高考化学大一轮复习 第4章 常见非金属及其化合物 第1讲 碳、硅及无机非金属材料课时规范训练

碳、硅及无机非金属材料单独成册1下列物质：氢氟酸；浓H2SO4；烧碱溶液；Na2CO3固体；氧化钙；浓HNO3。其中在一定条件下能与SiO2反应的有()ABC D全部解析：选C。SiO2不溶于除HF之外的任何酸，因此SiO2与浓H2SO4、浓HNO3不反应。2硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()A氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为12解析：选D。二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成4个硅氧单键，故硅原子和硅氧单键的个数之比为14，故D错误。3下列叙述正确的是()A高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强B陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸C石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同D玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳解析：选D。二氧化硅在高温下能与碳酸钠反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，但不能说明硅酸的酸性比碳酸强，上述反应之所以能进行，是因为CO2不断逸出，而促使了反应向右进行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应；石灰抺墙的硬化过程是因为发生了反应CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬。4下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是()A硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B反应Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反应Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生C普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料D祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeOAl2O36SiO2解析：选D。A项，硅酸钠溶液本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结；B项，两反应条件不同，反应是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下，CO2是气体，逸出反应体系，能促使反应发生；C项，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐；D项正确。5硅烷(SiH4)在空气中易自燃或爆炸，可作橡胶等产品的偶联剂，硅烷的制备方法为Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4。下列说法不正确的是()A制备硅烷的反应属于复分解反应B硅烷自燃反应中的氧化剂是SiH4C硅烷自燃产生SiO2和H2OD制备硅烷时应隔绝氧气解析：选B。硅烷自燃反应中的氧化剂是O2，B错误。6青石棉(crocidolite)是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法中正确的是()A青石棉是一种易燃品，且易溶于水B青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OC1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用，至少需消耗8.5 L 2 molL1 HNO3溶液D1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量氢氟酸作用，至少需消耗7 L 2 molL1 HF溶液解析：选B。青石棉既不能燃烧，也不溶于水；将Na2Fe5Si8O22(OH)2改写成氧化物的形式，即为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O，其中的Na2O、FeO、Fe2O3、SiO2均能与氢氟酸发生复分解反应，而Na2O、Fe2O3可与硝酸发生复分解反应，FeO与硝酸发生氧化还原反应：3FeO10HNO3=3Fe(NO3)3NO5H2O，SiO2与硝酸不反应，根据1 mol青石棉中各氧化物与HF、HNO3反应的情况及反应时的物质的量之比可判断C、D错误。7寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O34SiO2H2O，下列观点不正确的是()A寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触B寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物C潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质D置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质解析：选C。根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A对；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B对；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C错；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D对。8二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(见下图)，下列说法正确的是()ASiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物BSiO2和Si都是光导纤维材料C在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效D图中所示转化反应都是非氧化还原反应解析：选C。两性氧化物的定义为与酸和碱反应均只生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B项错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C项正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误；9在含2 mol NaOH、1 mol Na2SiO3的溶液中滴加稀盐酸至过量，下列关于沉淀质量(m)与盐酸体积(V)之间关系的图像正确的是()解析：选C。在氢氧化钠、硅酸钠的混合溶液中滴加稀盐酸，氢氧化钠优先反应，因为硅酸能和氢氧化钠反应。NaOHHCl=NaClH2O，Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。硅酸不溶于盐酸，2 mol NaOH与2 mol HCl完全反应，1 mol Na2SiO3与2 mol HCl完全反应，本题选C。10将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是()ANa2SiO3 BNa2CO3、Na2SiO3CNa2CO3、SiO2 DSiO2解析：选A。将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2Na2SiO32H2O=H2SiO32NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2OSiO2；2NaHCO3Na2CO3CO2H2O；Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，所以最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。11用足量的CO还原13.7 g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0 g，则此铅氧化物的化学式是()APbO BPb2O3CPb3O4 DPbO2解析：选C。设此铅氧化物的化学式为PbxOy，PbxOyyOyCOyCO2yCaCO3 16y 100y m(O)1.28 g 8.0 g所以m(Pb)13.7 g1.28 g12.42 gxy34。12将含有0.1 mol SiO2的铝、硅混合物分别与足量NaOH溶液、盐酸混合，充分反应后前者可得到11.2 L气体(标准状况)，后者可得到6.72 L气体(标准状况)，则参加反应的n(HCl)与n(NaOH)之比为()A11B12C21 D31解析：选A。混合物与足量NaOH溶液反应生成的n(H2)1 0.5 mol，混合物与足量盐酸反应生成的n(H2)20.3 mol，混合物中只有铝能与盐酸反应，由此可求出n(Al)n(H2)0.2 mol，硅、铝均能与NaOH溶液反应且铝与NaOH溶液反应放出的氢气也是0.3 mol，故硅与NaOH溶液反应放出的氢气是0.2 mol，由此可求出n(Si)0.1 mol。铝完全反应消耗0.6 mol HCl，三种物质与NaOH溶液反应，消耗0.6 mol NaOH，故n(HCl)n(NaOH)11。13含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含 A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。(1)在元素周期表中，A位于 族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为 ，A与B在原子的电子层结构上的相同点是 。(2)易与C发生化学反应的酸是 (写名称)，反应的化学方程式是 。(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。写出生成D和F的化学反应方程式： 。要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是 。A普通玻璃坩埚 B石英玻璃坩埚C氧化铝坩埚 D铁坩埚(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是 。解析：(1)A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素B为碳。(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。(4)若SiO2恰好完全反应或过量，与CaCO3反应的化学方程式只有一个，即CaCO3SiO2CaSiO3CO2。若CaCO3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO3CaOCO2。总之，CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过以下关系列式求解：CaCO3 CO2100 g 22.4 Lm(CaCO3) 11.2 Lm(CaCO3)50 g混合物中CaCO3的质量分数：100%50%。答案：(1)A 最外层均有4个电子，最内层均有2个电子(2)氢氟酸SiO24HF=SiF42H2O(3)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3D(4)50%14晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示)：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有 (填反应代号)。(2)写出反应的化学方程式 。(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1 3731 623 K反应，生成化合物W，其化学方程式是 。(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是 (填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是 (填化学式)。(5)工业上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭与水蒸气反应生成水煤气，再提纯水煤气得到纯净的H2，提纯水煤气得到纯净的H2的化学方程式为 。解析：反应为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO22CSi2CO，属于置换反应；反应是Si3HClSiHCl3H2，属于置换反应；反应是SiHCl3H2Si3HCl，属于置换反应；反应为特定条件下的反应：COH2O(g)H2CO2，不属于置换反应。A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室气体，是节能减排的目标气体，CO2和HCl通入W(硅酸钠)溶液中能够生成白色沉淀(硅酸)。答案：(1)(2)SiHCl3H2Si3HCl(3)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2(4)CO2CO2和HCl(5)COH2O(g)CO2H2、CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O15硅是带来人类文明的重要元素之一，在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的作用下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，该反应的化学方程式为 。(2)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下：已知硅的熔点是1 420 ，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。N2净化时，铜屑的作用是： ；硅胶的作用是 。在氮化炉中反应为3Si(s)2N2(g)=Si3N4(s)H727.5 kJ/mol，开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的原因是 。X可能是 (选填“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氢氟酸”)。(3)工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，该反应的化学方程式为 。假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应中HCl的利用率为90%，反应中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是 。解析：(1)工业上采用化学气相沉淀法制备Si3N4的反应中，反应物是H2、SiCl4和N2，根据质量守恒，除了Si3N4外，还有HCl气体生成，从而写出该反应的化学方程式。(2)氮气中含有少量氧气及水蒸气，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀产品Si3N4，因此需将氮气净化，用Cu除去氧气，硅胶除去水蒸气。氮化炉温度为1 2001 400 ，硅的熔点为1 420 ，该反应是放热反应，严格控制氮气流速，以控制温度为1 2001 400 ，防止硅熔化成团，阻碍硅与氮气充分接触。Si3N4与氢氟酸反应，而硝酸不反应，且稀硝酸可将硅块中的Fe、Cu杂质溶解而除去。(3)SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、盐酸和H2。制取1 mol纯硅第一轮次：反应Si3HClSiHCl3H2， 1 mol 3 mol/90% 1 mol 1 mol反应SiHCl3H2Si3HCl， 1 mol 1 mol/93.75% 1 mol 3 mol第二轮次生成中，需补充HCl物质的量为3 mol/90%3 mol，需补充H2物质的量为1 mol/93.75%1 mol，则n(HCl)n(H2)(3 mol/90%3 mol)(1 mol/93.75%1 mol)51。答案：(1)3SiCl42N26H2=Si3N412HCl(2)除去原料气中的氧气除去水蒸气这是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N2的充分接触硝酸(3)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH251