化学名师讲练大一轮复习鲁科新高考地区专用版核心素养测评十四硅无机非金属材料

温馨提示：此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。核心素养测评十四硅无机非金属材料一、选择题(本题包括6小题,每题4分,共24分)1.(2020·铜陵模拟)据报道,我国华为公司的技术标准成为世界“5G”通讯标准的重要组成部分。随着“5G”时代的逐渐到来,以光导纤维为基础的信息高速通道更显重要。制造光导纤维的材料是 ()A.晶体硅 B.二氧化硅C.铜合金 D.不锈钢【解析】选B。光导纤维,其主要成分是SiO2,具有良好的导光性,故B正确。2.(2020·大庆模拟)下列说法正确的是 ()A.因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记B.下列转化在一定条件下能够实现:SiO2SiCl4Si2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物和SiO2都用于制造光导纤维【解析】选A。HF与SiO2反应,SiO2+4HFSiF4↑+2H2O,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记,故A正确;SiO2只溶于HF,不溶于盐酸,故B错误;HF与SiO2反应是HF的特性,SiO2与其他酸不反应,二氧化硅与氢氟酸反应生成产物为四氟化硅和水,所以二氧化硅不是两性氧化物,故C错误;Si用于制造晶体管,SiO2用于制造光导纤维,故D错误。3.(2020·商洛模拟)2019年9月19日,我国在酒泉卫星发射中心采取“一箭五星”的方式成功将“珠海一号”03组卫星发射升空。有一种新型“连续纤维增韧A.耐高温但不耐腐蚀B.比钢铁轻,但质地较脆C.有固定的熔点D.是一种新型无机非金属材料【解析】选D。碳化硅、陶瓷和碳纤维具有耐高温、抗氧化的性能,耐腐蚀,故A错误;“连续纤维增韧”航空材料,则说明该材料比钢铁轻、硬,具有良好的韧性,故B错误;该材料是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成,属于混合物,没有固定的熔点,故C错误;该材料由无机物复合而成,为新型无机非金属材料,故D正确。4.宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是()A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C.高品质的瓷器晶莹剔透,属于纯净物D.陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀,但是不能用来盛装氢氟酸【解析】选C。不同的金属氧化物颜色可能不同,在高温下,釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变,故A正确;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,故B正确;瓷器主要是黏土烧结而成,瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅,是混合物,故C错误;HF能与二氧化硅反应,陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅,所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸,故D正确。5.(2020·厦门模拟)我国著名书画家赵佶曾有诗句“雨过天晴云破处,千峰碧波翠色来”描述汝窑青瓷之美,青色主要来自添加的玛瑙粉末。下列有关说法错误的是 ()A.青瓷的青色来自玛瑙中的SiO2B.陶瓷是传统的无机非金属材料C.瓷器质量与原料矿物组成、升温速度、煅烧时间等因素有关D.青瓷化学性质稳定,耐酸碱侵蚀【解析】选A。青瓷的青色主要是以玛瑙粉末中的氧化钴为着色剂,添加铬、锰、铜等形成,二氧化硅为无色晶体,故A错误;陶瓷的传统概念是指所有以黏土等无机非金属矿物为原材料,经过高温烧制而成的产品,故B正确;瓷器质量与原料矿物组成不同、升温速度快慢、煅烧时间长短等因素有关,故C正确;青瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点,故D正确。6.科学家最近用金属钠还原CCl4和SiCl4制得一种一维SiC纳米棒,相关反应的化学方程式为8Na+CCl4+SiCl4SiC+8NaCl。下列说法不正确的是 ()和SiO2中Si元素的化合价相同B.上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应D.一维SiC纳米棒比表面积大,对微小粒子有较强的吸附能力【解析】选B。SiC和SiO2中Si元素的化合价均为+4,A项正确;SiC是还原产物,NaCl是氧化产物,B项错误;SiO2制备单质Si需加入还原剂,单质Si制备SiCl4需加入氧化剂,C项正确;一维粒子上下表面均能与其他物质接触,比表面积大,对微小粒子有较强的吸附能力,D项正确。二、非选择题(本题包括2小题,共26分)7.(12分)晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅;②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3,Si(粗)+3HClSiHCl3+H2;③经纯化的SiHCl3与过量H2在1100～1200℃下反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O剧烈反应,在空气中易自燃。请回答下列问题(1)第①步制备粗硅时1molC完全反应转移的电子数为________(设NA为阿伏加德罗常数的值)。

(2)粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点为℃)中含有少量SiCl4(沸点为℃)和HCl(沸点为℃),提纯SiHCl3的方法为(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去):①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热,其采用的方法是______________。

②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是________,装置D中发生反应的化学方程式为_______________________________。

③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及_____________________________。

【解析】(1)第①步反应为2C+SiO2Si+2CO↑,故1molC完全反应转移2mol电子。(2)由题给条件知,可以采用蒸馏的方法。(3)A为制取氢气的装置,B为干燥氢气的装置。SiHCl3在常温下为液态,装置C用水浴加热可以使其汽化,保证它和氢气充分接触并进入装置D中,在较高温度下反应得到单质硅。SiHCl3在空气中易自燃,故制备纯硅之前需要排尽装置中的空气。答案:(1)2NA(2)蒸馏(3)①浓硫酸水浴加热②有固体物质生成SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl③排尽装置中的空气8.(14分)硅是带来人类文明的重要元素之一,从传统材料到信息材料的发展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的保护下,使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面,写出该反应的化学方程式:_____________________________________。

(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物),已知硅的熔点是1420℃,①净化N2和H2时,铜屑的作用是_____________________________________,

硅胶的作用是___________________________________________________。

②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)+2N2(g)Si3N4(s)+3O2(g)ΔH=kJ·mol1,开始时,严格控制氮气的流速以控制温度的原因是_____________________________________;

体系中要通入适量的氢气是为了__________。

③X可能是____(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。

(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:假设每一轮次制备1mol纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应Ⅰ中HCl的利用率为90%,反应Ⅱ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)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl。(2)①由于氧气和水蒸气都能腐蚀氮化硅,而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气,所以铜屑的作用是除去氧气,硅胶的作用是除去水蒸气。②因为该反应是放热反应,如果温度过高,局部过热,会导致硅熔化成团,阻碍与N2的接触;通入氢气能将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物,在反应中氧化铜能被还原生成铜,因此要除去铜应该选择硝酸,盐酸和硫酸不能溶解铜,氢氟酸能腐蚀氮化硅。(3)反应生成1mol纯硅需补充HCl(390%3)mol,需补充H2(193.75%1)mol,补充HCl与答案:(1)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl(2)①除去原料气中的氧气除去生成的水蒸气②该反应是放热反应,防止局部过热,导致硅熔化成团,阻碍与N2的接触将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去(或将整个体系中空气排尽)③硝酸(3)5∶1一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)1.近年来,有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。下列有关硅及其化合物的描述正确的是 ()A.硅单质常用于制备半导体和光导纤维B.硅单质常温下性质稳定,自然界中硅元素主要以游离态的形式存在C.二氧化硅既能与NaOH溶液反应,又能与氢氟酸反应,是两性氧化物D.普通玻璃、水泥和陶瓷均为传统无机非金属材料【解析】选D。硅单质可用于制备半导体,但不用于制备光导纤维,A项错误。硅元素在自然界主要以二氧化硅、硅酸盐、多硅酸盐的形式存在,B项错误。二氧化硅与氢氟酸反应生成SiF4气体(不属于盐)和H2O,二氧化硅与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和水,故属于酸性氧化物,C项错误。普通玻璃、水泥、陶瓷属于传统无机非金属材料,D项正确。2.下列有关说法正确的是 ()A.生活中常见的陶瓷、水泥、石英玻璃的主要成分都是硅酸盐B.干冰只能用于人工降雨C.用二氧化碳生产肥料可以缓解温室效应D.二氧化硅制成的玻璃纤维,因导电能力强而用于制造通信光缆【解析】选C。A项,石英玻璃的主要成分为SiO2,不是硅酸盐,错误;B项,干冰升华会吸收热量,可作制冷剂,也可用于人工降雨,错误;D项,二氧化硅具有很强的导光能力从而用于制造通信光缆,错误。2是一种化工原料,可以制备一系列物质。下列说法正确的是 ()A.图中所有反应都不属于氧化还原反应B.硅酸盐的化学性质稳定,常用于制作光导纤维C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的,其熔点很高【解析】选C。图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应,SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应,A错误;光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐,B错误;玻璃没有固定的熔点,D错误。4.(2020·聊城模拟)青石棉(crocidolite)是一种致癌物质,是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一,其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时,还原产物只有NO,下列说法不正确的是 ()A.青石棉是一种硅酸盐产品B.青石棉中含有一定量的石英晶体C.青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2Omol青石棉能使1molHNO3被还原【解析】选B。硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称,故青石棉是一种硅酸盐产品;青石棉是一种纯净物,不可能含有一定量的石英晶体;1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反应时,失去3mol电子,而还原产物只有NO,故能使1molHNO3被还原。二、非选择题(本题包括2小题,共26分)5.(12分)石墨在材料领域中有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用流程如下:(注:SiCl4的沸点是℃,金属氯化物的沸点均高于150已知1mol石墨完全转化为金刚石需要吸收kJ的能量。请写出石墨转化为金刚石的热化学方程式:______________________________。

(1)向反应器中通入Cl2前,需通一段时间的N2。高温反应后,石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。80℃冷凝的目的是_______________________由活性炭得到气体Ⅱ的化学方程式为

______________________________。

(2)加入过量NaOH溶液得到溶液Ⅳ的离子方程式为_______________________。

(3)得到沉淀Ⅴ的过程中乙酸乙酯和加热的作用是_______________________。

1kg初级石墨最多可获得沉淀Ⅴ的质量为__________kg【解析】根据题意,1mol石墨完全转化为金刚石需要吸收kJ的能量,反应为吸热反应,ΔH>0,所以热化学方程式为C(s,石墨)C(s,金刚石)ΔHkJ·mol1。(1)因为初级石墨中含有Al2O3、Fe2O3和MgO等,通入Cl2后生成金属氯化物,所以80℃冷凝的目的是将MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体,从而与SiCl4分开,提高产物的纯度;活性炭和Cl2及SiO2反应生成CO气体和SiCl4,化学方程式为2C+SiO2+2Cl2SiCl4+2CO。(2)固体Ⅲ中含有MgCl2、FeCl3和AlCl3,当加入过量的NaOH溶液时,Mg2+和Fe3+分别与NaOH溶液反应生成Mg(OH)2和Fe(OH)3沉淀,Al3+与过量OH反应生成[Al(OH)4],过滤后得到的溶液Ⅳ中溶质为Na[Al(OH)4],则离子方程式为Al3++4OH[Al(OH)4]。(3)因为溶液Ⅳ中含有[Al(OH)4],水解生成Al(OH)3,溶液显碱性,乙酸乙酯会消耗OH促进[Al(OH)4]继续水解,另外通过加热也会促进[Al(OH)4]水解,加快反应的速率;沉淀Ⅴ为Al(OH)3,1kg初级石墨中含Al2O3的质量为51g,物质的量为0.5mol,含有的Al为1mol,所以沉淀Ⅴ为1mol的Al(OH)3,质量为0.078kg。答案:C(s,石墨)C(s,金刚石)ΔH=+1.9kJ·mol1(1)将MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体,从而与SiCl4分开2C+SiO2+2Cl2SiCl4+2CO(2)Al3++4OH[Al(OH)4](3)溶液Ⅳ中Na[Al(OH)4]水解显碱性,乙酸乙酯消耗Na[Al(OH)4]水解生成的OH,促进Na[Al(OH)46.(14分)(2020·南昌模拟)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒,与水接触易水解,沸点为℃。在铜催化作用下,HCl与硅在250～260℃反应可以制得SiH2Cl(1)以浓硫酸、浓盐酸为原料,选用A装置制取HCl,利用了浓硫酸的__________性。

(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为

______________________。

(3)按照气体从左到右的方向制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→()→(