第11講-碳、硅及無機非金屬材料(練)(解析版)

第11講碳、硅及無機非金屬材料第一部分：高考真題感悟1．正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”(1)河姆渡出土陶灶，屬于陶器，獸首瑪瑙杯主要成分為二氧化硅(2021·廣東，1BC)(√)(2)利用氫氟酸刻蝕石英制作藝術品，是利用了氫氟酸可與SiO2反應(2021·廣東，4C)(√)(3)硅酸鈉是一種難溶于水的硅酸鹽(2021·浙江6月選考，9A)(×)(4)SiO2可用來制造光導纖維(2020·浙江7月選考，9B)(√)(5)向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸：Na2SiO3＋2H＋=H2SiO3↓＋2Na＋(2019·江蘇，7D)(×)(6)高純硅可用于制作光感電池(2019·全國卷Ⅲ，7A)(√)2．(2020·浙江7月選考，24)Ca3SiO5是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關性質的說法不正確的是()A．可發(fā)生反應：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能與SO2反應生成新鹽D．與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為SiO2【答案】D【解析】Ca3SiO5可看作CaSiO3·2CaO，它與NH4Cl固體混合加熱，反應生成CaSiO3、CaCl2、NH3和H2O，A正確；Ca3SiO5能夠吸水，故需要密封保存，B正確；由于H2SO3的酸性強于H2SiO3，Ca3SiO5與SO2反應可生成CaSO3，C正確；Ca3SiO5與足量鹽酸作用，析出H2SiO3沉淀，故所得固體產(chǎn)物主要是H2SiO3，D錯誤。3．(2019·全國卷Ⅰ，7)陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒結而成C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽D．陶瓷化學性質穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點【答案】A【解析】“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關，而氧化鐵顯紅棕色，A項錯誤；秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒結而成，B項正確；陶瓷以黏土為原料，經(jīng)高溫燒制而成，屬于人造材料，主要成分是硅酸鹽，C項正確；陶瓷主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽中硅元素化合價處于最高價，化學性質穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點，D項正確。4．(2017·全國卷Ⅱ，26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示：回答下列問題：(1)在分解水泥樣品過程中，以鹽酸為溶劑，氯化銨為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是__________________，還可以使用____________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是__________，其不溶于強酸但可與一種弱酸反應，該反應的化學方程式為___________________________________________________________________________。(3)加氨水過程中加熱的目的是___________________________________________。沉淀B的主要成分為____________、____________(填化學式)。(4)草酸鈣沉淀經(jīng)稀H2SO4處理后，用KMnO4標準溶液滴定，通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量，滴定反應為：MnOeq\o\al(－,4)＋H＋＋H2C2O4→Mn2＋＋CO2＋H2O。實驗中稱取0.400g水泥樣品，滴定時消耗了0.0500mol·L－1的KMnO4溶液36.00mL，則該水泥樣品中鈣的質量分數(shù)為_____________________?！敬鸢浮?1)將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF=SiF4↑＋3H2O)(3)防止膠體生成，易于沉淀分離Al(OH)3Fe(OH)3(4)45.0%【解析】(1)水泥樣品中含有鐵的氧化物。加入鹽酸后的溶液中可能含有Fe3＋、Fe2＋，F(xiàn)e2＋在pH為4～5時不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化劑將Fe2＋氧化為Fe3＋，故加入硝酸的目的是將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋；雙氧水是一種強氧化劑，可將Fe2＋氧化為Fe3＋，本身被還原為水，不會引入新的雜質離子，故可用雙氧水代替硝酸。(2)鈣、鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物都能溶于鹽酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不與鹽酸、硝酸反應，故沉淀A的主要成分為SiO2；二氧化硅可與氫氟酸反應，生成四氟化硅和水，該反應的化學方程式為SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(3)Fe3＋和Al3＋在pH為4～5時可水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁，水解過程中會生成氫氧化鐵膠體和氫氧化鋁膠體，不利于分離出沉淀，加熱可使膠體聚沉，有利于分離出沉淀，所以加熱可防止膠體的生成，易于沉淀分離，故沉淀B的主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3。(4)根據(jù)化合價升降法、電荷守恒和質量守恒配平可得：2MnOeq\o\al(－,4)＋6H＋＋5H2C2O4=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，設含鈣的物質的量為xmol，由反應方程式和鈣元素守恒可得關系式：5Ca2＋～5H2C2O4～2MnOeq\o\al(－,4)5mol2molxmol0.0500mol·L－1×36.00×10－3L解得x＝4.5×10－3，則0.400g水泥樣品中鈣元素的質量為4.5×10－3mol×40g·mol－1＝0.180g，故該水泥樣品中鈣的質量分數(shù)為eq\f(0.180g,0.400g)×100%＝45.0%。第二部分：最新模擬精練完卷時間：50分鐘一、選擇題（每小題只有一個正確選項，共12*5分）1．（2022·江蘇蘇州·模擬預測）工業(yè)可通過Al2O3+N2+3C2AlN+3CO制得高溫陶瓷材料AlN。下列說法正確的是A．傳統(tǒng)陶瓷主要成分是硅酸鹽 B．AlN是分子晶體C．N2發(fā)生氧化反應 D．反應為復分解反應【答案】A【解析】A．玻璃、水泥和陶瓷均屬于無機硅酸鹽產(chǎn)品，則傳統(tǒng)陶瓷主要成分是硅酸鹽，A正確；B．AlN具有很高的熔點，故不是分子晶體，而是共價晶體(或者稱為原子晶體)，B錯誤；C．Al2O3+N2+3C2AlN+3CO反應中N的化合價由0價降低到-3價，故N2發(fā)生還原反應，C錯誤；D．復分解反應是指兩種化合物互相交換成分生成兩種新的化合物的反應，故該反應不屬于復分解反應，屬于氧化還原反應，D錯誤；故答案為：A。2．（2022·江蘇·模擬預測）我國擬定于2022年底發(fā)射“愛因斯坦”探針衛(wèi)星，首次填補時域天文觀測和高能天體物理研究的國際空白。X射線主探器單體結構如圖，下列有關物質的性質與用途不具有對應關系的是A．金屬鈹有延展性，可作主探器的射線窗B．石英對光線全反射，可作光導材料C．SiO2屬于原子晶體，可作耐高溫材料D．NaI、CsI遇光易分解，作為閃爍體【答案】D【解析】A．鈹窗利用了鈹?shù)难诱剐?，將鈹做成鈹片，A不選；B．石英對光線全反射，傳導光的能力非常強，可作光導材料，B不選；C．SiO2屬于原子晶體，熔點很高，可作耐高溫材料，C不選；D．NaI、CsI能作為閃爍體的原因是：吸收高能粒子，閃爍體中的電子被激發(fā)躍遷后又回到基態(tài)，釋放光能而發(fā)光，不涉及化學變化，即不涉及NaI、CsI的分解，D選；答案選D。3．（2022·上海虹口·模擬預測）天然晶體稱為水晶，是古代重要寶石品種。有關的說法錯誤的是A．屬于原子晶體 B．屬于非電解質 C．屬于酸性氧化物 D．含有鍵【答案】D【解析】A．SiO2屬于原子晶體，A正確；B．SiO2難溶于水，在熔融狀態(tài)下也不能導電，屬于非電解質，B正確；C．SiO2屬于酸性氧化物，能和強堿反應生成硅酸鹽和水，C正確；D．SiO2晶體中只含有Si-O鍵，不含Si=O鍵，D錯誤；故選D。4．（2022·江蘇·模擬預測）“十四五”工作報告強調，中國將加速建設新能源供給消納體系。硅基能源逐步取代碳基能源的革命，必須舉全國之力破解芯片技術受制于人的困局。以下說法不正確的是A．碳基能源主要指煤、石油、天然氣，我國的煤炭資源稟賦優(yōu)于石油B．硅在地殼中的含量僅次于氧，從沙灘到用戶，硅發(fā)生了還原反應C．半導體工藝中一般需要在晶硅中摻雜第IIIA族與第VA族元素D．半導體工藝中用刻蝕劑-電子級氟化氫可加壓保存在玻璃罐體中【答案】D【解析】A．碳基能源主要指煤、石油、天然氣，我國的煤炭儲量及開發(fā)技術均優(yōu)于石油，A說法正確；B．硅在地殼中的含量僅次于氧，從沙灘到用戶，硅由SiO2轉化為硅單質，化合價下降，發(fā)生了還原反應，B說法正確；C．晶硅中摻雜第IIIA族與第VA族元素，形成PN結，在接通電源或受光的激發(fā)，自由電子可向空穴方向移動(單向移動)(見圖)，C說法正確；D．氟化氫可與玻璃容器中二氧化硅發(fā)生反應，故D說法錯誤。故選D。5．（2022·北京·模擬預測）近年來我國取得讓世界矚目的科技成果，化學功不可沒。下列說法不正確的是A．“天和核心艙”電推進系統(tǒng)中的腔體采用氮化硼陶瓷屬于有機物B．“北斗系統(tǒng)”組網(wǎng)成功，北斗芯片中的半導體材料為硅C．“嫦娥五號”運載火箭用液氧液氫推進劑，產(chǎn)物對環(huán)境無污染D．“奮斗者”號潛水器外殼材料為鈦合金，22號鈦元素屬于過渡元素【答案】A【解析】A．氮化硼陶瓷屬于無機物，A說法錯誤；B．硅單質是常用的半導體材料，可用于制作芯片，B說法正確；C．液氧液氫作推進劑，產(chǎn)物是水，對環(huán)境沒有污染，C說法正確；D．鈦位于元素周期表第四周期第ⅡB族，屬于過渡金屬元素，D說法正確；答案選A。6．（2022·河北滄州·二模）作為我國將“碳達峰、碳中和”納入生態(tài)文明建設整體布局后的首個世界級體育盛會，北京2022年冬奧會向世界展現(xiàn)了我國的科技實力。下列說法錯誤的是A．速滑運動員佩戴的頭盔使用的碳纖維屬于無機材料B．可穿戴式智能測溫設備“測溫創(chuàng)可貼”的測溫芯片主要成分是二氧化硅C．二氧化碳取代氟利昂作為制冷劑，對保護臭氧層作出重要貢獻D．可降解餐具的原料玉米淀粉、甘蔗渣的主要成分都屬于糖類【答案】B【解析】A．碳纖維是由碳單質形成的，屬于無機材料，A正確；B．硅是良好的半導體材料，可用于制作芯片，則測溫芯片主要成分是硅，B錯誤；C．釋放氟利昂對臭氧層有損害，用二氧化碳取代氟利昂作為制冷劑，可保護臭氧層，C正確；D．淀粉屬于多糖、甘蔗中蔗糖屬于二糖，它們都屬于糖類，D正確；故選：B。7．（2022·上海·三模）由于石墨烯獨特的結構，在石墨烯薄膜上施加較低的電壓(1-10V)即可產(chǎn)生較高的熱量，平昌冬奧會“北京8分鐘”主創(chuàng)團隊用石墨烯制作了20℃能發(fā)熱4h的智能服飾，向世界展現(xiàn)了新時代的中國形象，下列說法中錯誤的是A．石墨烯是能導熱的金屬材料B．石墨烯屬于單質C．石墨烯能導電D．在石墨烯薄膜上施加電壓，使電能轉化為熱能【答案】A【解析】A．石墨烯屬于碳單質，是能夠導熱的非金屬材料，A錯誤；B．石墨烯是碳的單質，B正確；C．石墨烯屬于碳單質，碳單質具有良好的導電性，可以導電，C正確；D．根據(jù)題干信息可知，在石墨烯薄膜上施加較低的電壓(1-10V)即可產(chǎn)生較高的熱量，使電能轉化為熱能，D正確；答案選A。8．（2022·山東師范大學附中模擬預測）部分含碳物質的分類與相應碳元素的化合價關系如圖所示。下列說法錯誤的是A．固態(tài)p可做制冷劑用于人工降雨B．p轉化為r可通過化合反應來實現(xiàn)C．m轉化為n或o的反應均釋放能量D．n的一種同素異形體中既存在共價鍵也存在范德華力【答案】C【解析】依據(jù)價類二維圖可知：m為甲烷、n為碳單質、o為CO、p為CO2、r為碳酸鹽。A．p為二氧化碳，可做制冷劑用于人工降雨，A項正確；B．二氧化碳與氧化鈣反應生成鹽碳酸鈣，是化合反應實現(xiàn)，B項正確；C．甲烷轉化為二氧化碳是放熱反應，C項錯誤；D．碳有多種同素異形體，如金剛石、石墨等，石墨既存在共價鍵也存在范德華力，D項正確；答案選C。9．（2022·全國·模擬預測）“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金?！痹娋渲械摹吧场钡闹饕煞质?，下列說法錯誤的是A．屬于酸性氧化物，不與任何酸反應B．“水玻璃”可以由與NaOH溶液反應制得C．是制取傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品玻璃的原料之一D．通常所說的“從沙灘到用戶”，這句話涉及工業(yè)上制備粗硅的工藝【答案】A【解析】A．屬于酸性氧化物，但其能與氫氟酸反應，A項錯誤；B．“水玻璃”是硅酸鈉溶液，可由與NaOH溶液反應制得，B項正確；C．普通玻璃的成分是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅，與碳酸鈉在高溫條件下反應生成硅酸鈉和二氧化碳，C項正確；D．“從沙灘到用戶”的實質為工業(yè)上制粗硅的反應原理，即，D項正確；故選A。10．（2022·廣東茂名·一模）硅及其化合物在人類進步中發(fā)揮了重要作用。和用于制造芯片，用于制造光纖，用作木材防火劑。下列說法正確的是A．在自然界以游離態(tài)存在 B．和具有優(yōu)良的導電性C．不與酸反應 D．溶液可與反應【答案】D【解析】A．硅在自然界中以化合態(tài)存在，而不是游離態(tài)形式存，故A錯誤；B．和屬于半導體，導電能力弱，故B錯誤；C．SiO2能與氫氟酸發(fā)生反應，而不是不與任何酸反應，故C錯誤；D．碳酸的酸性比硅酸強，則Na2SiO3溶液可與反應生成H2SiO3，故D正確；故選：D。11．（2022·廣東·模擬預測）壽山石是中國傳統(tǒng)四大印章石之一，含葉蠟石、高嶺石等黏土礦物。下列說法錯誤的是A．壽山石的硬度與金剛石相當B．葉蠟石、高嶺石的主要成分屬于硅酸鹽C．壽山石的紅色條紋與Fe2O3含量有關D．壽山石印章要避免與強酸、強堿接觸【答案】A【解析】A．已知壽山石是中國傳統(tǒng)四大印章石之一，雕刻印章時通常用鋼刀或金剛石進行，故壽山石的硬度比金剛石小，A錯誤；

B．黏土屬于硅酸鹽，故葉蠟石、高嶺石的主要成分屬于硅酸鹽，B正確；C．Fe2O3是一種紅棕色粉末，故壽山石的紅色條紋與Fe2O3含量有關，C正確；D．壽山石中含有鋁硅酸鹽，既能與強酸又能與強堿反應，故壽山石印章要避免與強酸、強堿接觸，D正確；故答案為：A。12．（2022·天津市咸水沽第一中學模擬預測）第24屆冬奧會于2022年2月4日在北京開幕，“科技冬奧”理念，體現(xiàn)在方方面面。下列說法不正確的是A．滑雪板板心木質材料的主要成分為纖維素，屬于天然有機高分子B．開幕式專用演出服為石墨烯智能發(fā)熱材料，屬于新型有機非金屬材料C．首鋼滑雪大跳臺的鋼結構賽道為鐵合金，屬于金屬材料D．“天機芯”是全球首款異構融合類腦計算芯片，其主要成分是高純硅【答案】B【解析】A．木質材料的主要成分為纖維素，纖維素屬于天然有機高分子化合物，A正確；B．石墨烯是碳單質的一種形式，屬于無機非金屬材料，B錯誤；C．鋼是鐵碳合金，屬于金屬材料，C正確；D．計算機芯片的主要成分是硅，D正確；故答案選B。二、主觀題（共3小題，共40分）13.（2022·全國·高三專題練習）（14分）研究CO2在海洋中的轉移和歸縮，是當今海洋科學研究的前沿領域。(1)溶于海水的CO2主要以4種無機碳形式存在，其中HCOeq\o\al(－,3)占95%。寫出CO2溶于水產(chǎn)生HCOeq\o\al(－,3)的方程式：___________、______________。(2)在海洋碳循環(huán)中，通過如圖所示的途徑固碳。①寫出鈣化作用的離子方程式：____________________________。②同位素示蹤法證實光合作用釋放出的O2只來自H2O。用18O標記物質的光合作用的化學方程式如下，將其補充完整：________＋________(CH2O)x＋x18O2＋xH2O(3)海水中溶解無機碳占海水總碳的95%以上，其準確測量是研究海洋碳循環(huán)的基礎。測量溶解無機碳，可采用如下方法：①氣提、吸收CO2。用N2從酸化后的海水中吹出CO2并用堿液吸收(裝置示意圖如下)。將虛線框中的裝置補充完整并標出所用試劑。②滴定。將吸收液吸收的無機碳轉化為NaHCO3，再用xmol·L－1HCl溶液滴定，消耗ymLHCl溶液。海水中溶解無機碳的濃度＝________mol·L－1?！敬鸢浮浚靠?分）(1)CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3)(2)①2HCOeq\o\al(－,3)＋Ca2＋=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O②xCO22xHeq\o\al(18,2)O(3)①②eq\f(x·y,z)【解析】(1)CO2溶于水產(chǎn)生HCOeq\o\al(－,3)的方程式為CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3)。(2)①根據(jù)題圖找出鈣化作用的反應物和生成物，可知發(fā)生反應的離子方程式為Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根據(jù)題圖中光合作用及元素守恒可配平，注意18O的標記。(3)①酸化海水不能用揮發(fā)性的酸，因為要用NaOH溶液吸收CO2，故選用H2SO4溶液酸化。②NaHCO3～HCl，海水中溶解無機碳的濃度為eq\f(xmol·L－1×y×10－3L,z×10－3L)＝eq\f(x·y,z)mol·L－1。14．（12分）（2022·全國·高三專題練習）硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。(1)新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學性質穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學氣相沉積法，在H2的保護下，使SiCl4與N2反應生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應的化學方程式：________________________。(2)一種工業(yè)用硅(含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物)，已知硅的熔點是1420℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。一種合成氮化硅的主要工藝流程如下：①凈化N2和H2時，銅屑的作用是___________________________，硅膠的作用是_________________________________________________。②在氮化爐中發(fā)生反應3SiO2(s)＋2N2(g)=Si3N4(s)＋3O2(g)ΔH＝－727.5kJ·mol－1，開始時，嚴格控制氮氣的流速以控制溫度的原因是___________________________；體系中要通入適量的氫氣是為了____________________________________________________________。③X可能是________(填“鹽酸”“硝酸”“硫酸”或“氫氟酸”)?！敬鸢浮浚靠?分）(1)3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl(2)①除去原料氣中的氧氣除去生成的水蒸氣②該反應是放熱反應，防止局部過熱，導致硅熔化成團，阻礙與N2的接觸將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去(或將整個體系中空氣排盡)③硝酸【解析】(1)根據(jù)原子個數(shù)守恒可寫出化學方程式3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧氣和水蒸氣都能腐蝕氮化硅，而氮氣和氫氣中含有水蒸氣和氧氣，所以銅屑的作用是除去氧氣，硅膠的作用是除去水蒸氣。②因為該反應是放熱反應，如果溫度過高，局部過熱，會導致硅熔化成團，阻礙與N2的接觸；通入氫氣能將體系中的氧氣轉化為水蒸氣，而易被除去。③由于工業(yè)用硅中含有銅的氧化物，在反應中氧化銅能被還原生成銅，因此要除去銅應該選擇硝酸，鹽酸和硫酸不能溶解銅，氫氟酸能腐蝕氮化硅。15．（2021·全國·高三開學考試）（14分）化合物A由三種短周期元素組成，某興趣小組進行了如下實驗：已知：氣體甲為純凈物且只含兩種元素，在標況下體積為672mL；固體甲為常用的耐火材料，溶液乙為建筑行業(yè)中常用的粘合劑。請回答下列問題：（1）A的組成元素為_____（用元素符號表示），A的化學式為_____；（2）寫出A溶于鹽酸的化學方程式______________________________。（3）寫出氣體甲與NaOH（aq）反應的離子方程式___________________。（4）往溶液乙中通入少量CO2氣體發(fā)生的化學方程式___________________。（5）高溫下A與足量氯氣能發(fā)生劇烈爆炸，生成三種常見化合物，試寫出相應的化學方程式_____。【答案】（除標注外，每空2分）（1）Mg、Si、H（3分）MgSi2H4（3分）（2）MgSi2H4+2HCl=Si2H6↑+MgCl2（3）Si2H6+4OH-+2H2O=2+7H2↑（4）Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓（5）MgSi2H4+7Cl2MgCl2+2SiCl4+4HCl【解析】2.52gA中加入20mL3mol/L的鹽酸發(fā)生反應生成氣體甲為純凈物且只含兩種元素，