（课标版）高考化学一轮复习 核心突破练案（10）碳、硅及其重要化合物（含解析）新人教版-新人教版高三化学试题

第10讲碳、硅及其重要化合物A组基础必做题1．(2020·天津静海调研)《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事、天文等领域的发展受到世界瞩目，它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是(C)A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料B．“中国歼­20”上用到的氮化镓材料属于合金材料C．“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅[解析]本题以“中国名片”为背景，考查与化学相关的各种材料的具体应用。钢铁属于金属材料，故A项错误；合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，是混合物，而氮化镓是化合物，不属于合金，故B项错误；高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，故C项正确；太阳能电池板的主要材料是单质硅，故D项错误。2．(2020·山西省实验中学联考)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是(D)A．晶体硅具有半导体性质，可用于生产光导纤维B．玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰C．陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料D．硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2[解析]晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片等，二氧化硅可用于制造光导纤维，A不正确；用于雕刻玻璃纹饰的是氢氟酸，而不是NaOH溶液，B不正确；陶瓷、水泥属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，C不正确；硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2，D正确。3．(2020·安徽合肥一中、马鞍山二中等六校联考)化学与生产和生活密切相关。下列有关说法正确的是(D)A．古代记载文字的器物——甲骨，其主要成分是蛋白质B．工艺装饰材料——天然水晶，属于硅酸盐产品C．第五形态的碳单质——“碳纳米泡沫”，与石墨烯互为同分异构体D．秸秆经加工处理成具有吸水性的材料——植物纤维，可用作食品干燥剂[解析]本题考查物质的组成。古代记载文字的器物——甲骨，其主要成分是含钙物质，故A项错误；工艺装饰材料——天然水晶，其主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐产品，故B项错误；“碳纳米泡沫”与石墨烯属于组成元素相同、结构不同的两种单质，互为同素异形体，故C项错误：秸秆经加工处理成具有吸水性的材料——植物纤维，具有无毒、无味的特性，可用作食品干燥剂，故D项正确。4．(2020·湖南永州模拟)化学与科技、生活密切相关。下列叙述正确的是(D)A．泰国银饰和土耳其彩瓷是“一带一路”沿线国家的特色产品，其主要成分均为金属材料B．从石墨中剥离出的石墨烯薄片能导电，因此石墨烯是电解质C．中国天眼FAST用到的高性能碳化硅是一种新型的有机高分子材料D．国产客机大规模使用先进的材料铝锂合金，该合金密度小，强度高[解析]本题考查各种材料的组成、性质与具体用途。泰国银饰中的银为金属单质，属于金属材料，土耳其彩瓷的主要成分是硅酸盐，属于无机非金属材料，故A项错误，电解质是指在水溶液或熔融状态下能导电的化合物，而从石墨中剥离出的石墨烯薄片属于单质，故B项错误；中国天眼FAST用到的碳化硅是一种新型的无机非金属材料，故C项错误：铝锂合金的密度较小，且其强度较高，可以大规模使用在国产客机上，故D项正确。5．(2020·四川宜宾三诊)中国传统文化中的“笔、墨、纸、砚”被称为“文房四宝”。下列说法错误的是(D)A．毛笔中羊毫的主要成分是蛋白质B．墨中炭黑性质稳定可使古代字画长期保存而不褪色C．宣纸制作工序中的“加碱蒸煮”主要发生化学变化D．砚石中含有二氧化硅，结构式为O=Si=O[解析]本题考查“文房四宝”的主要成分及相关性质。动物毛发的主要成分是蛋白质，则毛笔中羊毫的主要成分是蛋白质，故A项正确；碳的化学性质稳定，常温下在空气中不易发生反应，所以用墨写字、画画可长期保存而不褪色，故B项正确；宣纸制作工序中的“加碱蒸煮”过程中发生了水解反应，故C项正确；二氧化硅属于原子晶体，硅原子和氧原子之间通过单键相连，故D项错误。6．(2019·山东潍坊检测)《天工开物》记载，“凡埏泥浩瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”“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”。下列说法正确的是(C)A．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理变化B．沙子和黏土主要成分为硅酸盐和碳酸钙C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦D．黏土和石灰石是制作砖瓦和陶瓷的主要原料[解析]黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理、化学变化过程，A项错误；沙子主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，B项错误；自然冷却得到红瓦，浇水冷却得到青瓦，C项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”可知黏土是制作砖瓦和陶瓷的主原料，没有石灰石，D项错误。7．(2019·四川达州检测)下列说法中正确的是(C)A．单质eq\o(→,\s\up7(O2))氧化物eq\o(→,\s\up7(H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up7(NaOH或HCl))盐，硅单质可以按上述关系进行转化B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示为Al2O3·SiO2·H2O[解析]本题考查硅及其化合物的性质与转化。A项，Si与O2反应生成SiO2，SiO2不与H2O反应，“氧化物eq\o(→,\s\up7(H2O))酸或碱”不能实现，错误；B项，b→c，c→a均不能通过一步反应实现，错误；C项，二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应生成盐和水，正确；D项，硅酸盐可以用盐的形式或氧化物的形式，[Al2Si2O5(OH)4]可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，错误。8．(2020·山东滨州高三检测)从“南澳一号”沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿烂的中华文明。青花瓷胎体的原料——高岭土[Al2Si2O5(OH)x]可掺进瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1300℃左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。(1)下列说法正确的是CD(填序号)。A．高岭土分子中x＝2B．钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液C．烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化D．青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品(2)在“南澳一号”考古过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。①洗涤石英砂的目的是除去石英砂中的NaCl杂质。②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。③在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率。④工业上常用纯净石英砂与C在高温下发生反应制备粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1﹕1。下列说法正确的是B(填序号)。A．SiC是一种传统的无机非金属材料B．制造粗硅时的反应为2SiO2＋5Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋SiC＋4CO↑C．在以上流程中，将盐酸改为NaOH溶液，也可达到目的D．纯净的SiO2只能用于制造光导纤维[解析](1)选项A，根据化合物中各元素的正、负化合价代数和等于零的原则，可得(＋3)×2＋(＋4)×2＋(－2)×5＋(－1)×x＝0，解得x＝4，A错；选项B，钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液，B错；选项C，根据陶瓷的制作过程可推测出烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，C正确；选项D，青花瓷，玻璃、水泥都属于硅酸盐产品，D正确。(2)①石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质，洗涤石英砂可使NaCl与SiO2分离。②SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。③将洗净的石英砂研磨成粉末后能增大反应物的表面积，从而增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率。④选项A，SiC是一种新型无机非金属材料。选项B，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1﹕1，根据元素的原子个数守恒和得失电子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO2＋5Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋SiC＋4CO↑。选项C，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离。选项D，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等，正确答案为B。B组能力提升题9．(2020·山东聊城模拟)青石棉(croCldolite)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(B)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·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被还原[解析]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。10．(2019·江西师大附中模拟)由下列实验事实得出的结论正确的是(C)A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B．由SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，可知碳的非金属性强于硅C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物[解析]二氧化硅难溶于水，但二氧化硅可以与强碱反应生成盐和水，故二氧化硅是硅酸的酸酐，A项错误；该反应中C能置换出硅是因为生成CO气体逸出，促进了反应的自发进行，不能通过该反应比较C、Si的非金属性，元素非金属性强弱常根据气态氢化物稳定性、最高价含氧酸的酸性、单质氧化性等进行比较，B项错误；由CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3，C项正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是其特殊性质，不能和其他酸发生反应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，D项错误。11．(2019·山西晋城检测)A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种短周期主族元素R，它们能发生如图所示的转化关系，已知A、B、D、E四种物质均难溶于水，单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气。下列说法正确的是(B)A．反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1﹕1B．化合物A既能溶于NaOH又能溶于氢氟酸C．反应④的离子方程式为2R＋2OH－＋2H2O=2ROeq\o\al(－,2)＋3H2↑D．化合物C的水溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应[解析]单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气，常见的是Al或Si，由图中转化关系可知，若R是Al，则C应为NaAlO2，但NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl和AlCl3，不能生成难溶物，所以R是Si，A在高温下能与焦炭和石灰石反应，说明A是SiO2，根据图中转化关系可推知，B为CaSiO2、D为Si、C为Na2SiO3、E为H2SiO3。反应①的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，由化学方程式可知氧化剂与还原制的物质的量之比为1﹕2，故A错误；SiO2既能与NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，故B正确；反应④的离子方程式为Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑，故C错误；反应①产生的气体是CO，Na2SiO3溶液与CO不反应，故D错误。12．(2019·湖北黄冈模拟)SiO2是一种化工原料，利用SiO2可以制备一系列物质。下列说法正确的是(C)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，常用于制造光导纤维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]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项错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B项错误；玻璃没有固定的熔点，D项错误。13．(2020·唐山模拟)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下：ABeq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(①),\s\do5(加热)))eq\x(化合物C)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(②过量NH3),\s\do5()))eq\x(化合物D)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(③隔绝空气),\s\do5(高温)))eq\x(X)为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，Ⅰ可用于制造光导纤维。eq\x(化合物C)eq\a\vs4\al(\f(④,水))eq\x(E)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(⑤硝酸银溶液),\s\do5(稀硝酸)))eq\x(G)eq\x(F)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(⑥NaOH),\s\do5(溶液)))eq\x(H)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(⑦),\s\do5(过量CO2)))eq\x(F)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(加热),\s\do5()))eq\x(I)按要求回答下列问题：(1)C的化学式为SiCl4；X的化学式为Si3N4。(2)写出下列化学方程式：反应①的化学方程式：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4。反应⑦的离子方程式：SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2HCOeq\o\al(－,3)。[解析]本题可从I入手推断，I可用于制造光导纤维，故其为二氧化硅，F为硅酸，H为硅酸钠。E为HCl，C为四氯化硅，X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4，反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。14．(2020·甘肃天水一中第二次考试)硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：(1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统无机非金属材料，其中生产普通玻璃的主要原料有纯碱、石英、石灰石。(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线。Ⅰ.锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意图如下：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(焦炭/高温),\s\do5(Ⅰ))eq\x(Si粗)eq\o(→,\s\up7(Cl2/300℃),\s\do5(Ⅱ))eq\x(SiCl4)eq\o(→,\s\up7(Zn/高温),\s\do5(Ⅲ))eq\x(高纯硅)①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(3273K))SiC＋2CO↑为副反应)，若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1﹕1，则参加反应的C和SiO2的质量之比为1﹕2。②整个制备过程必须严格控制无水。SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，反应的化学方程式是SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl。Ⅱ.工业上也可以通过如图所示的流程制取纯硅：①有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和蒸馏；SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9②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5﹕1。[解析](1)工业上生产普通玻璃的主要原料是纯碱、石英、石灰石。(2)Ⅰ.①过程Ⅰ中二氧化硅与C在高温下反应生成硅和一氧化碳，反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，副反应为SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(3273K))SiC＋2CO↑，若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1﹕1，根据化学方程式，假设生成1mol硅和1mol碳化硅，则参加反应的C和SiO2的物质的量分别为5mol和2mol，质量之比为(5mol×12g·mol－1)﹕(2mol×60g·mol－1)＝1﹕2。②SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，则为HCl和H2SiO3，反应的化学方程式为SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl。Ⅱ.①由表格中数据可知SiHCl3与其他几种物质沸点差别较大，可以通过蒸馏除去杂质；SiHCl3水解生成硅酸、氢气和氯化氢，反应的化学方程式为SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。②Ⅰ中反应为Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(553～573K))SiHCl3＋H2，Ⅱ中反应为SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1373～1453K))Si＋3HCl，则反应生产1mol纯硅需补充HCl：(eq\f(3,90%)－3)mol，需补充H2：(eq\f(1,93.75%)－1)mol，补充HCl与H2的物质的量之比为(eq\f(3,90%)－3)mol﹕(eq\f(1,93.75%)－1)mol≈5﹕1。15．(2020·天津武清月考)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息：①四氯化硅遇水极易水解；②SiCl4的沸点为57.6℃