高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第4章 常見非金屬及其化合物 第1講 碳、硅及無機(jī)非金屬材料課時規(guī)范訓(xùn)練

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碳、硅及無機(jī)非金屬材料 [單獨(dú)成冊] 1．下列物質(zhì)：①氫氟酸；②濃H2SO4；③燒堿溶液；④Na2CO3固體；⑤氧化鈣；⑥濃HNO3。其中在一定條件下能與SiO2反應(yīng)的有(　　) A．①②⑥　　　　 B．②③⑥ C．①③④⑤ D．全部 解析：選C。SiO2不溶于除HF之外的任何酸，因此SiO2與濃H2SO4、濃HNO3不反應(yīng)。 2．硅是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯誤的是(　　) A．氮化硅陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料，其化學(xué)式為Si3N4 B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔點(diǎn)高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承 C．光導(dǎo)纖維是一種新型無機(jī)非金屬材料，其主要成分為SiO2 D．二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其晶體中硅原子和硅氧單鍵的個數(shù)之比為1∶2 解析：選D。二氧化硅晶體中，一個硅原子可形成4個硅氧單鍵，故硅原子和硅氧單鍵的個數(shù)之比為1∶4，故D錯誤。 3．下列敘述正確的是(　　) A．高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，說明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸強(qiáng) B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能貯存氫氟酸 C．石灰抹墻、水泥砌墻的硬化過程原理相同 D．玻璃窯中出來的氣體的主要成分是二氧化碳 解析：選D。二氧化硅在高溫下能與碳酸鈉反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，但不能說明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)，上述反應(yīng)之所以能進(jìn)行，是因?yàn)镃O2不斷逸出，而促使了反應(yīng)向右進(jìn)行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，會與氫氟酸反應(yīng)；石灰抺墻的硬化過程是因?yàn)榘l(fā)生了反應(yīng)CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，而水泥砌墻是水泥與水作用發(fā)生一系列變化而凝固變硬。 4．下列有關(guān)硅及硅酸鹽材料的說法正確的是(　　) A．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中 B．反應(yīng)①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反應(yīng)②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，兩反應(yīng)是相互矛盾的，不可能都能發(fā)生 C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料 D．祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeOAl2O36SiO2 解析：選D。A項(xiàng)，硅酸鈉溶液本身是一種黏合劑，易造成磨口玻璃塞與瓶口粘結(jié)；B項(xiàng)，兩反應(yīng)條件不同，反應(yīng)①是在溶液中進(jìn)行，強(qiáng)酸可以制弱酸，而高溫條件下，CO2是氣體，逸出反應(yīng)體系，能促使反應(yīng)發(fā)生；C項(xiàng)，石英玻璃的成分為SiO2，SiO2是氧化物不是鹽；D項(xiàng)正確。 5．硅烷(SiH4)在空氣中易自燃或爆炸，可作橡膠等產(chǎn)品的偶聯(lián)劑，硅烷的制備方法為Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑。下列說法不正確的是(　　) A．制備硅烷的反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng) B．硅烷自燃反應(yīng)中的氧化劑是SiH4 C．硅烷自燃產(chǎn)生SiO2和H2O D．制備硅烷時應(yīng)隔絕氧氣 解析：選B。硅烷自燃反應(yīng)中的氧化劑是O2，B錯誤。 6．青石棉(crocidolite)是世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，青石棉的化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法中正確的是(　　) A．青石棉是一種易燃品，且易溶于水 B．青石棉的化學(xué)組成用氧化物的形式可表示為：Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O C．1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2與足量的硝酸作用，至少需消耗8.5 L 2 molL－1 HNO3溶液 D．1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2與足量氫氟酸作用，至少需消耗7 L 2 molL－1 HF溶液 解析：選B。青石棉既不能燃燒，也不溶于水；將Na2Fe5Si8O22(OH)2改寫成氧化物的形式，即為Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O，其中的Na2O、FeO、Fe2O3、SiO2均能與氫氟酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，而Na2O、Fe2O3可與硝酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，F(xiàn)eO與硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)：3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，SiO2與硝酸不反應(yīng)，根據(jù)1 mol青石棉中各氧化物與HF、HNO3反應(yīng)的情況及反應(yīng)時的物質(zhì)的量之比可判斷C、D錯誤。 7．壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O34SiO2H2O，下列觀點(diǎn)不正確的是(　　) A．壽山石雕刻作品要避免與酸、堿接觸 B．壽山石顏色豐富多彩是因?yàn)楹胁煌螒B(tài)的金屬氧化物 C．潮濕的空氣可能導(dǎo)致壽山石作品表面溶解變質(zhì) D．置于干燥空氣中可能會導(dǎo)致壽山石作品脫水變質(zhì) 解析：選C。根據(jù)壽山石的主要成分，可知其能與酸或堿發(fā)生反應(yīng)，A對；壽山石中含有不同形態(tài)的Al2O3，造成其色彩豐富，B對；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反應(yīng)，不會溶解變質(zhì)，C錯；久置于干燥空氣中，會造成其中的結(jié)晶水失去而變質(zhì)，D對。 8．二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(見下圖)，下列說法正確的是(　　) A．SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物 B．SiO2和Si都是光導(dǎo)纖維材料 C．在硅膠中加入CoCl2可顯示硅膠吸水是否失效 D．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng) 解析：選C。兩性氧化物的定義為與酸和堿反應(yīng)均只生成鹽和水的氧化物，SiO2與HF反應(yīng)得到的SiF4不屬于鹽類，A項(xiàng)錯誤；SiO2是光導(dǎo)纖維材料，Si為半導(dǎo)體材料，B項(xiàng)錯誤；CoCl2在吸水和失水狀態(tài)下顯示不同的顏色，C項(xiàng)正確；制取Si的過程中涉及了氧化還原反應(yīng)，D項(xiàng)錯誤； 9．在含2 mol NaOH、1 mol Na2SiO3的溶液中滴加稀鹽酸至過量，下列關(guān)于沉淀質(zhì)量(m)與鹽酸體積(V)之間關(guān)系的圖像正確的是(　　) 解析：選C。在氫氧化鈉、硅酸鈉的混合溶液中滴加稀鹽酸，氫氧化鈉優(yōu)先反應(yīng)，因?yàn)楣杷崮芎蜌溲趸c反應(yīng)。NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。硅酸不溶于鹽酸，2 mol NaOH與2 mol HCl完全反應(yīng)，1 mol Na2SiO3與2 mol HCl完全反應(yīng)，本題選C。 10．將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質(zhì)是(　　) A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3 C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2 解析：選A。將足量CO2氣體通入水玻璃中，發(fā)生反應(yīng)：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加熱蒸干，高溫灼燒時發(fā)生反應(yīng)：H2SiO3H2O＋SiO2；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固體物質(zhì)是Na2SiO3，故選A項(xiàng)。 11．用足量的CO還原13.7 g某鉛氧化物，把生成的CO2全部通入到過量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后質(zhì)量為8.0 g，則此鉛氧化物的化學(xué)式是(　　) A．PbO B．Pb2O3 C．Pb3O4 D．PbO2 解析：選C。設(shè)此鉛氧化物的化學(xué)式為PbxOy， PbxOy～y[O]～yCO～yCO2～yCaCO3 16y 100y m(O)＝1.28 g 8.0 g 所以m(Pb)＝13.7 g－1.28 g＝12.42 g x∶y＝∶＝3∶4。 12．將含有0.1 mol SiO2的鋁、硅混合物分別與足量NaOH溶液、鹽酸混合，充分反應(yīng)后前者可得到11.2 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，后者可得到6.72 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則參加反應(yīng)的n(HCl)與n(NaOH)之比為(　　) A．1∶1　　　　　 B．1∶2 C．2∶1 D．3∶1 解析：選A?；旌衔锱c足量NaOH溶液反應(yīng)生成的n(H2)1＝ ＝0.5 mol，混合物與足量鹽酸反應(yīng)生成的n(H2)2＝＝0.3 mol，混合物中只有鋁能與鹽酸反應(yīng)，由此可求出n(Al)＝n(H2)＝0.2 mol，硅、鋁均能與NaOH溶液反應(yīng)且鋁與NaOH溶液反應(yīng)放出的氫氣也是0.3 mol，故硅與NaOH溶液反應(yīng)放出的氫氣是0.2 mol，由此可求出n(Si)＝0.1 mol。鋁完全反應(yīng)消耗0.6 mol HCl，三種物質(zhì)與NaOH溶液反應(yīng)，消耗0.6 mol NaOH，故n(HCl)∶n(NaOH)＝1∶1。 13．含A元素的一種單質(zhì)是一種重要的半導(dǎo)體材料，含 A元素的一種化合物C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導(dǎo)纖維，C與燒堿反應(yīng)生成含A元素的化合物D。 (1)在元素周期表中，A位于 族，與A同族但相對原子質(zhì)量比A小的元素B的原子結(jié)構(gòu)示意圖為 ，A與B在原子的電子層結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)是 。 (2)易與C發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是 (寫名稱)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 (3)將C與純堿混合高溫熔融時也發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成D，同時還生成B的最高價氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成含A的化合物F。 ①寫出生成D和F的化學(xué)反應(yīng)方程式： 。 ②要將純堿高溫熔化，下列坩堝中可選用的是 。 A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝 C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝 (4)100 g C與石灰石的混合物充分反應(yīng)后，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L,100 g混合物中石灰石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 。 解析：(1)A元素單質(zhì)可作半導(dǎo)體材料，含A元素的某化合物是制造光導(dǎo)纖維的原料，可知A為硅元素，C為SiO2，D為Na2SiO3。比硅相對原子質(zhì)量小的同族元素B為碳。(2)C為SiO2，能與SiO2反應(yīng)的酸只有氫氟酸。(3)SiO2與Na2CO3高溫下反應(yīng)生成Na2SiO3和CO2，含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能與Na2CO3在高溫下反應(yīng)，故不能用以上材質(zhì)的坩堝熔融Na2CO3。(4)若SiO2恰好完全反應(yīng)或過量，與CaCO3反應(yīng)的化學(xué)方程式只有一個，即CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3過量，除發(fā)生上述反應(yīng)外，還會發(fā)生反應(yīng)：CaCO3CaO＋CO2↑?？傊珻aCO3的多少決定了CO2的產(chǎn)量，可通過以下關(guān)系列式求解： CaCO3　　～ 　　CO2 100 g 22.4 L m(CaCO3) 11.2 L m(CaCO3)＝50 g 混合物中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：100%＝50%。 答案：(1)ⅣA　 　最外層均有4個電子，最內(nèi)層均有2個電子 (2)氫氟酸　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓?、贒 (4)50% 14．晶體硅是信息科學(xué)和能源科學(xué)中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽能電池等。以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法。 請回答下列問題(各元素用相應(yīng)的元素符號表示)： (1)在上述生產(chǎn)過程中，屬于置換反應(yīng)的有 (填反應(yīng)代號)。 (2)寫出反應(yīng)③的化學(xué)方程式 。 (3)化合物W的用途很廣，通常可用作建筑工業(yè)和造紙工業(yè)的黏合劑，可作肥皂的填充劑，是天然水的軟化劑。將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1 373～1 623 K反應(yīng)，生成化合物W，其化學(xué)方程式是 。 (4)A、B、C三種氣體在“節(jié)能減排”中作為減排目標(biāo)的一種氣體是 (填化學(xué)式)；分別通入W溶液中能得到白色沉淀的氣體是 (填化學(xué)式)。 (5)工業(yè)上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣，再提純水煤氣得到純凈的H2，提純水煤氣得到純凈的H2的化學(xué)方程式為 。 解析：反應(yīng)①為石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反應(yīng)：SiO2＋2CSi＋2CO↑，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)②是Si＋3HClSiHCl3＋H2，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)③是SiHCl3＋H2Si＋3HCl，屬于置換反應(yīng)；反應(yīng)④為特定條件下的反應(yīng)：CO＋H2O(g)H2＋CO2，不屬于置換反應(yīng)。A、B、C分別為CO、CO2、HCl，其中CO2是溫室氣體，是節(jié)能減排的目標(biāo)氣體，CO2和HCl通入W(硅酸鈉)溶液中能夠生成白色沉淀(硅酸)。 答案：(1)①②③ (2)SiHCl3＋H2Si＋3HCl (3)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ (4)CO2　CO2和HCl (5)CO＋H2O(g)CO2＋H2、 CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O 15．硅是帶來人類文明的重要元素之一，在傳統(tǒng)材料發(fā)展到信息材料的過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。 (1)新型陶瓷Si3N4的熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的作用下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 (2)一種用工業(yè)硅(含少量鐵、銅的單質(zhì)及化合物)和氮?dú)?含少量氧氣)合成氮化硅的工藝主要流程如下： 已知硅的熔點(diǎn)是1 420 ℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。 ①N2凈化時，銅屑的作用是： ； 硅膠的作用是 。 ②在氮化爐中反應(yīng)為3Si(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)　ΔH＝－727.5 kJ/mol，開始時須嚴(yán)格控制氮?dú)獾牧魉僖钥刂茰囟鹊脑蚴? 。 ③X可能是 (選填“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氫氟酸”)。 (3)工業(yè)上可以通過如下圖所示的流程制取純硅： ①整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 ②假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是 。 解析：(1)工業(yè)上采用化學(xué)氣相沉淀法制備Si3N4的反應(yīng)中，反應(yīng)物是H2、SiCl4和N2，根據(jù)質(zhì)量守恒，除了Si3N4外，還有HCl氣體生成，從而寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)①氮?dú)庵泻猩倭垦鯕饧八魵猓邷叵卵鯕饧八魵饽苊黠@腐蝕產(chǎn)品Si3N4，因此需將氮?dú)鈨艋肅u除去氧氣，硅膠除去水蒸氣。②氮化爐溫度為1 200～1 400 ℃，硅的熔點(diǎn)為1 420 ℃，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，嚴(yán)格控制氮?dú)饬魉?，以控制溫度? 200～1 400 ℃，防止硅熔化成團(tuán)，阻礙硅與氮?dú)獬浞纸佑|。③Si3N4與氫氟酸反應(yīng)，而硝酸不反應(yīng)，且稀硝酸可將硅塊中的Fe、Cu雜質(zhì)溶解而除去。(3)①SiHCl3與H2O反應(yīng)生成H2SiO3、鹽酸和H2。②制取1 mol純硅第一輪次： 反應(yīng)Ⅰ　Si?。?HClSiHCl3?。2， 1 mol 3 mol/90% 1 mol 1 mol 反應(yīng)Ⅱ　SiHCl3?。2　　Si?。?HCl， 1 mol 1 mol/93.75% 1 mol 3 mol 第二輪次生成中，需補(bǔ)充HCl物質(zhì)的量為3 mol/90%－3 mol，需補(bǔ)充H2物質(zhì)的量為1 mol/93.75%－1 mol，則n(HCl)∶n(H2)＝(3 mol/90%－3 mol)∶(1 mol/93.75%－1 mol)＝5∶1。 答案：(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl (2)①除去原料氣中的氧氣　除去水蒸氣?、谶@是放熱反應(yīng)，防止局部過熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團(tuán)，阻礙與N2的充分接觸?、巯跛? (3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑ ②5∶1