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备战2024 年高考化学【一轮·夯基提能】复习精讲精练
第24 讲 碳、硅及其化合物、无机非金属材料
本讲复习目标
1．掌握C、Si 单质及其重要化合物的制备方法、性质和用途。
2．掌握无机非金属材料的组成、性能及用途。
夯基·知识精讲
一．碳及其重要化合物
碳族元素：碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA 族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为ns2np2。
碳原子的最外电子层有4 个电子，原子结构示意图为
，其原子既不易失去电子，也不易得到
电子，主要形成四价的化合物。
碳是构成有机物的主要元素，在自然界中碳元素既有游离态，又有化合态。
1．碳单质
（1）存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。
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用途：金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯。
（2）主要化学性质——还原性
可燃性
2C＋O2(不足)=====2CO、C＋O2(足量)=====CO2
与氧化物反应
CO2：C＋CO2=====2CO
CuO：2CuO＋C
2Cu＋CO2↑(冶炼金属)；
SiO2：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑(制取粗硅)；
H2O：C＋H2O(g)=====CO＋H2(制取水煤气)
与强氧化性酸反应
浓H2SO4：C＋2H2SO4(浓)
CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；
浓HNO3：C＋4HNO3(浓)
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
2．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（蓝色火焰）、还原氧化
铁
无(灭火)
氧化性
—
①与炽热炭反应：
C＋CO2=====2CO
Mg
②
在CO2中燃烧：
2Mg＋CO2=====2MgO＋C
与水反应
—
CO2＋H2O
H2CO3
与碱反应(澄
清石灰水)
—
Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
(检验CO2)
用途
用作燃料、冶炼金属
灭火、制汽水、植物肥料、化工
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原料等
【拓展】检验CO2中是否存在CO 的装置及作用
各装置的作用是：
A——除去混合气体中的CO2
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——干燥气体
D——CO 还原CuO：CO＋CuO
Cu＋CO2
E——安全瓶，防倒吸
F——验证CO 的氧化产物CO2
G——除去尾气中的CO，防止污染环境
确定混合气体中含有CO 的实验现象是：
D 中的物质由黑色变成光亮的红色，B 中无明显现象，F 中的澄清石灰水变浑浊。
3．碳酸(H2CO3)
弱酸、不稳定，碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O 当碳酸
用。
4．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；
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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
溶液pH
同温度、同浓度：正盐>酸式盐
相互转化
COHCO
碳酸的酸式盐加适量强碱或固体加热就生成碳酸的正盐；向碳酸的正盐的水溶
液通入CO2可转化成酸式盐。
【例题1】如图是某元素常见物质的“价一类”二维图，f 为钠盐。下列说法不正确的是（ ）
A．物质a 既可被氧化，也可被还原
B．可存在a→b→d→e→f 的转化关系
C．可通过灼热的氧化铜除去d 中混有的少量c
D．向足量f 溶液中加入少量稀盐酸，一定没有CO2产生
【答案】D
【详解】结合图示可知，a 为CH4、b 为C、c 为CO、d 为CO2、e 为H2CO3，f 为CO
或HCO 。
A．a 为CH4，碳元素化合价可升高，氢元素化合价可降低，物质a 既可被氧化，也可被还原，故A 正确；
B． 可存在a→b→d→e→f 的转化关系：甲烷高温分解生成碳，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳溶于水生
成碳酸，与适量的碱生成盐，故B 正确；
C． CO 能被灼热的氧化铜氧化生成二氧化碳，可通过灼热的氧化铜除去d 中混有的少量c，故C 正确；
D． f 可能为正盐或酸式盐，向足量f 溶液中加入少量稀盐酸，正盐转化成酸式盐，可能没有CO2产生，
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酸式盐和盐酸，一定有二氧化碳产生，故D 错误；
故选D。
【例题2】海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球气候变化的关键控制环节。下图为海洋
中碳循环的简单原理图。下列说法错误的是（ ）
A．海洋碳循环过程中能将太阳能转化为化学能
B．钙化释放CO2的离子方程式：2HCO +Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O
C．影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等
D．光合作用，每生成0.1mol(CH2O)x转移电子数为4NA(NA表示阿伏伽德罗常数)
【答案】D
【详解】如图CO2在弱碱性条件下转化成Na2CO3、NaHCO3，遇氯化钙发生2HCO
+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O，生成CaCO3沉淀钙化同时释放CO2，再经光合作用，形成有机物参与海洋碳循
环。
A． CO2经光合作用形成有机物参与海洋碳循环，过程中能将太阳能转化为化学能，故A 正确；
B． 钙化生成CaCO3沉淀同时，释放CO2的离子方程式：2HCO +Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O，故B 正确；
C． 温度高或酸性条件下，二氧化碳在水中溶解度小，影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水
温、藻类生物的分布等，故C 正确；
D． 光合作用，碳由+4 价降为0 价，每生成0.1mol(CH2O)x转移电子数为0.4xNA(NA表示阿伏伽德罗常
数)，故D 错误；
故选D。
【例题3】通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品(如图所示)，是一种较为理想的减
排方式，下列说法中正确的是( )
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A．CO2经催化分解为C、CO、O2的反应为放热反应
B．除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法
C．过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理相同
D．由CO2和H2合成甲醇，原子利用率达100%
【答案】B
【解析】该反应应为吸热反应，A 错误；碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，因此除去
Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法，B 正确；过氧化尿素使品红溶液褪色是利用它的强氧化
性，而二氧化硫使品红溶液褪色是利用它与品红化合生成不稳定的无色物质，原理不相同，C 错误；由碳
氧原子个数比可知，二氧化碳与氢气合成甲醇的原子利用率不是100%，D 错误。
【例题4】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其
结构模型如图所示：
下列有关说法正确的是（ ）
A．石墨烯是一种新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素异形体
D．氧化石墨烯具有一定的亲水性
【答案】D
【解析】石墨烯是碳的单质，A 错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素
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异形体，B、C 错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D
正确。
【例题5】在20 世纪90 年代末，科学家发现碳有新的单质形态C60 存在。后来人们又相继得到了C70、
C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。21 世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰
富了碳元素单质的家族。下列有关碳元素单质的说法错误的是（ ）
A．金刚石和石墨的熔点肯定比C60高
B．熔点：C60＜C70＜C90
C．球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都不能与O2发生反应
D．金刚石以非分子形式的粒子存在，属于共价晶体；C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子以分子形式的
粒子存在，属于分子晶体；这些碳单质互为同素异形体
【答案】C
【解析】金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，因此金刚石和石墨的熔点肯定比
C60高，故A 正确；分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，因此熔点：C60＜C70＜C90，故B 正确。
二．硅及其化合物
硅元素在自然界中主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。
（1）单质硅
①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。
②硅与强碱溶液生成氢气(特征反应)：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
③硅的工业制法：
制备粗硅：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。
当碳过量时，继续反应生成SiC：3C＋SiO2(少量)=====SiC＋2CO↑(SiC 的结构和性能与金刚石相似，
属于共价晶体)。
粗硅的提纯：
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Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl
（2）SiO2的性质
①晶体类型：共价晶体。
②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
③高温下，Na2CO3与SiO2反应制玻璃：
Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑、
CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑。
④与氢氟酸反应(特殊)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
（3）硅酸
①硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。
②硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3
SiO2＋H2O。
③硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH 溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
④硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。
⑤实验室制法：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
（4）硅酸钠(Na2SiO3)
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它能与酸性较硅酸强的酸反应，如与CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
（5）硅酸盐的组成
硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，例如：
硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2、长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。硅酸钠的水溶液俗称水玻璃。
①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔
开。
②各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。
如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
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【例题1】不能说明碳的非金属性比硅强的是（ ）
A．同浓度溶液碱性： Na2SiO3＞Na2CO3
B．键的极性： C-H＞Si-H
C．高温下C 和SiO2反应生成Si 和CO
D．SiC 中Si 是+4 价，C 是-4 价
【答案】C
【详解】
A．同浓度溶液碱性：Na2SiO3＞Na2CO3，则酸性H2SiO3＜H2CO3，从而表明非金属性碳比硅强，A 不符合
题意；
B．键的极性：C-H＞Si-H，且共用电子对偏离于H，所以C 的非金属性比Si 强，B 不符合题意；
C．高温下C 和SiO2反应生成Si 和CO，只能表明高温下C 的还原性比Si 强，不能表明碳的非金属性比硅
强，C 符合题意；
D．SiC 中，由于Si 的非金属性比C 弱，所以Si 显正价，C 显负价，再据原子的最外层电子数，可确定Si
是+4 价，C 是-4 价，D 不符合题意；
故选C。
【例题2】化学与人类生活密切相关，下列说法正确的是（ ）
A．单质Si 用于制作光导纤维和光电池
B．常温下，浓硫酸可以用铁槽车运输
C．SO2的漂白没有涉及到化学变化
D．日常生产生活中钢铁的腐蚀主要原因是化学腐蚀
【答案】B
【详解】
A．
制取光导纤维，硅单质是半导体材料，用于制作光电池，故A 错误；
B．浓硫酸可以使铁钝化，所以可以用铁槽车运输，故B 正确；
C．
的漂白是因为它与某些有机色素结合成无色不稳定物质，涉及到化学变化，故C 错误；
D．日常生产生活中钢铁的腐蚀以电化学为主，故D 错误。
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故选B。
【例题3】“液态阳光”由中国科学院液态阳光研究组命名，指的是利用太阳能、风能等可再生能源分解
水制氢，再将空气中的CO2加氢制成CH3OH 等液体燃料。该过程零污染、零排放，并且可形成循环，是
迄今为止人类制备CH3OH 最清洁环保的方式之一，下列说法错误的是（ ）
A．即使使用高效催化剂，改变反应历程，CO2和H2O 合成CH3OH 和O2也为吸热反应
B．SiO2的熔点比CO2的高，原因是SiO2的分子间作用力更大
C．CO2是直线形分子
D．甲醇的沸点介于水和甲硫醇( CH3SH)之间
【答案】B
【详解】
A．改变反应历程不能改变反应的焓变，所以加入催化剂，CO2和H2O 合成CH3OH 和O2也为吸热反应，A
选项正确；
B．SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体，两者晶体类型不同，SiO2的熔点比CO2的高，B 选项错误；
C．CO2的结构式为C=O=C，为直线形分子，C 选项正确；
D．甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，而水和甲醇均能形
成分子间氢键，但分子数目相等时含有的氢键数目水比甲醇多，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间，D
选项正确；
答案选B。
【例题4】科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：
容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)
SiHCl3(l)＋H2(g)；
容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2=====Si(纯)＋3HCl。
下列说法不正确的是( )
A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B．①和②互为可逆反应
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C．该流程中需要隔绝空气
D．粗硅制备不能通过SiO2――→SiCl4――→Si 实现
【答案】B
【解析】A 项，反应②中生成的HCl 在反应①中循环利用，反应①中生成的H2在反应②中循环利用，正
确；B 项，反应①与反应②的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C 项，高温条件下，Si、SiHCl3、H2
都与O2反应，故需隔绝空气，正确；D 项，SiO2不与HCl 反应，不能通过上述途径制硅，正确。
【例题5】晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：
①粗硅与干燥的HCl 气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCl=====SiHCl3＋H2；
②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。
回答相关问题：
(1)粗硅与HCl 气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5 ℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和
HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方法为_______________________。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：
①在加热D 装置前应先打开A 装置中分液漏斗的活塞，目的是_________________。
C
②
装置中烧瓶需要加热，采用的方法是______________。
【答案】(1)蒸馏 (2)①排出装置内的空气，以防爆炸 ②水浴加热
三．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。
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
①水泥
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普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，
发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。
混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
②玻璃
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3 和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混
合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学
仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。
③陶瓷
陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。
④特殊功能的含硅物质
(1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。
(2)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。
（2）新型无机非金属材料
①以硅为主体的硅芯片、硅太阳能电池。
②以二氧化硅为主体的光导纤维。
③新型陶瓷：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。
高温结构陶瓷(碳化硅、氮化硅)；压电陶瓷(钛酸盐和锆酸盐)；透明陶瓷(氧化铝、氧化钇、氮化铝、
氟化钙)；超导陶瓷等。
材料类型
主要特性
示例
用途
高温结构
陶瓷
耐高温、抗氧化、耐磨
蚀
碳化硅、氮化硅与某些
金属氧化物等烧结而成
火箭发动机的尾管及
燃烧室、汽车发动
机、高温电极材料等
压电陶瓷
实现机械能与电能的相
互转化
钛酸盐、锆酸盐
滤波器、扬声器、声
纳探伤器、点火器等
透明陶瓷
优异的光学性能，耐高
温，绝缘性好
氧化铝、氧化钇、氮化
铝、氟化钙
高压钠灯、激光器、
高温探测窗等
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超导陶瓷
在某一临界温度下电阻
为零
可用于电力、交通、
医疗等领域
④碳纳米材料：一类新型的无机非金属材料，包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医
药等领域有广阔的应用前景。
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开启了碳纳米材料研究和
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
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
和复合材料等方面
（3）常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料
无机非金属材料
金属材料
复合材料
传统无机非金属材料和新型
无机非金属材料(高温结构陶
瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、
光导纤维、富勒烯、碳纳米
管、石墨烯)
黑色金属材料(钢铁)；有色
金属材料(金、银、铜及其合
金)
生产生活中的复合材料(玻璃
钢：玻璃纤维增强树脂基复
合材料、碳纤维：碳纤维增
强树脂基复合材料)；航空航
天中的复合材料(飞机、火
箭：纤维增强金属基复合材
料；航天飞机：纤维增强陶
瓷基复合材料)
【例题1】“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘了我国古代精美的青
瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是（ ）
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
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【答案】C
【解析】陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A 项错误；制普通硅酸盐水泥的原料是黏土和石灰石，B 项
错误；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D 项错误。
【例题2】石膏、水泥和石灰是传统的无机胶凝材料中的三大支柱。如图是石膏的部分层状结构，中间的
虚线代表层与层的分界线。下列说法错误的是（ ）(已知：
：H2O、
：Ca2+、
：硫氧四面体)
A．无水CaSO4可以用作干燥剂
B．每个H2O 连接在1 个Ca2+和相邻两层各1 个SO
的O 上
C．加热石膏，可以破坏层与层之间的氢键，只发生物理变化
D．工业制备水泥以黏土、石灰石为主要原料，辅料石膏可以调节水泥的硬化速度
【答案】C
【详解】
A．硫酸钙可以吸收游离水生成结晶水合物石膏，可以做干燥剂，A 项正确；
B．已知：
：H2O、
：Ca2+、
：硫氧四面体(即硫酸根离子，四面体中每个顶点均代表一个O 原
子)，由图可知每个H2O 连接在1 个Ca2+和相邻两层各1 个SO
的O 上，B 项正确；
C．加热石膏可失去结晶水，存在化学变化，C 项错误；
D．石膏可调节水泥硬化速度，故工业制备水泥以黏土、石灰石为主要原料，辅料石膏可以调节水泥的硬
化速度，D 项正确；
答案选C。
【例题3】
是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是（ ）
A．可发生反应：
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B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与
，反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为
【答案】D
【详解】将Ca3SiO5改写为氧化物形式后的化学式为：3CaO·SiO2，性质也可与Na2SiO3相比较，据此解
答。
A.Ca3SiO5与NH4Cl 反应的方程式为：Ca3SiO5+4NH4Cl
CaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O，A 正确；
B.CaO 能与水反应，所以需要密封保存，B 正确；
C.亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入到Ca3SiO5溶液时，发生反应：3SO2+H2O+ Ca3SiO5=3
CaSO3+H2SiO3，C 正确；
D.盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与Ca3SiO5反应时，发生反应：6HCl+ Ca3SiO5=3CaCl2+H2SiO3+2H2O，D 不
正确；
故选D。
【例题4】青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46 种化学品之一，其化学式为
Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是（ ）
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol 青石棉能还原1 mol HNO3
【答案】B
【解析】硅酸盐指的是Si、O 与其他化学元素结合而成的化合物的总称，根据青石棉的化学式可知，青石
棉是一种硅酸盐产品，故A 说法正确；硅酸盐中不含有SiO2，因此青石棉中不含石英晶体，故B 说法错
误；按照硅酸盐写成氧化物形式，青石棉的化学式组成用氧化物的形式可表示为
Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，故C 说法正确；根据C 选项分析，青石棉中含有＋2 价的铁，与硝酸发生氧
化还原反应，根据得失电子数目守恒可知，1 mol 青石棉能还原1 mol HNO3，故D 说法正确。
【例题5】硅是构成矿物和岩石的主要成分，单质硅及其化合物具有广泛的用途。某些硅酸盐具有筛选分
子的功能，一种硅酸盐的组成为：M2O·R2O3·2SiO2·nH2O，已知元素M、R 均位于元素周期表的第3 周期。
两元素原子的质子数之和为24。
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(1)该硅酸盐中同周期元素原子半径由大到小的顺序为______________；
(2)常温下，不能与R 单质发生反应的是_______(选填序号)；
A．CuCl2溶液
B．Fe2O3 C．浓硫酸 D．Na2CO3溶液
(3)写出M、R 两种元素的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式______________。
(4)氮化硅(Si3N4)陶瓷材料硬度大、熔点高。Si3N4晶体中只有极性共价键，则氮原子的化合价为_______。
(5)C3N4的结构与Si3N4相似。请比较二者熔点高低并说明理由：______________。
(6)可由下列反应制得Si3N4，配平该反应并标出电子转移的数目和方向：_______。
_______SiO2+_______C+_______N2
_______Si3N4+_______CO
(7)如果上述反应在10L 的密闭容器中进行，一段时间后测得气体密度增加了2.8g/L，则制得的Si3N4质量
为_______。
【答案】
(1)r(Na)＞r(Al)＞r(Si)
(2)BD
(3)OH－＋Al(OH)3＝
＋2H2O
(4)-3
(5)C3N4熔点比Si3N4熔点高，原因为两者都是原子晶体，碳原子半径比硅原子半径小，键长短，键能大，
因此C3N4熔点比Si3N4熔点高
(6)
(7)35g
【解析】M、R 均位于元素周期表的第3 周期，M 为+1 价、R 为+3 价；两元素原子的质子数之和为24，M
是Na、R 是Al，该硅酸盐的化学式为Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O。
(1)该硅酸盐中同周期元素是Na、Al、Si，根据同周期原子半径逐渐减小，则原子半径由大到小的顺序为
r(Na)＞r(Al)＞r(Si)；
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(2)常温下，铝与氯化铜溶液反应生成氯化铝和铜单质；常温下，铝与氧化铁常温不反应；铝常温下与浓硫
酸发生钝化反应；铝常温下与碳酸钠不反应，因此不能与R 单质发生反应的是BD；
(3)M、R 两种元素的最高价氧化物对应的水化物分别为氢氧化钠和氢氧化铝，两者反应的离子方程式OH
－＋Al(OH)3＝AlO ＋2H2O；
(4)Si3N4晶体中只有极性共价键，氮非金属性比硅强，硅为+4 价，根据化合物为电中性，则氮原子的化合
价为−3；
(5)C3N4的结构与Si3N4相似，说明两者都是原子晶体，碳原子半径比硅原子半径小，键长短，键能大，则
C3N4熔点比Si3N4熔点高；
(6)碳化合价由0 价变为+2 价，氮化合价由0 价变为−3 价，根据得失电子守恒，碳系数配6，Si3N4系数配
1，根据硅和氮守恒配SiO2系数为3，N2系数为2，再根据碳守恒配CO 系数为6，则反应方程式为
3SiO2+6C+2N2
Si3N4+6CO，电子转移为
；
(7)根据反应方程式3SiO2+6C+2N2
Si3N4+6CO，生成1mol Si3N4的同时生成6molCO2，气体质量增加
6×28-2×28=112g，如果上述反应在10L 的密闭容器中进行，一段时间后测得气体密度增加了2.8g/L，气体
质量增加了28g，则制得的Si3N4的物质的量为0.25mol，质量为
。
提能·课后精练
1．（2023·全国·高三专题练习）湖北钟祥出土的“四爱图梅瓶”是一种青花瓷器。下列说法错误的是
A．陶瓷烧制的过程为物理变化
B．传统陶瓷可用作绝缘材料
C．制作陶瓷的原料为铝硅酸盐
D．陶瓷稳定性较强且耐腐蚀
【答案】A
【详解】
A．陶瓷烧制的过程涉及燃烧及瓷器中新物质的生成，为化学变化，A 项错误；
B．传统陶瓷不导电，可用作绝缘材料，B 项正确；
C．制作陶瓷的原料为铝硅酸盐，C 项正确；
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D．陶瓷为无机非金属材料，稳定性较强且耐腐蚀，D 项正确；
故选A。
2．（2023·辽宁·高三统考专题练习）工业上制备下列物质的生产流程不合理的是
A．由石英砂制高纯硅：
B．由黄铁矿制硫酸：
C．工业制硝酸：
D．以废铜屑制硝酸铜：
【答案】D
【详解】
A．由石英砂制高纯硅的流程为石英砂与焦炭在高温条件下反应制得粗硅，粗硅与氯化氢在加热条件下反
应制得三氯硅烷，三氯硅烷高温条件下与氢气反应制得纯硅，则题给生产流程合理，故A 不符合题意；
B．由黄铁矿制硫酸的流程为黄铁矿煅烧制得二氧化硫，二氧化硫发生催化氧化反应转化为三氧化硫，三
氧化硫用98%的浓硫酸吸收制得硫酸，则题给生产流程合理，故B 不符合题意；
C．工业制硝酸的流程为一定条件下氮气与氢气反应制得氨气，氨气加热条件下发生催化氧化反应转化为
一氧化氮，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮溶于水制得硝酸，则题给生产流程合理，故C 不
符合题意；
D．以废铜屑制硝酸铜，铜和浓硫酸反应生成硫酸铜的同时还生成SO2，污染环境，则题给生产流程不合
理，故D 符合题意；
故选D。
3．（2023 春·天津和平·高三天津一中校考阶段练习）近年来我国航天技术迅猛发展，天宫、问天、神舟、
天问等体现了中国科技的强大，下列说法错误的是
A．中国空间站的“问天”实验舱采用了砷化镓太阳电池片，砷化镓具有良好的导电性
B．“天宫”空间站的太阳电池翼采用碳纤维框架和玻璃纤维网，二者均为无机非金属材料
C．神舟十四号顺利发射、“天宫课堂”在中国空间站开讲，在太空失重状态下，“水油分离实验”
中，分液静置不可实现水和油的分离
D．负责执行中国第一次火星探测任务的“天问一号”火星车，使用的热控保温材料纳米气凝胶可产
生丁达尔效应
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【答案】A
【详解】
A．砷化镓具有良好的半导体性能，可以用于制太阳电池片，故A 项错误；
B．碳纤维框架为碳单质材料、玻璃纤维为硅酸盐材料，二者均为无机非金属材料，故B 项正确；
C．在太空失重状态下，“水油分离实验”中，油水不分层，故分液静置不可实现水和油的分离，故C 项
正确；
D．光束通过胶体时，光线能够发生散射作用而产生丁达尔效应，热控保温材料纳米气凝胶可产生丁达尔
效应，故D 项正确；
故选A。
4．（2023·山东聊城·统考三模）化学与生产、生活密切相关，下列说法错误的是
A．北斗导航系统芯片的主要成分为Si
B．
溶液用于除去乙炔中的
，是因为
难溶
C．
既可用于自来水的消毒杀菌又可除去水中的悬浮杂质
D．废旧电池必须回收处理，防止造成汞、镉及铅等重金属污染
【答案】C
【详解】
A．Si 是良好的半导体材料，可用于制造芯片，故A 正确；
B．
溶液能和
反应生成
沉淀，因此可用于除去乙炔中的
，故B 正确；
C．
具有强氧化性，能消毒杀菌，但不能除去水中的悬浮杂质，故C 错误；
D．电池中含有汞、镉及铅等重金属元素，因此废旧电池必须回收处理，防止造成汞、镉及铅等重金属污
染，故D 正确；
答案选C。
5．（2023·江西鹰潭·统考二模）化学无处不在，下列说法错误的是
A．某专业足球由20 片纹理聚氨酯(PU)热粘合而成，聚氨酯(PU)是有机高分子材料
B．聚合硫酸铁[Fe2(OH)x(SO4)y]n是一种新型絮凝剂，可净水但不起到杀菌作用
C．TCL 公司的
12CMiniLED 智屏由3840 颗微米级芯片组成，芯片的主要成分为晶体硅
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D．硅胶、熟石灰、加工后具有吸水性的植物纤维等均可用作食品干燥剂
【答案】D
【详解】
A．某专业足球由20 片纹理聚氨酯(PU)热粘合而成，聚氨酯(PU)是有机高分子材料，A 正确；
B．聚合硫酸铁[Fe2(OH)x(SO4)y]n中含有Fe3+，Fe3+水解可生成Fe(OH)3胶体，可净水但不起到杀菌作用，B
正确；
C．芯片的主要成分为晶体硅，C 正确；
D．熟石灰无吸水性，不可用作食品干燥剂，D 错误；
故选D。
6．（2023·浙江·高三统考专题练习）南海一号博物馆，又称广东海上丝绸之路博物馆，位于广东阳江市海
陵岛试验开发区的“十里银滩”上，其建筑特色鲜明，设计创意独特，紧扣海的主题，体现了海洋文化与
南方建筑风格的柔美组合。下列相关说法正确的是
A．展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2
B．墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品
C．陈列的元青花瓷的原料有高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示为Al2O3·SiO2·H2O
D．展示的青铜器上有一层绿色物质，此绿色物质可能是碱式碳酸铜，它不溶于盐酸
【答案】B
【详解】
A．钢化玻璃与普通玻璃的成分相同(只是制造的工艺不同)，主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A 错
误；
B．砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B 正确；
C．高岭土[Al2Si2O5(OH)4]应该表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，C 错误；
D．铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜、二氧化碳和水而溶解，D 错误。
故选B。
7．（2023·全国·高三专题练习）下列实验操作、现象和结论均正确的是
选项
实验操作
现象
结论
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A
分别加热
和
固体
试管内壁都有水珠
两种物质均受热
分解
B
向盛铝片的试管中倒入NaOH 溶液
开始无明显现象
铝与NaOH 不反
应
C
用干净的铂丝蘸取某溶液，在酒精
灯外焰上灼烧
观察到火焰呈黄色
一定不含K 元
素
D
向含酚酞的
溶液中滴加足量
稀盐酸
溶液由红色变为无色，同时产生白色胶
状物质
酸性：盐酸>硅
酸
A．A
B．B
C．C
D．D
【答案】D
【详解】
A．
较稳定，受热不易分解，加热碳酸钠试管内有水珠，是因为试管内空气中含水蒸气所致，A 错
误；
B．铝常温下会被氧气氧化为致密的氧化物薄膜，向盛铝片的试管中倒入NaOH 溶液开始无明显现象，是
因为氧化铝先与氢氧化钠反应所致，B 错误；
C．用干净的铂丝蘸取某溶液，在酒精灯外焰上灼烧，观察到火焰呈黄色，只能说明该溶液中含钠元素，
不能说明是否含钾元素，C 错误；
D．硅酸钠与盐酸反应生成硅酸胶状沉淀和氯化钠，可用强酸制备弱酸的原理解释，D 正确；
故选D。
8．（2022 春·湖南株洲·高三醴陵市第一中学校考期中）中国传统文化博大精深。下列常见古诗文对应化学
知识错误的是
选项
古诗文
化学知识
A
《本草纲目》“冬月灶所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣”
“碱”是指NaOH
B
《本草经集注》鉴别硝石(KNO3)和朴硝(Na2SO4)：“以火烧之，紫
青烟起，云是真硝石也。”
鉴别硝石和朴硝利用了焰色
反应
C
《梦溪笔谈》中对宝剑的记载：“古人以剂钢为刃，柔铁为茎干，
剂钢为铁的合金，其硬度比
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不尔则多断折。”
纯铁的大
D
《周礼》记载“煤饼烧蛎房成灰”(蛎房即牡蛎壳)，并把这种灰称为
“蜃”
“蜃”的主要成分为CaO
A．A
B．B
C．C
D．D
【答案】A
【详解】
A．《本草纲目》“冬月灶所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣”， 该“碱”是指Na2CO3，A 错
误；
B．硝石(KNO3)中含有钾元素，K 元素焰色试验显紫色(透过蓝色Co 玻璃观察)，朴硝(Na2SO4)是钠盐，Na
元素焰色试验显黄色，二者焰色试验现象不同，可以鉴别，B 正确；
C．《梦溪笔谈》中对宝剑的记载：“古人以剂钢为刃，柔铁为茎干，不尔则多断折。” 剂钢为铁的合
金，铁合金的硬度比其成分金属纯铁的要大很多，C 正确；
D．《周礼》记载“煤饼烧蛎房成灰”(蛎房即牡蛎壳)，牡蛎壳主要成分是CaCO3，CaCO3高温煅烧，发生
分解反应产生CaO、CO2，并把这种灰称为“蜃”，D 正确；
故合理选项是A。
9．（2023·广东汕头·统考三模）物质的性质决定其用途。下列生产活动与化学原理均正确且有关联的是
选
项
生产活动
化学原理
A
石英坩埚可用于加热
固体
熔点高
B
可作食品干燥剂
具有强吸水性
C
可用于抗酸药物
受热易分解
D
钠的化合物可用于制作烟花
钠元素焰色实验显黄色
A．A
B．B
C．C
D．D
【答案】D
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【详解】
A．石英坩埚加热
固体时能与
反应生成硅酸盐，故A 错误；
B．P2O5与水反应生成有毒的偏磷酸(HPO3)，故不能用作食品干燥剂，故B 错误；
C．碳酸氢钠与盐酸反应，消耗盐酸，所以可以用于治疗胃酸过多，与其受热分解的性质无关，故C 错
误；
D．钠元素焰色实验显黄色，钠的化合物可用于制作烟花，故D 正确；
故选D。
10．（2023·全国·高三专题练习）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
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．大多数硅酸盐材料硬度高与硅氧四面体结构有关
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
【答案】D
【详解】
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
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，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1 3∶；另一种，硅原子个数为1，O 原
子个数为
，个数比为1 2.5
∶
，所以双链状硅酸盐中硅氧原子数之比为2 5.5
∶
，故D 错误；
故选D。
11．（2022 秋·广东东莞·高三校联考期中）中华文化源远流长、博大精深。下列文物主要是由硅酸盐类材
料构成的是
文物
河北省博物馆中的长信宫灯
西周玉鹿
明代象牙雕寿星
战国青瓷罐
选项
A
B
C
D
A．A
B．B
C．C
D．D
【答案】D
【详解】
A．河北省博物馆中的长信宫灯为金属材料，A 错误；
B．玉不属于硅酸盐材料，B 错误；
C．象牙属于蛋白质，C 错误；
D．陶瓷属于硅酸盐材料，D 正确；
故选D。
12．（2023·江苏盐城·统考三模）周期表中VIIA 元素及其化合物应用广泛。氢氟酸可用作雕刻玻璃；卤化
银具有感光性(
的电离平衡常数分别为：
、
；HClO 的电离平衡常数
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为：
)。下列物质性质与用途具有对应关系的是
A．氢氟酸具有酸性，可用于雕刻玻璃
B．
受热可分解，可用作食盐碘添加剂
C．碘化银具有感光性，可用于人工降雨
D．
有强氧化性，可用作水体杀菌消毒剂
【答案】D
【详解】
A．氢氟酸能用于雕刻玻璃的原因是氢氟酸具有强腐蚀性，与氢氟酸呈酸性无关，故A 不符合题意；
B．
中含有I 元素，所以可用作食盐碘添加剂，与
受热分解无关，故B 不符合题意；
C．碘化银用于人工降雨的原理是碘化银受热后就会在空气中形成极多极细的碘化银粒子，在人工降雨
中，用作冰核形成剂可以跟云层中的水蒸气起催化作用，故C 不符合题意；
D．
有强氧化性，可用作水体杀菌消毒剂，故D 符合题意；
故选D。
13．（2023·全国·高三专题练习）氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2和少
量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含少量Fe、Cu 的单质及化合物)：
下列叙述不正确的是
A．“还原”步骤中焦炭主要被氧化为CO
B．“高温氮化”反应的化学方程式为3Si+2N2
Si3N4
C．“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉
D．“稀酸Y”可选用稀硝酸或稀硫酸
【答案】D
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【详解】
用石英砂（粗硅中含少量Fe、Cu 的单质及化合物）和原料气（含N2和少量O2）制备Si3N4的操作流程，
石英砂为SiO2，SiO2与焦炭在高温下发生反应SiO2+2C
Si+2CO↑，粗硅与氮气反应生成Si3N4，再用稀
酸Y 进行酸洗，除去铁、铜，得到纯净的产物。
A．根据分析，焦炭与石英砂发生反应SiO2+2C
Si+2CO↑，焦炭被氧化成CO，A 正确；
B．“高温氮化”是Si 与N2化合生成Si3N4，化学方程式为3Si+2N2
Si3N4，B 正确；
C．原料气中含有N2和少量的O2，氧气能与Cu 反应生成CuO，N2不与Cu 反应，操作X 可将原料气通过
灼热的铜粉得到纯净氮气， C 正确；
D．粗硅中含有少量Fe 和Cu，即Si3N4中含有少量Fe 和Cu，Fe、Cu 与稀硝酸反应，得到可溶于水的
Fe(NO3)3和Cu(NO3)2，稀硝酸可以除去Si3N4中Fe 和Cu，由于Cu 不溶于稀硫酸，故不能用稀硫酸，D 错
误；
故选D。
14．（2023·湖北·校联考模拟预测）利用硫钨矿(主要成分是CaWO4，还含有FeS、SiO2等)制取Na2WO4和
单质硅的工艺生产流程如图。已知：常温下，Ksp(CaWO4)=1.0×10-8，Ksp(CaCO3)=1.0×10-9。
下列说法正确的是
A．焙烧时发生反应的方程式为4FeS+7O2
2Fe2O3+4SO2
B．滤渣的主要成分是Si 和CaCO3
C．“溶浸”时，可以用烧碱溶液代替纯碱溶液
D．若滤渣中含有CaWO4，则滤液中c(
)=10c(
)
【答案】D
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【详解】
硫钨矿(主要成分是CaWO4，还含有FeS、SiO2等)中通入空气煅烧，生成SO2，同时生成Fe3O4；磁选除
铁，获得磁铁；将固体加入纯碱中溶浸，然后进行过滤，SiO2与纯碱不反应，CaWO4与纯碱反应生成碳酸
钙和Na2WO4，所得滤渣为碳酸钙与二氧化硅的混合物；将所得滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、
干燥，便可获得Na2WO4。
A．题中信息显示，焙烧时发生反应生成Fe3O4，反应方程式为3FeS+5O2
Fe3O4+3SO2，A 不正确；
B．由分析可知，滤渣的主要成分是SiO2和CaCO3，B 不正确；
C．因为SiO2能溶于烧碱，所以“溶浸”时，不能用烧碱溶液代替纯碱溶液，C 不正确；
D．若滤渣中含有CaWO4，则滤液中
=
=10，从而得出c(
)=10c(
)，D 正确；
故选D。
15．（2023·全国·高三专题练习）如图是某元素常见物质的“价一类”二维图，f 为钠盐。下列说法不正确
的是
A．物质a 既可被氧化，也可被还原
B．可存在a→b→d→e→f 的转化关系
C．可通过灼热的氧化铜除去d 中混有的少量c
D．向足量f 溶液中加入少量稀盐酸，一定没有CO2产生
【答案】D
【详解】
结合图示可知，a 为CH4、b 为C、c 为CO、d 为CO2、e 为H2CO3，f 为CO
或HCO 。
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A．a 为CH4，碳元素化合价可升高，氢元素化合价可降低，物质a 既可被氧化，也可被还原，故A 正确；
B． 可存在a→b→d→e→f 的转化关系：甲烷高温分解生成碳，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳溶于水生
成碳酸，与适量的碱生成盐，故B 正确；
C． CO 能被灼热的氧化铜氧化生成二氧化碳，可通过灼热的氧化铜除去d 中混有的少量c，故C 正确；
D． f 可能为正盐或酸式盐，向足量f 溶液中加入少量稀盐酸，正盐转化成酸式盐，可能没有CO2产生，
酸式盐和盐酸，一定有二氧化碳产生，故D 错误；
故选D。
16．（2023·全国·高三专题练习）工业利用闪锌矿(主要成分
，还含有
、
、石英及
、
等杂质)富氧酸浸提取锌，同时实现环保除铁的工艺流程如下：
已知：①酸性条件下，亚铜离子易发生歧化反应；
②
易形成胶体。
回答下列问题：
(1)“浸出”过程原理如图1a 所示，
“浸出”的总反应的化学方程式为 。对比人造闪锌矿
浸出原理(如图1b 所示)，可知“浸出”过程中
的作用为 。
(2)“滤渣1”主要成分为 。
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(3)“加热加压氧化”发生反应的离子方程式为 。
(4)“电积”时，
、
会腐蚀电极板，需提前除净。
①“脱氯”时，脱氯率随时间变化如图2，约
后脱氯率减小的原因可能为 。
②“脱氟时，先按物质的量之比
加入
脱氟，充分反应后，
[已知
，且不考虑
沉淀]；后加入石灰石，目的为 。
(5)写出“电积”生成锌的电极反应式 。
【答案】
(1)
催化剂
(2)
、
(3)
(4)空气中的氧气将
氧化为
，
重新进入溶液；
发生歧化反应，
重新进入溶液
防止形成氟化钙胶体，提高氟的沉降率
(5)
【详解】
本题是一道工业流程题，由闪锌矿粉制备单质锌，首先用硫酸溶解原料，再用空气将酸浸后溶液中的二价
铁氧化为赤铁矿除去，随后调节pH，加入铜脱氯，再用单质锌置换后，再用石灰乳脱氟，最后电解即可，
以此解题。
（1）“浸出”时闪锌矿中硫化锌和硫酸反应生成硫酸锌，同时其中的硫离子被氧气氧化为单质硫，方程
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式为：
；由图可知，反应开始时加入
在反应过程中又产生
，故
属于催化剂；
（2）闪锌矿中二氧化硫不能溶解，同时由第一问可知，浸出时会产生单质硫，故“滤渣1”主要成分为：
、
；
（3）根据流程可知，“加热加压氧化”时溶液中的二价铁被空气中的氧气氧化为赤铁矿，方程式为：
；
（4）①根据分析可知，通过生成CuCl 来达到脱氯的目的，但是随着时间的延长，空气中氧气可以将+1 价
铜氧化为+2 价铜，再结合信息可知，酸性条件下，亚铜离子易发生歧化反应，重新生成氯离子，故约
后脱氯率减小的原因可能为：空气中的氧气将
氧化为
，
重新进入溶液；
发生歧化反应，
重新进入溶液；
②充分反应后达到沉淀溶解平衡，由于
，并且
，可得
，解得
；根据题给信息可知，
易形成胶体，则加入石灰石目
的为防止形成氟化钙胶体，提高氟的沉降率；
（5）脱氟时加入石灰乳，此时溶液显碱性，锌元素以
种形式存在，电积时，
在阴极得
到电子生成单质锌，电极反应式为：
。
17．（2023·全国·高三专题练习）生产芯片的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，应用比较广泛的是硅。硅
可由石英砂(主要成分是二氧化硅)制得，制备高纯硅的主要工艺流程如图所示：
资料：①
能与
剧烈反应，在空气中易自燃；②粗
(沸点33.0℃)中含有少量
(沸点
57.6℃)和
(沸点
℃)
(1)流程①焦炭体现了 (填“氧化性”或“还原性”)。
(2)流程③提纯
的方法是 。
(3)流程④的化学反应为置换反应，写出其化学方程式： 。
流程④制备高纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：
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(4)若要从下列玻璃仪器中选择部分来组装A 处的气体发生装置，需要的是 (填编号)：
a.分液漏斗 b.烧瓶 c.酒精灯 d.大试管 e.漏斗 f.烧杯 g.导管
(5)装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是 。
(6)为保证制备高纯硅实验的成功，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 ，
该流程中能够循环利用的物质是 。
(7)神舟十二号全面使用国产芯片，其中制作芯片的刻蚀液为硝酸与氢氟酸的混合溶液，其工艺涉及的反应
为Si+HNO3+6HF=H2SiF6+HNO3+H2↑+H2O，下列说法正确的是_______。
A．H2SiF6中Si 元素的化合价为+6
B．该反应中还原产物为HNO2、H2
C．该反应中，生成2.24LH2时，被氧化的Si 为0.1mol
D．芯片刻蚀液可用稀硝酸代替
【答案】
(1)还原性
(2)蒸馏
(3)SiHCl3+H2
Si+3HCl
(4)abg
(5)使进入烧瓶的液态SiHCl3变为气体
(6)防止生成的Si 被氧化，防止H2与O2混合加热发生爆炸 HCl
(7)B
【详解】
石英砂中主要成分为SiO2，与碳在高温下反应生成粗硅，2C+SiO2
Si+2CO↑，粗硅与HCl 在300℃以
上反应生成粗SiHCl3，粗SiHCl3中含有少量的SiCl4，根据二者沸点的不同，可以采取蒸馏的方法分离，纯
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SiHCl3在1084℃的条件下与H2反应生成纯Si，SiHCl3+H2
Si+3HCl，据此回答。
（1）根据分析，流程①的反应为2C+SiO2
Si+2CO↑，C 的化合价升高，是还原剂，体现还原性；
（2）根据分析，流程③提纯SiHCl3的操作是蒸馏；
（3）根据分析，流程④的化学反应为SiHCl3+H2
Si+3HCl；
（4）气体发生装置用于制备H2，属于固液不加热制气体的装置，因此需要烧瓶、分液漏斗、导管，故选
abg；
（5）进入烧瓶的SiHCl3为液体，需要变为气体进入D 装置中发生反应，因此加热的目的是使进入烧瓶的
液态SiHCl3变为气体；
（6）生成的Si 可能被氧化，且反应中需要易燃的H2，因此需将装置中的空气排出，防止生成的Si 被氧
化，同时防止H2与O2混合加热发生爆炸；HCl 是流程④的生成物，又是流程②的反应物，因此可以循
环；
（7）H2SiF6中Si 元素的化合价为+4，A 错误；该反应中氮元素由+5 价降到+3 价，氢元素由+1 价降到0
价，即还原产物为HNO2、H2，B 正确；未指明状态是否为标况，无法进行计算物质的量，C 错误；芯片主
要成分硅不能与稀硝酸反应，故芯片刻蚀液不能用稀硝酸代替，D 错误；综上选B。
18．（2023·全国·高三专题练习）组成芯片的核心物质是高纯度硅。如图是以石英砂为原料同时制备硅和
金属锂的工艺流程。(石英砂主要含SiO2、锂的碳酸盐和少量的Fe2O3、Al2O3)
已知：LiCl 的熔点是605℃、沸点是1350℃；NH4Cl 在100℃开始显著挥发，337.8℃分解完全。常温下，
Ksp[Fe(OH)3]=2.64×10-39，Ksp[Al(OH)3]=1×10-33。
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(1)粗硅中常含有副产物SiC，请写出反应①中生成SiC 的反应方程式： 。
(2)整个制硅过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水能发生剧烈反应，写出该反应的化学方程式：
。
(3)试剂X 是 ；请写出操作名称：a. ；b. 。
(4)本生产工艺要求常温下要控制LiCl 和NH4Cl 溶液中的杂质离子浓度不大于1.0×10-6mol•L-1，应控制溶液
的pH 最小为 ，此时溶液中Fe3+的浓度为 。
(5)我国科学家在新型二维半导体芯片材料——硒氧化铋的研究中取得突破性进展。硒氧化铋的晶胞结构如
图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞参数为a pm，a pm，b pm。
①该晶胞沿z 轴方向的投影图为 (填标号)。
A．
B．
C．
D．
②该晶体中，每个
周围紧邻的
共有 个。
③该晶体的密度为
(列出计算式，
为阿伏加德罗常数的值)。
【答案】
(1)SiO2+3C
SiC+2CO↑
(2)3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl
(3)氨水 过滤 加热
(4)5 2.64×10-12mol/L
(5)B 4
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【详解】
石英砂加入盐酸酸浸过滤得到二氧化硅和滤液，二氧化硅和碳高温反应生成粗硅，粗硅和氧气高温反应生
成SiCl4和滤渣，SiCl4和H2高温反应得到纯硅，滤液加入试剂氨水过滤得到氢氧化铁、氢氧化铝沉淀和滤
液LiCl 溶液、NH4Cl 溶液，蒸发结晶得到LiCl 和NH4Cl 固体，加热固体，氯化铵分解生成氨气和氯化氢气
体，重新反应得到固体氯化铵，得到固体LiCl，电解熔融固体得到锂。
（1）由图可确定反应物为二氧化硅、碳，生成物为碳化硅、一氧化碳，配平后反应方程式为：SiO2+3C
SiC+2CO↑。
（2）SiHCl3遇水能发生剧烈反应，生成硅酸、HCl、H2，化学方程式为：
3SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl。
（3）根据流程图，加入X 后过滤得到氯化铵和氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，可以推断试剂X 是氨水；氢氧
化铁、氢氧化铝为沉淀，操作a 的名称是过滤；根据“LiCl 的熔点是605℃、沸点是1350℃，NH4Cl 在
100℃开始挥发，337.8℃分解完全”，分离LiCl 和NH4Cl 的固体混合物应用加热法，操作b 的名称是加
热。
（4）要控制LiCl 和NH4Cl 溶液中的杂质离子浓度在1.0×10-6mol•L-1以下，Al(OH)3、Fe(OH)3类型相同，由
于Ksp[Al(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]，当Al3+在1×10-6mol/L 以下时，Fe3+一定在1×10-6mol/L 以下，所以控制溶液
中c(OH-)=
mol/L=1×10-9mol/L，c(H+)=1×10-5mol/L，控制溶液的pH=5；此时溶液中Fe3+的浓度为
=2.64×10-12(mol/L)，即c(Fe3+)=2.64×10-12mol/L。
（5）①由晶胞结构可知，该晶胞沿z 轴方向的投影图为
，故选B。
②由晶胞结构可知，该晶体中，每个O2−周围紧邻的Bi3+共有4 个；
③由晶胞结构可知，该晶胞中Bi3+的个数为8×
+2=4，Se2−的个数为8×
+1=2，O2−的个数为8×
=4，该
晶体的密度为
g cm
⋅
−3。
19．（2020 秋·山东烟台·高三统考开学考试）以粗硅（含铁、铝等杂质）为原料工业上有以下两种制备高
纯硅的工艺。
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已知：SiCl4沸点57.7℃，遇水强烈水解；SiHCl3沸点31.5℃，且能与H2O 强烈反应，并在空气中易自燃；
300℃时FeCl3、AlCl3均能升华。
（1）实验室用如下装置制备SiCl4（反应温度在400℃～500℃）。
①装置F 的作用是 。实验开始应先点燃 （填“A”或“D”）装置的酒精灯一段时间后再点
燃另一酒精灯。
E
②
处收集装置设计了甲、乙两套装置，请你分别指出两套装置的不足之处 。为使甲装置
易于收集产物，则需对装置进行的改进为 （用文字表述）。
（2）SiHCl3与过量H2制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置已略去）。
装置B 中的试剂是 （填名称），装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是 。实验中
先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D 装置的理由是 ，装置D 中发生反应的化学方程
式为 。
【答案】
（1）吸收尾气Cl2，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶 A 甲方案未用冷却液冷却易损失SiCl4，
乙方案进气管c 太细易堵塞 将甲方案中的广口瓶浸入盛有冷却液的水槽（叙述明白即给分。
（2）浓硫酸 使进入烧瓶的液态SiHCl3变为气体 让H2排尽装置中的空气，防止SiHCl3水解和自
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燃 SiHCl3 + H2
Si +3HCl
【详解】
（1）据分析：①E 用于收集SiCl4，已知SiCl4沸点57.7℃，遇水强烈水解，故装置F 的作用是吸收尾气
Cl2，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶。制备、收集SiCl4，要防止空气中的氧气和硅反应，故实验开始
应先点燃A 装置的酒精灯一段时间后，使装置内充满氯气，再点燃另一酒精灯，发生硅和氯气的反应；
②E 处用于收集四氯化硅液体，即需冷却到57.7℃以下，而此时氯化铝、氯化铁已凝华，图中甲、乙两套
装置，两套装置的不足之处为：甲方案未用冷却液冷却易损失SiCl4，乙方案进气管c 太细易堵塞；对装置
进行的改进即可，具体操作为：将甲方案中的广口瓶浸入盛有冷却液的水槽；
（2）已知：SiHCl3沸点31.5℃，且能与H2O 强烈反应，并在空气中易自燃，故装置B 的作用是除去氢气
中的水蒸气，故B 中的试剂是浓硫酸，装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是使进入烧瓶的液态SiHCl3变为
气体，以进入装置D 中和氢气反应，氢气还原出高纯硅，实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加
热C、D 装置的理由是：让H2排尽装置中的空气，防止SiHCl3水解和自燃，装置D 中发生反应的化学方程
式为SiHCl3 + H2
Si +3HCl。
20．（2020·广西玉林·一模）铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。
I.(1)铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物PbO、酸性氧化的PbO2、还有组成类似Fe3O4的Pb3O4，请将
Pb3O4改写成简单氧化物的形式： 。
II.以废旧铅酸电池中的含铅废料铅膏(Pb、PbO、PbO2、PbSO4等)为原料，制备超细PbO，实现铅的再生利
用。其工作流程如下：
(2)步骤①的目的是“脱硫”，即将PbSO4转化PbSO3，反应的离子方程式为 。
“脱硫过程”可在如图所示的装置中进行，实验条件为：转化温度为35℃，液固比为5:1，转化时间为
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2h.。
①仪器a 的名称是 ；转化温度为35℃，采用的合适加热方式是 。
②步骤②中H2O2的作用是 (用化学方程式表示)。
(3)草酸铅受热分解生成PbO 时，还有CO 和CO2生成，为检验这两种气体，用下图所示装置(可重复选用)
进行实验。实验装置中，依次连接的合理顺序为A (填装置字母代号)，证明产物中有CO 气
体的实验现象是 。
(4)测定草酸铅样品纯度：称取2.5g 样品，酸溶后配制成250mL 溶液，然后量取25.00mL 该溶液，用
0.05000mol•L-1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的Pb2+(反应方程式为Pb2++H2Y2-= PbY2-+2H+，杂质不反
应)，平行滴定三次，平均消耗EDTA 标准溶液14.52mL
①若滴定管未用EDT A 标准液润洗，测定结果将 (填“偏高”“偏低”或“不变”)。
②草酸铅的纯度为 (保留四位有效数字)。
【答案】
（1）2PbO•PbO2
（2）CO3
2—+PbSO4= SO4
2—+PbCO3 三颈(口)烧瓶 热水浴
PbO2+H2O2+2HNO3=Pb(NO3)2+2H2O+O2↑
（3）BCBDEBF E 中黑色粉未变为红色、其后的B 中澄清石灰水变浑浊
（4）偏高 85.67%
【详解】
I．(1)Pb 在化合物中的化合价有+2 价、+4 价，则Pb3O4写成两种氧化物的形式为2PbO•PbO2，故答案为：
2PbO•PbO2；
Ⅱ．(2)步骤①的目的是“脱硫”，将PbSO4转化为溶解度更小的PbCO3，沉淀转化的离子方程式为：CO3
2-
+PbSO4=SO4
2-+PbCO3，故答案为：CO3
2-+PbSO4=SO4
2-+PbCO3；
①根据图示，仪器a 为三颈烧瓶，转化温度为35℃，采用的合适加热方式为水浴加热，故答案为：三颈烧
瓶；水浴加热；
②步骤②中H2O2的作用是在酸性条件下还原PbO2生成硝酸铅，反应的化学方程式为：
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PbO2+H2O2+2HNO3=Pb(NO3)2+2H2O+O2↑，故答案为：PbO2+H2O2+2HNO3=Pb(NO3)2+2H2O+O2↑；
(3)草酸铅受热分解生成PbO 时，还有CO 和CO2生成，为检验这两种气体，利用A 加热分解草酸铅，装置
B 检验二氧化碳的生成，通过装置C 除去二氧化碳，装置B 检验二氧化碳是否除净，通过D 装置吸收水蒸
气，通过E 装置加热一氧化碳和氧化铜反应生成铜和二氧化碳，通过B 装置检验生成的二氧化碳存在，最
后排水法收集气体，依次连接的合理顺序为ABCBDEBF，证明生成一氧化碳的实验现象E 中黑色粉末变
为红色，其后的B 中澄清石灰水变浑浊，故答案为：BCBDEBF；E 中黑色粉末变为红色，其后的B 中澄
清石灰水变浑浊；
(4)①滴定管未用EDTA 标准溶液润洗，内层水膜会稀释标准溶液，导致消耗的标准溶液的体积偏大，测定
结果偏高，故答案为：偏高；
②取2.5 g 样品，酸溶后配制成250 mL 溶液，然后量取25.00 mL 该溶液，用0.050 00 mol/L 的
EDTA( Na2H2Y)标准溶液滴定其中的Pb2+反应方程式为H2Y2-+Pb2+=PbY2-+2H+，(杂质不反应)，平行滴定三
次，平均消耗EDTA 标准溶液14.52 mL，则消耗EDTA 的物质的量=0.01452L×0.0500mol/L=7.26×10-4mol，
根据Pb2++H2Y2-=PbY2-+2H+，结合Pb 守恒有n(PbC2O4)=n( Pb2+)=7.26×10-4mol，250mL 溶液中
n(PbC2O4)=7.26×10-4mol×
，草酸铅的纯度=
×100%=85.67%，故答案
为：85.67%。
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