2020-2021学年高三化学一轮复习提升练习 第13讲 碳、硅及无机非金属材料

1．（2020·广东省模拟）硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无 机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是(　　) 【答案】C 【解析】玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分都是 SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池。 2．(2020·安徽合肥模拟)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既 成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　) A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐 B．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理和化学变化 C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 【答案】A 【解析】沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，A 项错误。黏土烧制成瓦 的过程中发生了复杂的物理和化学变化，B 项正确。由“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，C 项正 确。黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D 项正确。 3．（2020·湖南省武冈市二中模拟）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是(　　) 选项 材料 主要成分 A 刚玉、金刚石 三氧化二铝 B 大理石、石灰石 碳酸钙 C 普通水泥、普通玻璃 硅酸盐D 沙子、石英 二氧化硅 【答案】A 【解析】刚玉和金刚石的主要成分分别是三氧化二铝和碳；大理石和石灰石的主要成分都是碳酸钙； 普通玻璃和普通水泥都是常见的硅酸盐材料；沙子和石英的主要成分都是二氧化硅。 4．（2020·模拟）有科学家提出，硅是“21 世纪的能源”，下面有关硅的叙述中， 正确的是（ ） A．硅单质化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在 D．硅在电子工业中，是重要的半导体材料 【答案】D 【解析】硅单质化学性质不活泼，但在常温下与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，故 A 错误；硅 是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位，在地壳中的含量在所有的元 素中居第一位的是氧元素，故 B 错误；硅是亲氧元素，在自然界中以化合态的形式存在，故 C 错误；硅的 导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料，故 D 正确。 5．（2020·黑龙江省模拟）下列有关硅及硅的化合物的叙述中，正确的是（ ） A．硅是光导纤维的主要成分 B．硅是构成岩石与许多矿物的基本元素 C．SiO2 是酸性氧化物，不与任何酸发生反应 D．可以通过 SiO2 一步制得硅酸 【答案】B 【解析】光导纤维的主要成分是二氧化硅，故 A 错误；硅是亲氧元素，岩石与许多矿物的基本元素中 含有 Si 元素，故 B 正确；SiO2 是酸性氧化物，但可与氢氟酸发生反应，故 C 错误；二氧化硅不溶于水，不 能通过 SiO2 一步制得硅酸，故 D 错误。答案选 B。 6．（2020·湖北省葛洲坝中学模拟）碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的 是(　　)A．碳是构成有机物的主要元素 B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程 C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一 D．石油的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志 【答案】D 【解析】有机物一定含有碳元素，所以碳是构成有机物的主要元素，A 正确；光合作用是绿色植物将 二氧化碳和水合成葡萄糖和氧气的过程，是把太阳能转化为化学能的过程，B 正确；化石燃料中含碳元素， 化石燃料的大量燃烧产生的二氧化碳气体是产生温室效应的原因之一，C 正确；乙烯的年产量是衡量一个 国家石油化工发展水平的标志，D 错误。 7．（2020·河南省禹州市一中模拟）新材料的新秀——石墨烯、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，不是化合物，A 错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的 氧化物，也不是碳的同素异形体，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，所以具 有一定的亲水性，D 正确。 8．（2020·山东省邹城市二模拟）工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下： 已知：流化床反应的产物中，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 ===== 高温 CO2↑＋Si B．SiCl4 进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯 C．每生产 1 mol 高纯硅，需要 44.8 L(标准状况)Cl2 D．该工艺 Si 的产率高，符合绿色化学要求 【答案】B 【解析】A 项，二氧化碳与焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，则电弧炉中发生的反应为 2C＋SiO2 ===== 高温 2CO↑＋Si，选项 A 错误；B 项，在流化床反应器中除 SiCl4 外，还有 SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3 等，故 SiCl4 在进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯，选项 B 正确；C 项，根据转化关系 Si→SiCl4→Si，每生 产 1 mol 高纯硅，需要 44.8 L(标准状况)Cl2，由于含有其他副反应，消耗 Cl2 大于 44.8 L，选项 C 错误；D 项，该工艺中产生氯化氢气体且有氯气的参与，容易引起空气污染，不符合绿色化学要求，选项 D 错误。 9．（2020·江西省莲花中学模拟）实验室用 H2 还原 SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹 持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是(　　)A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞 K C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN 溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔 【答案】C 【解析】制备高纯硅的反应为 H2＋SiHCl3 ===== 高温 Si＋3HCl，此反应应在装置 Ⅳ 中进行。装置 Ⅰ 的 目的是制取氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置 Ⅱ 的目的是除去氢气 中的水蒸气，即装置 Ⅱ 中盛放浓硫酸；装置 Ⅲ 的目的是使 SiHCl3 汽化，与氢气充分混合，因此应在热 水浴中加热，A 项错误；实验时应先打开活塞 K，通入氢气，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸，B 项错误；硅不能与盐酸反应，铁与盐酸反应生成 Fe2＋，Fe2＋被 H2O2 氧化成 Fe3＋，遇 KSCN 溶液变红，可 以鉴定制得的硅中是否含有铁单质，C 项正确；饱和食盐水与电石反应制备乙炔，反应迅速放出大量热且 生成微溶的氢氧化钙，因此不能用启普发生器进行实验，D 项错误。 10．（2020·福建省厦门市二中模拟）水玻璃(Na2SiO3 溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域， 是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程： 下列说法正确的是(　　) A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值B．操作 A 与操作 B 完全相同 C．该流程中硅元素的化合价发生改变 D．反应器中发生的反应为氧化还原反应 【答案】A 【解析】A 项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B 项，操作 A 为过滤，操作 B 为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C 项，二氧化硅中硅元素的化合价是＋4 价，硅 酸钠中硅元素的化合价也是＋4 价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D 项，反应器中发 生的反应为 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。 11．（2020·模拟）二氧化硅是一种酸性氧化物，下列物质中不能和二氧化硅发生化学 反应的是( ) A．氢氟酸 B．碳(高温下) C．碳酸钠(高温下) D．水 【答案】D 【解析】二氧化硅和氢氟酸反应生成四氟化硅和水，故 A 不选；高温下，二氧化硅和碳反应生成硅和 一氧化碳，故 B 不选；高温下，二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，故 C 不选；二氧化硅和水 不反应，故 D 选；故答案选 D。 12．（2020· 安徽省淮北市高级中学模拟）下列关于硅材料的说法不正确的是(　　) A．钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同 B．制普通玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英砂 C．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 D．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂 【答案】D 【解析】钢化玻璃就是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近软化点的 700 度左右，再进 行快速均匀的冷却而得到的玻璃，故钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同，A 正确；玻璃是传统硅酸 盐产品，制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英，故 B 正确；陶瓷是传统无机非金属材料，是人类 应用很早的硅酸盐材料，故 C 正确；水玻璃为硅酸钠的水溶液，属于混合物，故 D 错误。 13．（2020·江苏省如皋中学 模拟）下列叙述中，正确的是（ ） A．硅是良好的半导体材料，且是制造光缆的主要材料B．SiO2 不溶于水，也不溶于任何酸 C．观察 K2SO4 的焰色应透过蓝色的钴玻璃 D．Fe 在 Cl2 中燃烧生成 FeCl3，故在与其它非金属反应的产物中 Fe 也显+3 价 【答案】C 【解析】晶体硅是良好的半导体材料，但是制造光缆的主要材料为二氧化硅，故 A 错误；二氧化硅能 够与氢氟酸反应，故 B 错误；因钠的焰色对钾的焰色会产生干扰，因此 K 的焰色反应需要透过蓝色的钴玻 璃观察，故 C 正确；硫的氧化性较弱，与铁反应生成硫化亚铁，故 D 错误；故选 C。 14．（2020·模拟）下列叙述正确的是（ ） A．硅在自然界中能够以单质形式存在 B．SiO2 是酸性氧化物， 所以不与任何酸反应 C．可用 Na2SiO3 溶液和 CO2 反应来制备 H2SiO3 D．NaOH 溶液可以盛装在带玻璃塞的磨口试剂瓶中 【答案】C 【解析】硅在自然界中都是以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，故 A 错误；SiO2 能与氢氟酸反应，不与 其他酸、水反应，故 B 错误；强酸与弱酸的盐反应可制备弱酸，可用 Na2SiO3 溶液和 CO2 反应来制备 H2SiO3，故 C 正确；NaOH 溶液的存放方法是：密封保存，试剂瓶应用橡胶塞或软木塞，不能用玻璃塞， 因为 NaOH 能与玻璃中的 SiO2 反应生成具有粘性的硅酸钠，其化学方程式为：2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O， 故 D 错误；答案选 C。 15．（2020·黑龙江省齐齐哈尔市第八中学模拟）下列说法正确的是 A．二氧化硅是制造太阳能电池的常用材料 B．硅是非金属元素，合金材料中不可能含有硅 C．酸性氧化物只能和碱反应，不能和酸反应 D．水玻璃可用作木材防火剂 【答案】D 【解析】单质硅用于生产太阳能电池，故 A 错误；合金可以是金属与非金属的熔合物，所以合金材料 中可以含有硅，如硅钢中含有硅元素，故 B 错误；二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅能与氢氟酸反应， 故 C 错误；水玻璃是硅酸钠的水溶液，可用作木材防火剂，故 D 正确。 16．（2020·山西省运城市河津中学模拟）下列说法正确的是(　　) A．在粗硅的制取中发生 2C＋SiO2 2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性强于硅的还原性 B．盛放 NaOH 溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶C．用 SiO2 制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入 CO2 D．由 Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑可知，硅酸的酸性强于碳酸 【答案】C 【解析】依据元素周期律，硅的还原性大于碳，上述反应能发生是因为产物中有 CO 气体生成，使平衡 向右移动，故 A 错误；磨口玻璃塞中玻璃成分二氧化硅能和氢氧化钠反应，生成具有粘性的硅酸钠，造成 玻璃塞和瓶体粘在一起，不便于打开，所以盛放氢氧化钠溶液时，不可以用玻璃瓶塞，故 B 错误；二氧化 硅难溶于水，所以无法用二氧化硅和水直接反应制得，用 SiO2 制取硅酸，先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反 应，SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，因碳酸酸性强于硅酸且硅酸溶解度较小的沉淀，所以通入 CO2，发生 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3，制得硅酸，故 C 正确；反应不是在水溶液中进行的，且产物中有气 体生成，与酸性强弱无关，一般在溶液中强酸可制得弱酸，即硅酸钠溶液中通入 CO2，制得硅酸说明碳酸 酸性强于硅酸，故 D 错误。 17．（2020·辽宁省丹东市二中模拟）为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学 设计了如图所示的实验装置。 回答下列问题： (1)A 装置的作用是_______________________________________。 (2)实验后处理尾气的方法为________，发生反应的化学方程式为_______________。 (3)若实验时观察到_____________________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。 【解析】(1)A 装置的作用是吸收 CO2，以排除对后续实验的干扰。(2)CO 有毒，故将 CO 点燃生成 CO2 后才能排放到空气中。(3)CO 还原 CuO 的实验现象是黑色粉末变成红色，且生成的气体(CO2)能使澄清石灰 水变浑浊。 【答案】(1)吸收 CO2　(2)点燃　2CO＋O2 ===== 点燃 2CO2(3)B 中无明显现象，C 装置中黑色粉末变成光亮的红色，D 中澄清石灰水变浑浊 18．（2020·山西省大同市三中模拟）氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械 等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示： 石英砂 ――→ 焦炭/高温 ① 粗硅 ――→ Cl2/723～773 K ② SiCl4(粗) ――→ 精馏 ③ SiCl4(精) ――→ NH3 ④ Si(NH2)4 ――→ 高温 ⑤ 氮化硅 其中—NH2 中各元素的化合价与 NH3 相同。请回答下列问题： (1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以 NaOH 为例，用化学方程式表示其原因： ________________________________________________________________________。 (2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________。 (3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4 在高温下加热可得 1 mol 氮化硅粉末和 8 mol A 气体，则氮化硅的化学 式为________。 (4)在高温下将 SiCl4 在 B 和 C 两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B 和 C 两种气体在一定条件 下化合生成 A。写出 SiCl4 与 B 和 C 两种气体反应的化学方程式： ________________________________________________________________________。 【解析】(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是 SiO2 与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英 砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与 Cl2 发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信 息运用质量守恒求得：3Si(NH2)4 ===== 高温 Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4 与 N2、H2 反应可得到 Si3N4 和 HCl。 【答案】(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (2)①②　(3)Si3N4 (4)3SiCl4＋2N2＋6H2 ===== 高温 Si3N4＋12HCl 19. （2020·河北省石家庄外国语中学模拟）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、 SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示： 回答下列问题： (1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是 _______________________________________________，还可使用____________代替硝酸。 (2)沉淀 A 的主要成分是____________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为 ___________________________________________________________________________。 (3)加氨水过程中加热的目的是__________________________。沉淀 B 的主要成分为____________、 ______________(写化学式)。 【解析】(1)水泥熟料中的 CaO 和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中 可能含有的 Fe2＋氧化为 Fe3＋，为了不引入新杂质，还可用 H2O2 代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于 盐酸和硝酸的沉淀 A 为 SiO2(或 H2SiO3)，SiO2(或 H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成 SiF4 和 H2O。(3)加入氨 水调节溶液的 pH＝4～5 的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀 B 的主要成 分是 Al(OH)3 和 Fe(OH)3。 【答案】(1)将样品中可能存在的 Fe2＋氧化为 Fe3＋　H2O2 (2)SiO2(或 H2SiO3)　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或 H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O) (3)防止胶体生成，易沉淀分离　Al(OH)3　Fe(OH)3