备考2025届高考化学一轮复习强化训练第四章非金属及其化合物第9讲碳硅及其化合物无机非金属材料价类二维转化思想-从石英砂到硅芯片

素养：价类二维转化思想——从石英砂到硅芯片命题特点：物质类别与共性应用，元素化合价与物质化学性质联系。（1）类别观：结合物质的类别、性质分析试验（防水型、防氧化型等）；（2）价态观：SiO2→Si（SiC）→SiCl4→Si。1.华为麒麟9905G芯片是全球首款旗舰5GSoC芯片。2.制备芯片的基体材料是高纯硅。自然界中不存在单质硅，工业上常从石英砂中提取粗硅，再经过提纯得到多晶硅和单晶硅。1.[结合传统文化考查硅及其化合物的性质][全国Ⅰ高考]陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着亲密的关系。下列说法错误的是（A）A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B.著名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点解析氧化铁显红色，“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。2.[结合科技材料考查硅及其化合物的性质][2024大同模拟]高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发觉和运用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：下列说法正确的是（D）A.由步骤①可以得出C的还原性大于SiB.步骤①②③中生成或消耗1molSi，均转移2mol电子C.二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D.SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点67.6℃），可通过蒸馏提纯SiHCl3解析A项，Si和C同主族，Si的还原性比C的强，但在高温下能发生反应SiO2＋2C高温Si＋2CO↑，错误。B项，步骤①中生成1molSi，转移4mol电子，步骤②中生成1molSiHCl3，消耗1molSi，转移4mol电子，步骤③中生成1molSi，转移4mol电子，错误。C项，硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气，错误。D项，SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，可以接受蒸馏的方法分别，正确。3.[粗硅到多晶硅的提纯中热力学和动力学的应用][天津高考]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。回答下列问题：Ⅰ.硅粉与HCl在300℃时反应生成1molSiHCl3气体和H2，放出225kJ热量，该反应的热化学方程式为Si（s）＋3HCl（g）SiHCl3（g）＋H2（g）ΔH＝－225kJ·mol－1。SiHCl3的电子式为。Ⅱ.将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为：①SiCl4（g）＋H2（g）⇌SiHCl3（g）＋HCl（g）ΔH1＞0②3SiCl4（g）＋2H2（g）＋Si（s）⇌4SiHCl3（g）ΔH2＜0③2SiCl4（g）＋H2（g）＋Si（s）＋HCl（g）⇌3SiHCl3（g）ΔH3（1）氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备，写出产生H2的电极名称：阴极（填“阳极”或“阴极”），该电极反应方程式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－。（2）已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是1000℃；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要缘由是ΔH2＜ΔH1，导致反应②的ΔG小。图1（3）不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是ac（填序号）。图2a.B点：v正＞v逆b.v正：A点＞E点c.反应相宜温度：480～520℃（4）反应③的ΔH3＝ΔH2－ΔH1（用ΔH1、ΔH2表示）。温度上升，反应③的平衡常数K减小（填“增大”“减小”或“不变”）。（5）由粗硅制备多晶硅的过程中循环运用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外，还有HCl、H2（填分子式）。解析Ⅰ.该反应的热化学方程式为Si（s）＋3HCl（g）SiHCl3（g）＋H2（g）ΔH＝－225kJ·mol－1。SiHCl3的结构式为，故电子式为。Ⅱ.（1）用惰性电极电解KOH溶液，实质为电解水，阴极上产生氢气，电极反应式为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑。（2）ΔG＜0时，反应能自发进行，故反应①自发进行的最低温度为1000℃。由于ΔG＝ΔH－TΔS，反应②的ΔH2＜0，而反应①的ΔH1＞0，ΔH2＜ΔH1，ΔS1＞ΔS2，因此相同温度下反应②比反应①的ΔG小的主要缘由为ΔH2＜ΔH1。（3）a项，同一点比较正逆反应速率看反应进行方向，B点反应正向进行，所以v正＞v逆，正确；b项，不同点比较正逆反应速率看反应条件，A点温度低于E点温度，所以v正：A点＜E点，错误；c项，依据题图2知，温度在480～520℃时，SiCl4转化率较高，480～520℃为反应相宜温度，正确。（4）依据盖斯