和
C．“沉淀”步骤中，消耗
的物质的量与消耗
的物质的量之比为
D．“热还原”过程发生了置换反应
1．A、B、C、D 均为中学化学常见的纯净物，A 是单质。它们之间有如图反应关系：
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(1)若B 是气态氢化物，C、D 是氧化物且会造成光化学烟雾污染。写出反应③的化学
方程式： 。
(2)若A 是太阳能电池用的光伏材料。C、D 为钠盐，两种物质中除钠、氧外的元素位
于同一主族，且溶液均显碱性。写出反应②的化学方程式： 。
(3)若D 物质具有两性，反应②③均要用强碱溶液，反应④是通入过量的一种引起温室
效应的主要气体。写出反应④的离子方程式： 。
(4)若A 是应用最广泛的金属。反应④用到A，反应②⑤均用到同一种非金属单质。写
出反应④的离子方程式： 。
2．化学是一门实用性很强的科学。根据题意，请按照要求填空：
(1)钠有多种化合物，其中俗称“小苏打”的是 (填化学式)。
(2)铝制餐具不宜长时间存放酸性、碱性食物，但常温下铝制容器可以盛装 (填
“浓硫酸”或“浓盐酸”)。
(3)铁有多种氧化物，其中可用做颜料、油漆的是 (填“化学式)。钢铁表面容易
发生电化学腐蚀，为保护地下钢管不受腐蚀，可使它与直流电源的电极相连，该保护
方法叫 。
(4)我国5G 通信技术处于世界领先地位，高速通信离不开光导纤维。用于制造光导纤
维的基本原料是 (填化学式)
(5)在汽车排气管上安装催化转化装置，可使尾气中的NO 和CO 反应转化为无污染的
物质。请完成一定条件该反应的化学方程式 。
(6)配制CuCl2溶液时，需要加入适量盐酸，其原因是 (结合化学用语说明)，向
CuCl2溶液中通入一定量的SO2，微热，一段时间后可得得CuCl 白色沉淀。离子方程
式为 。
3．根据地球化学分析，地壳中存在量较大的9 种元素含量如图所示，含量第一、第三、
第四的三种元素用字母代号表示。
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回答下列问题：
（1）X 的名称为 ，Z 的元素符号为 。
（2）Y 元素的单质与Z3X4反应的化学方程式为 ，23.2 g Z3X4完全反应时，
转移的电子数目为 。（用NA代表阿伏加德罗常数的值）
（3）Y 的氧化物既能与酸反应，也能与碱反应，属于 氧化物（填“酸性”
“两性”或“碱性”，下同）；硅的氧化物既能与氢氟酸反应，也能与NaOH 反应，
属于 氧化物。
（4）由粗硅制备硅烷（SiH4）的基本流程如下图所示：
已知：反应Ⅰ的化学方程式为Si+3HCl=SiHCl3+A，反应Ⅱ的化学方程式为
SiHCl3+B=Si+3HCl。（均已配平）
A
①
的化学式与B 的化学式 （填“相同”或“不同”）。
②流程中的4 个反应有 个属于氧化还原反应。
③反应Ⅳ中生成的SiH4、NH3两种气体在常温常压下体积比为 。
4．“珠宝玉石”中的“玉”成分比较复杂，某“玉”的成分为
CaO·2MgO·Fe2O3·nSiO2。
（1）Si 原子的最外层的电子排布式为 ；SiO2与NaOH 溶液加热条件下反应的
化学方程式为 。
（2）O 原子核最外层有 种不同能量的电子。CaO 的熔点与MgO 的熔点相差不大，
但CaO 却不能做耐火材料，其原因是 。
（3）Mg 原子比Si 原子的半径 （填“大”、“小”）；原因是 。
（4）从哪些方面可以判断Ca 和Mg 的金属性强弱 。
A 利用Ca 与Mg 在周期表中的位置
B MgCl2溶液中滴加澄清石灰水，产生Mg（OH）2白色沉淀
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C Ca（OH）2的碱性比Mg（OH）2强
D CaSO4溶解度比MgSO4的溶解度小
5．地球化学中，通常用热重分析研究矿物在受热时的质量变化以确定其组成。取66.6
mg 由高岭石［Al4Si4O10(OH)8］和方解石(CaCO3)组成的矿物，加热到673K～1123K 区
间内分解为氧化物，样品总失重13.8 mg。高岭石受热分解反应方程式：Al4Si4O10(OH)8
→2Al2O3+4SiO2+4H2O
(1)硅原子核外电子排布在 个不同的电子层中，核外最外层电子分布在 个不同
的轨道中。
(2)硅与铝同周期且相邻，化学性质有相似性，写出Si 与NaOH 溶液反应的化学方程式
。
(3)高岭石是长石的一种，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钙长石化学式
CaAl2Si2O8可推知钠长石的化学式为 。
(4)此矿物中高岭石的质量分数为 。
a. 44% b. 56% c. 77.5% d. 80%
(5)若对高岭土进行煅烧活化，然后利用盐酸进行分解，对于分解出的氯化铝溶液及二
氧化硅再分别加入碱溶液进行去杂提纯，最后得到的氯化铝溶液可制备氧化铝。写出
由氯化铝溶液得到纯净氧化铝的化学反应方程式(要求最节约)：
。
(6)用焦炭与石英砂(SiO2)混合高温，产生粗硅，现由两种方法将粗硅提纯：
第一种方法：Si+2Cl2
SiCl4 SiCl4+2H2
Si+4HCl
第二种方法：Si+3HCl
SiHCl3 SiHCl3+H2
Si+3HCl。
工业上常用第二种方法来提纯单晶硅，其原因是 。
6．硅是重要的半导体材料，构成现代电子工业的基础。硅及其化合物在工业中应用广
泛，在国防和航天工业中亦有许多用途。
（1）硅原子中最外层电子排布式为 ，该层电子的电子云有 种不同的伸展方向。
（2）温石棉矿是一种硅酸盐类矿物，化学式写作氧化物形式为6MgO•4SiO2•4H2O，其
中原子半径最大的元素在周期表中的位置是 。SiO2存在与金刚石结构类似的晶体，
其中硅氧原子之间以 相结合。
a．离子键 b．极性键 c．非极性键 d．范德华力
（3）甲硅烷(SiH4)是一种无色的液体，遇到空气能爆炸性自燃，生成二氧化硅固体和
水。在室温下，10gSiH4自燃放出热量446kJ，请写出其燃烧的热化学方程式： ；
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（4）SiH4的热稳定性不如CH4，其原因是 。
工业上硅铁可以用于冶镁。以煅白(CaO•MgO)为原料与硅铁（含硅75%的硅铁合金）
混合，置于密闭设备中于1200℃发生反应：2(CaO•MgO)(s)+Si(s)
Ca2SiO4(l)
+2Mg(g)
（5）常温下镁的还原性强于硅。上述方法能够获得镁的原因是： 。
（6）若上述反应在容积为aL 的密闭容器中发生，一定能说明反应已达平衡的是
（选填编号）。
a．反应物不再转化为生成物
b．炉内Ca2SiO4与CaO•MgO 的质量比保持不变
c．反应放出的总热量不再改变
d．单位时间内，n(CaO•MgO)消耗：n(Ca2SiO4)生成=2：1
若bg 煅白经tmin 反应后转化率达70%，该时段内Mg 的生成速率是 。
7．元素单质及其化合物有广泛用途，请根据周期表中第三周期元素相关知识回答下列
问题：
（1）按原子序数递增的顺序(稀有气体除外)，以下说法正确的是 。
a．原子半径和离子半径均减小 b．金属性减弱，非金属性增强
c．氧化物对应的水化物碱性减弱，酸性增强 d．单质的熔点降低
（2）原子最外层电子数与次外层电子数相同的元素名称为 ，氧化性最弱的简单阳
离子是 。
（3）已知：
化合物
MgO
Al2O3
MgCl2
AlCl3
类型
离子化合
物
离子化合物
离子化合物
共价化合物
熔点/℃
2800
2050
714
191
工业制镁时，电解MgCl2而不电解MgO 的原因是 ；制铝时，电解Al2O3而不电解
AlCl3的原因是 。
（4）晶体硅(熔点1410℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下：Si(粗)
SiCl4
SiCl4(纯)
Si(纯)
写出SiCl4的电子式： ；在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12kg 纯硅需
吸收akJ 热量，写出该反应的热化学方程式： 。
（5）P2O5是非氧化性干燥剂，下列气体不能用浓硫酸干燥，可用P2O5干燥的是 。
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a．NH3 b．HI c．SO2 d．CO2
（6）KClO3可用于实验室制O2，若不加催化剂，400℃时分解只生成两种盐，其中一
种是无氧酸盐，另一种盐的阴阳离子个数比为1 1∶。写出该反应的化学方程式： 。
8．硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
回答下列问题：
（1）1810 年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。
这种“金属”可能是 。
（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有
。
（3）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：
发生的主要反应
电弧炉
SiO2+2C
Si+2CO↑
流化床反应
器
Si+3HCl
+SiHCl3+H2
还原炉
SiHCl3+H2
Si+3HCl
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为
；碳化硅又称 ，其晶体结构与 相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl 等，有关
物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2355
57.6
31.8
8.2
-30.4
-84.9
-111.9
SiHCl
③
3极易水解，其完全水解的产物为 。
（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是 。
9．下图所示为常见气体制备、分离、干爆和性质验证的部分仪器装置(加热设备及夹
持固定装置均略去)，请根据要求完成下列各题(仪器装置可任意选用，必要时可重复选
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择，a、b 为活塞)。
(1)若气体入口通入CO 和CO2的混合气体，E 内放置CuO，选择装置获得纯净干燥的
CO，并验证其还原性及氧化产物，所选装置的连接顺序为 (填代号)。能验证
CO 氧化产物的现象是 。
(2)停止CO 和CO2混合气体的通入，E 内放置Na2O2，按A→E→D→B→H 装置顺序制
取纯净干燥的O2，并用O2氧化乙醇。此时，活塞a 应 ，活塞b 应 。需
要加热的仪器装置有 (填代号)，m 中反应的化学方程式为 。
(3)若气体入口改通空气，分液漏斗内改改加浓氨水，圆地烧瓶内改加 NaOH 固体，E
内装有铂铹合金网，按A→G→E→D 装置程序制取干燥氧气，并验证氨的某些性质。
①装置A 中能产生氨气的原因有： 。
②实验中观察到E 内有红棕色气体现出，证明氨气具有 性。
10．天宫二号空间实验室已于2016 年9 月15 日22 时04 分在酒泉卫星发射中心发射
成功。请回答下列问题：
（1）耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。石英玻璃的成分是
（填化学式），该物质的类别属于 （填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”) ，
实验室中不能用玻璃塞试剂瓶盛放KOH 溶液，原因是 （用离子方程
式表示）
（2）“碳纤维复合材料制品”应用于“天宫二号”的推进系统。碳纤维复合材料具有
重量轻、可设计强度高的特点。碳纤维复合材料由碳纤维和合成树脂组成，其中合成
树脂是高分子化合物，则制备合成树脂的反应类型是 。
（3）太阳能电池帆板是“天宫二号”空间运行的动力源泉，其性能直接影响到“天宫
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二号”的运行寿命和可靠性。
① 天宫二号使用的光伏太阳能电池，该电池的核心材料是 ，其能量转化方式为
。
② 下图是一种全天候太阳能电池的工作原理：
太阳照射时的总反应为V3++ VO2++ H2O=V2++VO2
++2H+，则负极反应式为 ；
夜间时，电池正极为 （填“a”或“b”）。
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