第七部分 硅的制备——2024届高考化学攻破实验专项训练
学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列关于硅及其化合物的说法，错误的是( )
A.二氧化硅是半导体材料，硬度大，可用于制造光导纤维
B.利用焦炭制备粗硅的化学方程式为：
C.不能用带玻璃瓶塞的试剂瓶盛放NaOH溶液
D.硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品的干燥剂
2．“中国芯”的主要原料是单晶硅，制取纯硅的过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.步骤①中的反应为
B.二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.步骤②和③均属于置换反应
D.28g纯硅中含有4molSi-Si键
3．实验室用（沸点33.0℃）与过量在1100℃下反应制得纯硅，制备纯硅的装置如图所示（夹持及加热装置略去），已知：能与剧烈反应，在空气中易自燃，下列说法错误的是( )
A.装置B中的试剂是浓硫酸，目的是除去氢气中的水蒸气
B.装置C中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的气化
C.实验时石英管用酒精灯外焰加热
D.为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是排尽装置中的空气以及控制好反应温度
4．工业上制备高纯硅，一般需要先制得98%左右的粗硅，再以粗硅为原料制备高纯硅，工艺流程如下；工业上还以粗硅为原料采用熔融盐电解法制取甲硅烷（），电解装置如图所示：
下列有关说法正确的是( )
A.制备粗硅的化学方程式：
B.制备高纯硅的工艺中可循环使用的物质只有HCl
C.阴极发生的电极反应：
D.、Si、都属于共价晶体
5．高纯单晶硅是重要的半导体材料，在各种集成电路、芯片和CPU的制作中有不可替代的作用。实验室中模拟制备高纯硅的装置如图所示（夹持装置略去），下列说法错误的是( )（已知：电负性，的沸点为31.8℃，熔点为-126.5℃，在空气中易自燃，遇水会剧烈反应）
A.实验过程中，加热石英管前应先对进行验纯
B.实验开始时，排尽装置中的空气是为了防止自燃和水解
C.尾气通入NaOH溶液中，发生反应的化学方程式为
D.为提高装置Ⅳ中的利用率，装置Ⅲ应使用冷水浴
6．二氧化硅()又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料。下列说法正确的是( )
A.既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
B.和Si都是光导纤维材料
C.利用与NaOH溶液反应可制取“水玻璃”
D.图中所示转化反应都是非氧化还原反应
7．由二氧化硅制高纯硅的流程如图，下列判断中错误的是( )
A.①②③均属于氧化还原反应 B.氢气和氯化氢均可循环利用
C.二氧化硅是一种坚硬难熔的固体 D.反应③每生成纯硅，转移电子
8．信息技术离不开芯片，现代芯片离不开高纯度硅，工业上生产高纯硅的工艺流程如下：
则下列说法正确的是( )
A.工业上用焦炭还原石英砂制硅的反应为：
B.高纯硅可以用于制备光导纤维
C.上述流程②、③反应属于可逆反应
D.上述流程中能循环利用的物质有和
9．硅是芯片的主要成分，在日常生活中具有重要用途。如图是工业上制备高纯硅的主要流程，下列说法正确的是( )
A.反应Ⅰ中焦炭体现氧化性
B.A为HCl，B为，物质A、B可循环利用
C.晶体硅是一种半导体材料，常用于制造光导纤维
D.石英砂是玻璃、陶瓷的主要原料之一
10．下图是部分矿物资源的利用及产品流程，有关说法错误的是（ ）
A.粗铜电解精炼时，粗铜作阳极
B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C.黄铜矿冶铜时，副产物可用于生产硫酸，FeO可用作冶铁的原料
D.粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
二、实验题
11．晶体硅是一种重要的非金属材料，有科学家认为硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”。
（1）工业上生产纯硅的工艺流程如下：
石英砂的主要成分是，在制备粗硅时，焦炭的作用是__________(填“氧化剂”或“还原剂”)；在该反应中，若消耗了3.0g ，则转移电子的总数为_______________。
（2）某实验室利用 (沸点33.0℃)与过量H2在1000℃～1100℃反应制得纯硅。已知能与强烈反应，在空气中易自燃。装置如图所示(热源及夹持装置略去)。
①装置B中的试剂是___________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________________；装置D中发生反应的化学方程式为___________________________________。
③为检验产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需要加入的试剂有______(填字母)。
a.碘水 b.氯水 c.溶液 d.KSCN溶液
12．“中国芯”的发展离不开单晶硅，四氯化硅是制备高纯硅的原料。某小组拟在实验室用下列装置模拟探究四氯化硅的制备和应用（夹持装置已省略）。
已知有关信息：
①Si +3HClSiHCl3+H2，Si + 2Cl2SiCl4
②SiC14遇水剧烈水解，SiC14的熔点、沸点分别为-70.0 ℃、57.7 ℃
请回答下列问题：
（1）装浓盐酸的仪器名称是_____________。
（2）写出A中发生反应的离子方程式：_____________。
（3）若拆去B装置，可能的后果是______________。
（4）有同学最初将E、F、G装置设计成图11装置，图11装置的主要缺点是__________（写出一个即可）。
（5）已知NH4Cl在高温条件下易分解生成NH3和HCl。利用SiCl4和NH3制备新型无机非金属材料（Si3N4）的装置如图1。写出该反应的化学方程式：_________。利用尾气制备盐酸，宜选择下列装置中的_____________（字母）。
（6）取少量SiCl4产品溶于足量蒸馏水中生成硅酸，该反应的化学方程式为__________。
参考答案
1．答案：A
解析：A.二氧化硅不是半导体材料，晶体硅是半导体材料，故A错误，符合题意；
B.利用焦炭制备粗硅的化学方程式正确，故B正确，不符合题意；
C.不能用带玻璃瓶塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液，因为氢氧化钠能与玻璃中的二氧化硅反应生成有粘性的硅酸钠，把瓶塞和瓶体粘住无法打开，故C正确，不符合题意；
D.硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品的干燥剂，故D正确，不符合题意。
2．答案：C
解析：A.步骤①中的反应为和焦炭在高温条件生成粗硅和CO，，故A错误；
B.二氧化硅是酸性氧化物，但其不溶于水也不能与水反应，故B错误；
C.步骤②，属于置换反应，③也属于置换反应，故C正确；
D.硅晶体中1molSi与另外4molSi形成Si-Si键，但是这个Si只占每个键的一半，所以1mol纯硅含有2molSi-Si键，即28g纯硅中含有2molSi-Si键，故D错误；
故答案为：C。
3．答案：C
解析：A.能与剧烈反应，所以装置B中的试剂是浓硫酸，目的是除去氢气中的水蒸气，故A正确；
B.的沸点33.0℃，为使滴入烧瓶中的气化，装置C中的烧瓶需要加热，故B正确；
C.酒精灯的加热温度400~500℃，与的反应温度是1100℃，实验时石英管不能用酒精灯加热，故C错误；
D.在空气中易自燃，与的反应温度是1100℃，为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是排尽装置中的空气以及控制好反应温度，故D正确；
故选C。
4．答案：C
解析：制备粗硅的化学方程式为，A项错误；
制备高纯硅的工艺中可循环使用的物质有和HCl，B项错误；
属于分子晶体，D项错误。
5．答案：D
解析：A.实验过程中，应先对进行验纯再加热石英管，防止氢气不纯导致实验失败，故A正确；
B.在空气中易自燃，遇水会剧烈反应，实验开始时，排尽装置中的空气是为了防止自燃和水解，故B正确；
C.电负性中H为-1价，具有还原性，可与氢氧化钠溶液发生归中反应化学方程式为：，故C正确；
D.Ⅳ中是为了使气化，使得气化后的与氢气在石英管中反应，不可使用冷水浴，故D错误；
故选D。
6．答案：C
解析：A.是酸性氧化物，A错误；
B.是光导纤维材料，Si为半导体材料，B错误；
C.“水玻璃”是的水溶液，C正确；
D.制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，如二氧化硅与碳反应，硅与氯气反应等，D错误；
故选C。
7．答案：D
解析：①②③反应前后元素化合价发生变化，故①②③均属于氧化还原反应，A正确；由二氧化硅制高纯硅的流程中生成氢气和氯化氢，同时氢气和氯化氢也作为反应物参与化学反应，故氢气和氯化氢均可循环利用，B正确；二氧化硅熔点高，硬度大，C正确；反应③中，的化合价由+4价降到0价，H的化合价由-1价和0价升到+1价，每生成纯硅转移电子，D错误。
8．答案：D
解析：A．工业上用焦炭还原石英砂制硅的反应为：，故A错误；
B．制备光导纤维是二氧化硅，故B错误；
C．②、③反应温度不相同，因此上述流程②、③反应属于可逆反应，故C错误；
D．粗硅和氯化氢反应生成，和氢气反应生成硅和氯化氢，因此上述流程中能循环利用的物质有和，故D正确。
综上所述，答案为D。
9．答案：B
解析：反应Ⅰ中，焦炭反应生成CO，化合价由0价升高为+2价，体现还原性，A错；光导纤维的主要成分是二氧化硅，C错；陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，D错。
10．答案：B
解析：粗铜精炼时,粗铜作阳极,精铜作阴极,A对;制玻璃发生的反应:,都不属于氧化还原反应,B错;用于生产硫酸,FeO用作冶铁原料属于副产物的充分利用,C对;多次分馏提纯可使与粗硅中的杂质分离彻底,保证制得高纯度的硅,D对。
11．答案：（1）还原剂；或
（2）①浓硫酸；使滴入烧瓶中的汽化
②有固体物质生成；
③bd
解析：（1）根据流程可知，化学方程式为，碳的化合价升高，做还原剂，1mol参加反应转移的电子数为4mol，反应中消耗3.0g ，，转移电子为0.2mol，即或；
（2）能与强烈反应，需要用浓硫酸干燥氢气，反应需要的温度比较高，在D中反应，的沸点较低，C中的烧瓶需要加热是为了使滴入烧瓶中的汽化；
②装置D中有硅单质生成，即有固体物质生成 。此反应为；
③亚铁离子的检验通常用的方法是：先向溶液中加入KSCN，溶液不变红色，再加入氯水溶液变红色，即可却确定有亚铁离子，答案为bd。
12．答案：（1）分液漏斗
（2）2 + 10Cl-+16H+=2Mn2+ +5Cl2↑+8H2O
（3）HCl和Si反应生成SiHCl3和H2，会使产品纯度降低；Cl2和H2混合共热易发生爆炸（写出一个即可）
（4）SiCl4在试剂瓶e中液化，压强减小，烧碱溶液倒吸入试剂瓶f中；烧碱溶液中水蒸气进入产品收集瓶，SiCl4发生水解（写出一个即可）
（5）3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl;c
（6）SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl
解析：（1）区别分液漏斗、长颈漏斗、漏斗。装有浓盐酸的仪器是分液漏斗，以便于控制加入盐酸的量与速率。
（2）KMnO4与浓盐酸反应生成MnCl2、Cl2、KCl和H2O，化学方为2KMnO4 +16HCl=2KCl+2MnCl2 +SCl2↑+8H2O。
（3）依题意，HCl与Si反应生成SiHCl3和H2，H2和Cl2混合共热易发生爆炸。
（4）SiCl4在试剂瓶e中液化，压强减小，烧碱溶液倒吸入试剂瓶f中；NaOH溶液吸收尾气中的SiCl4和Cl2，水蒸气进入产品收集瓶，SiCl4发生水解反应。
（5）SiCl4与NH3反应生成Si3N4和HCl。收集HCl制备盐酸，要防倒吸，选c。
（6）SiCl4遇水剧烈水解生成硅酸，该反应的化学方程式为SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl。
