2025版高考化学一轮总复习第4章非金属及其化合物第15讲无机非金属材料提能训练

第15讲无机非金属材料一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。1．(2024·山东高考化学一模测试)新材料的独创与制造，推动着人类社会的进步和发展。下列有关材料的说法错误的是(B)A．电阻率低、热导率高的石墨烯可用于制作超级导电材料B．制作航天服的聚酯纤维属于新型无机非金属材料C．华为4nm芯片即将上市，芯片的主要成分是高纯硅D．“蛟龙号”深潜器外壳运用的特种钛合金硬度高、耐高压、耐腐蚀[解析]电阻率低、热导率高的石墨烯可用于制作超级导电材料，A正确；制作航天服的聚酯纤维属于有机高分子合成材料，B错误；芯片的主要成分是高纯硅，C正确；钛合金硬度高、耐高压、耐腐蚀，D正确，故选B。2．健康饮食是人们生活质量提高的一种体现。下列说法不正确的是(A)A．明矾的化学成分为硫酸钠，是传统的食品改良剂和膨松剂B．奶粉中可添加硫酸亚铁、硫酸锌等作为养分强化剂C．味精的主要成分是谷氨酸钠，是一种常用的增味剂D．豆腐中含有盐卤(氯化镁或硫酸钙)，菠菜中含有草酸，两者不宜混合烧制[解析]明矾的化学成分为KAl(SO4)2·12H2O，常用作净水剂，小苏打(NaHCO3)是传统的食品改良剂和膨松剂，故A错误；奶粉中添加硫酸亚铁、硫酸锌等可补充Fe、Zn等微量元素，作为养分强化剂，故B正确；味精为谷氨酸钠，是一种鲜味调味料，易溶于水，其水溶液有深厚鲜味，故C正确；硫酸钙、草酸两者混合会发生反应CaSO4＋H2C2O4=CaC2O4↓＋H2SO4，故D正确。3．(2024·广东广州阶段练)化学与人类生产、生活密切相关，下列说法正确的是(B)A．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维B．龙山黑陶“黑如漆、亮如镜、薄如纸、硬如瓷”，堪称东方艺术珍品，其主要成分为硅酸盐C．“司南之杓(勺)，投之于地，其柢指南”，其中“杓”的主要成分为Fe2O3D．食品包装里常有硅胶、生石灰、还原铁粉三类小包，其作用相同[解析]高纯度的硅单质广泛用于制作计算机芯片等，二氧化硅用于制作光导纤维，故A错误；Fe3O4具有磁性，司南之杓中“杓”的主要成分为Fe3O4，故C错误；食品包装里常有硅胶、生石灰、还原铁粉三类小包，硅胶、生石灰可以吸水，是干燥剂，还原铁粉可以吸取水和氧气，起到干燥剂和抗氧化剂的作用，其作用不相同，故D错误。4．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑青瓷的诗句，描绘了我国古代精致的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐产品，下列有关说法正确的是(C)A．水泥是人类最早运用的硅酸盐产品B．制陶瓷的原料为纯碱、石灰石和石英砂C．玻璃属于硅酸盐产品，通常性质稳定D．沙子的主要成分均为硅酸盐[解析]陶瓷是人类最早运用的硅酸盐产品，故A错误；陶瓷是以黏土为主要原料以及各种自然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的，故B错误；沙子的主要成分为二氧化硅，故D错误。5．“爱因斯坦”探针卫星的X射线主探器单体结构如图所示，下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是(D)A．金属铍有延展性，可作主探器的射线窗B．石英对光线全反射，可作光导材料C．SiO2属于共价晶体，可作耐高温材料D．NaI、CsI遇光易分解，可作闪烁体[解析]NaI、CsI能作为闪烁体的缘由是吸取高能粒子，闪烁体中的电子被激发跃迁后又回到基态，释放光能而发光，不涉及化学变更，即不涉及NaI、CsI的分解，D符合题意。6．我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和削减总量相当。下列措施中能促进碳中和最干脆有效的是(D)A．将重质油裂解为轻质油作为燃料B．大规模开采可燃冰作为新能源C．通过清洁煤技术削减煤燃烧污染D．研发催化剂将CO2还原为甲醇[解析]“碳中和”事实上就是通过植树造林、节能减排等方法实现二氧化碳的“零排放”。重质油裂解为轻质油，只是将长链烃变为短链烃，燃烧产生的二氧化碳的量不会变更，A错误；可燃冰作为新能源，其主要成分为甲烷，燃烧照旧会产生二氧化碳，B错误；清洁煤技术主要是削减二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物等污染物的排放，但不能削减二氧化碳的排放，C错误；将二氧化碳转化为其他能源是实现“碳中和”最干脆有效的一种方法，D正确。7．关于无机非金属材料，下列说法不正确的是(D)A．“中国天眼”的镜片材料为SiC，属于新型无机非金属材料B．高温结构陶瓷可以作为高级耐火材料C．用于制造永久性模具等机械构件的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差[解析]新型无机非金属材料具有耐高温、强度大、抗氧化等优良性能，D项错误。8．(2024·湖南雅礼中学月考)食品中的应型乳液是指在外界环境的微小刺激下，油水乳液可以在“稳定”与“破乳”之间快速转换的体系，科学家发觉CO2可以作为外界微小刺激物，成为应型乳液的开关(原理如图所示)。有关说法正确的是(B)A．食品中物质A或物质B的含量较多，否则转化反应不明显，效果较差B．CO2作为外界微小刺激物，具有绿色、廉价、生物相容性好的优点C．通入CO2，物质A转化为物质B，是“破乳”过程D．通入N2，目的是防止食品变质[解析]CO2可以作为外界微小刺激物，反应微量，食品中物质A或物质B的含量也很少，假如较多，也会影响食品质量，A错误；CO2属于空气的成分之一，作为外界微小刺激物，具有绿色、廉价、生物相容性好的优点，B正确；通入CO2，物质A转化为物质B，是乳液“稳定”过程，生成了离子化合物，增加了稳定性，C错误；通入N2，驱除CO2，目的是破乳，D错误。9．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是(C)A．图中全部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．一般玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点是固定的[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。10．氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)：下列叙述不正确的是(D)A．“还原”步骤中焦炭主要被氧化为COB．“高温氮化”反应的化学方程式为3Si＋2N2eq\o(=,\s\up9(高温))Si3N4C．“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉D．“稀酸Y”可选用稀硝酸或稀硫酸[解析]焦炭与石英砂发生反应SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up9(高温))Si＋2CO↑，焦炭被氧化成CO，A正确；“高温氮化”是Si与N2化合生成Si3N4，化学方程式为3Si＋2N2eq\o(=,\s\up9(高温))Si3N4，B正确；原料气中含有N2和少量的O2，氧气能与Cu反应生成CuO，N2不与Cu反应，操作X可以得到纯净氮气，因此C正确；粗硅中含有少量Fe和Cu，即Si3N4中含有少量Fe和Cu，Fe、Cu与稀硝酸反应，得到可溶于水的Fe(NO3)3和Cu(NO3)2，稀硝酸可以除去Si3N4中Fe和Cu，由于Cu不溶于稀硫酸，故不能用稀硫酸，D错误。二、非选择题：本题共4小题。11．高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：已知：①流化床反应器内的主反应为Si＋3HCleq\o(=,\s\up9(250～300℃))SiHCl3＋H2；②还原炉内的主反应为SiHCl3＋H2eq\o(→,\s\up9(1100～1200℃))Si＋3HCl；③SiHCl3极易水解：SiHCl3＋3H2O=H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑。回答下列问题。(1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是BD(填字母)。A．Al B.Al2O3C．CuO D.NaHCO3SiO2还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为H∶eq\o(F,\s\up6(),\s\do4())∶。(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up9(高温))Si＋2CO↑。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。(3)整个操作流程都需隔绝空气，缘由是防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸(答出两条即可)。(4)流化床反应器中除生成SiHCl3外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用分馏的方法加以分别，该操作方法的理论依据是各组分沸点相差较大。(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是H2、HCl。12．(2024·天津河西区模拟)硅及其化合物在生活生产中有广泛应用。请按要求回答下列问题。(1)工业上制备高纯硅的示意图如下：①依据下图所示物质反应过程中的能量变更，写出用石英砂和焦炭制取粗硅，同时生成CO的热化学方程式：SiO2(s)＋2C(s)eq\o(=,\s\up9(1800～2000℃))Si(s)＋2CO(g)ΔH＝＋638.4kJ·mol－1。②步骤Ⅱ产物中含有SiHCl3(沸点为33.0℃)，还有少量SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为－85.1℃)。若先将步骤Ⅱ产物降至室温，提纯SiHCl3，方法是蒸馏。所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶、尾接管外，还须要蒸馏烧瓶、直形冷凝管。(2)已知：硅的最高价氧化物对应的水化物有H2SiO3和原硅酸()。常温下，H2SiO3：Ka1＝2.0×10－10、Ka2＝1.0×10－12；H2CO3：Ka1＝4.5×10－7、Ka2＝4.7×10－11。①向盛有饱和Na2SiO3溶液(滴有酚酞溶液)的试管中通入足量CO2；充分反应后，用激光笔照射上述液体时发觉有光亮的通路。预料液体颜色的变更：溶液红色变浅至褪色；写出该反应的离子方程式：SiOeq\o\al(2－,3)＋2CO2＋2H2O=H2SiO3(硅胶)＋2HCOeq\o\al(－,3)。②写出原硅酸脱水得到的产物(写两种)H2SiO3、SiO2。[解析](1)①依据两个反应过程能量变更图像可知：Si(s)＋O2(g)=SiO2(s)ΔH＝－859.4kJ·mol－1、2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－221.0kJ·mol－1，用其次个方程式减去第一个方程式得出热化学方程式：SiO2(s)＋2C(s)eq\o(=,\s\up9(1800～2000℃))Si(s)＋2CO(g)ΔH＝＋638.4kJ·mol－1。②SiHCl3(沸点为33.0℃)、SiCl4(沸点为57.6℃)、HCl(沸点为－85.1℃)，它们的沸点不同，依据沸点的不同实现物质分别的方法为蒸馏或分馏，所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶、尾接管外还须要蒸馏烧瓶和直形冷凝管。(2)①Na2SiO3溶液中SiOeq\o\al(2－,3)发生水解而使溶液呈碱性，滴加酚酞起先溶液为红色，随着CO2通入，Na2SiO3反应生成H2SiO3，溶液碱性减弱，溶液由红色慢慢变无色；弱酸的电离平衡常数越大其酸性越强，依据题给数据可得酸性：H2CO3>H2SiO3>HCOeq\o\al(－,3)>HSiOeq\o\al(－,3)，则Na2SiO3溶液与过量CO2反应生成硅酸和碳酸氢钠：SiOeq\o\al(2－,3)＋2CO2＋2H2O=H2SiO3(硅胶)＋2HCOeq\o\al(－,3)。②原硅酸()脱去一分子水得到的产物是H2SiO3，脱去两分子水得到的产物是SiO2。13．(2024·湖北武汉联考)碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。(1)SiO2是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶应用橡胶塞的缘由是SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O(用离子方程式表示)。(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都须要的基础材料。工业上提纯硅有多种路途，其中一种工艺流程示意图如下：①电弧炉制粗硅的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2；1100℃下在还原炉中制纯硅，该反应的化学方程式为SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up9(1100℃))Si＋3HCl。②在流化床反应器的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如表所示，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和蒸馏。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9③在流化床反应器中可能得到产物SiCl4。SiCl4遇水会发生水解反应生成两种酸，该反应的化学方程式为SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl↑。[解析](1)SiO2是玻璃的主要成分之一，氢氧化钠能够与二氧化硅反应生成硅酸钠，硅酸钠的水溶液具有黏性，能够把玻璃瓶塞与瓶颈黏结在一起，不易打开，氢氧化钠与SiO2反应的离子方程式为SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅，用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅的反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up9(高温))Si＋2CO↑，氧化剂为SiO2，还原剂为C，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2；1100℃下在还原炉中制纯硅，SiHCl3被还原为Si，该反应的化学方程式为SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up9(1100℃))Si＋3HCl。②依据题表可知，沸点差别较大，可以通过蒸馏的方法提纯SiHCl3。③SiCl4极易水解，其完全水解的化学方程式为SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl↑。14．(2024·山东聊城调研)水泥是重要的建筑材料，硅酸盐水泥主要成分为硅酸二钙(2CaO·SiO2)、硅酸三钙(3CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)、铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)和氧化镁等的混合物。《水泥化学分析方法》中用EDTA(一种常用作滴定金属离子含量的有机物)滴定法测定水泥样品中钙、镁的含量。其过程如图所示：已知：相关金属离子浓度为0.1mol/L时，形成氢氧化物沉淀的pH范围如表所示。金属离子Mg2＋Ca2＋Al3＋Fe3＋起先沉淀的pH1113.53.52完全沉淀的pH13>144.53.5回答下列问题：(1)工业制水泥的主要原料是黏土和石灰石(填名称)。(2)步骤①中选择用银坩埚而不用瓷坩埚，其理由是氢氧化钠会与二氧化硅反应，腐蚀瓷坩埚。滤渣的主要成分为H2SiO3(填化学式)。(3)步骤③中加入的酒石酸钠和三乙醇胺作为掩蔽剂，可掩蔽杂质离子的干扰，在该过程中，主要掩蔽的离子有Al3＋和Fe3＋。掩蔽剂须要在调pH前加入，若在碱性溶液中则起不到掩蔽作用，试从要掩蔽的离子性质分析缘由：碱性溶液中，Al3＋和Fe3＋会生成Al(OH)3沉淀和Fe(OH)3沉淀。(4)步骤④和⑤中，调pH时，最好选用试剂A(填字母)。A．氨水 B.MgOC.CaCO3(5)水泥样品中的钙的含量通过步骤④滴定结果可计算得出；而步骤⑤滴定的是钙、镁总量，所以测定镁的含量精确性还依靠于步骤④。当溶液pH大于12时，会生成硅酸钙沉淀，所以若滴定前，溶液中还