第11讲-碳、硅及无机非金属材料(练)(解析版)

第11讲碳、硅及无机非金属材料第一部分：高考真题感悟1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”(1)河姆渡出土陶灶，属于陶器，兽首玛瑙杯主要成分为二氧化硅(2021·广东，1BC)(√)(2)利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，是利用了氢氟酸可与SiO2反应(2021·广东，4C)(√)(3)硅酸钠是一种难溶于水的硅酸盐(2021·浙江6月选考，9A)(×)(4)SiO2可用来制造光导纤维(2020·浙江7月选考，9B)(√)(5)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸：Na2SiO3＋2H＋=H2SiO3↓＋2Na＋(2019·江苏，7D)(×)(6)高纯硅可用于制作光感电池(2019·全国卷Ⅲ，7A)(√)2．(2020·浙江7月选考，24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是()A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能与SO2反应生成新盐D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2【答案】D【解析】Ca3SiO5可看作CaSiO3·2CaO，它与NH4Cl固体混合加热，反应生成CaSiO3、CaCl2、NH3和H2O，A正确；Ca3SiO5能够吸水，故需要密封保存，B正确；由于H2SO3的酸性强于H2SiO3，Ca3SiO5与SO2反应可生成CaSO3，C正确；Ca3SiO5与足量盐酸作用，析出H2SiO3沉淀，故所得固体产物主要是H2SiO3，D错误。3．(2019·全国卷Ⅰ，7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【答案】A【解析】“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。4．(2017·全国卷Ⅱ，26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：回答下列问题：(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是__________________，还可以使用____________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是__________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为___________________________________________________________________________。(3)加氨水过程中加热的目的是___________________________________________。沉淀B的主要成分为____________、____________(填化学式)。(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：MnOeq\o\al(－,4)＋H＋＋H2C2O4→Mn2＋＋CO2＋H2O。实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500mol·L－1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为_____________________。【答案】(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF=SiF4↑＋3H2O)(3)防止胶体生成，易于沉淀分离Al(OH)3Fe(OH)3(4)45.0%【解析】(1)水泥样品中含有铁的氧化物。加入盐酸后的溶液中可能含有Fe3＋、Fe2＋，Fe2＋在pH为4～5时不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化剂将Fe2＋氧化为Fe3＋，故加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋；双氧水是一种强氧化剂，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，本身被还原为水，不会引入新的杂质离子，故可用双氧水代替硝酸。(2)钙、铁、铝和镁等金属的氧化物都能溶于盐酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不与盐酸、硝酸反应，故沉淀A的主要成分为SiO2；二氧化硅可与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，该反应的化学方程式为SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(3)Fe3＋和Al3＋在pH为4～5时可水解生成氢氧化铁、氢氧化铝，水解过程中会生成氢氧化铁胶体和氢氧化铝胶体，不利于分离出沉淀，加热可使胶体聚沉，有利于分离出沉淀，所以加热可防止胶体的生成，易于沉淀分离，故沉淀B的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3。(4)根据化合价升降法、电荷守恒和质量守恒配平可得：2MnOeq\o\al(－,4)＋6H＋＋5H2C2O4=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，设含钙的物质的量为xmol，由反应方程式和钙元素守恒可得关系式：5Ca2＋～5H2C2O4～2MnOeq\o\al(－,4)5mol2molxmol0.0500mol·L－1×36.00×10－3L解得x＝4.5×10－3，则0.400g水泥样品中钙元素的质量为4.5×10－3mol×40g·mol－1＝0.180g，故该水泥样品中钙的质量分数为eq\f(0.180g,0.400g)×100%＝45.0%。第二部分：最新模拟精练完卷时间：50分钟一、选择题（每小题只有一个正确选项，共12*5分）1．（2022·江苏苏州·模拟预测）工业可通过Al2O3+N2+3C2AlN+3CO制得高温陶瓷材料AlN。下列说法正确的是A．传统陶瓷主要成分是硅酸盐 B．AlN是分子晶体C．N2发生氧化反应 D．反应为复分解反应【答案】A【解析】A．玻璃、水泥和陶瓷均属于无机硅酸盐产品，则传统陶瓷主要成分是硅酸盐，A正确；B．AlN具有很高的熔点，故不是分子晶体，而是共价晶体(或者称为原子晶体)，B错误；C．Al2O3+N2+3C2AlN+3CO反应中N的化合价由0价降低到-3价，故N2发生还原反应，C错误；D．复分解反应是指两种化合物互相交换成分生成两种新的化合物的反应，故该反应不属于复分解反应，属于氧化还原反应，D错误；故答案为：A。2．（2022·江苏·模拟预测）我国拟定于2022年底发射“爱因斯坦”探针卫星，首次填补时域天文观测和高能天体物理研究的国际空白。X射线主探器单体结构如图，下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是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属于原子晶体，可作耐高温材料D．NaI、CsI遇光易分解，作为闪烁体【答案】D【解析】A．铍窗利用了铍的延展性，将铍做成铍片，A不选；B．石英对光线全反射，传导光的能力非常强，可作光导材料，B不选；C．SiO2属于原子晶体，熔点很高，可作耐高温材料，C不选；D．NaI、CsI能作为闪烁体的原因是：吸收高能粒子，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，不涉及化学变化，即不涉及NaI、CsI的分解，D选；答案选D。3．（2022·上海虹口·模拟预测）天然晶体称为水晶，是古代重要宝石品种。有关的说法错误的是A．属于原子晶体 B．属于非电解质 C．属于酸性氧化物 D．含有键【答案】D【解析】A．SiO2属于原子晶体，A正确；B．SiO2难溶于水，在熔融状态下也不能导电，属于非电解质，B正确；C．SiO2属于酸性氧化物，能和强碱反应生成硅酸盐和水，C正确；D．SiO2晶体中只含有Si-O键，不含Si=O键，D错误；故选D。4．（2022·江苏·模拟预测）“十四五”工作报告强调，中国将加速建设新能源供给消纳体系。硅基能源逐步取代碳基能源的革命，必须举全国之力破解芯片技术受制于人的困局。以下说法不正确的是A．碳基能源主要指煤、石油、天然气，我国的煤炭资源禀赋优于石油B．硅在地壳中的含量仅次于氧，从沙滩到用户，硅发生了还原反应C．半导体工艺中一般需要在晶硅中掺杂第IIIA族与第VA族元素D．半导体工艺中用刻蚀剂-电子级氟化氢可加压保存在玻璃罐体中【答案】D【解析】A．碳基能源主要指煤、石油、天然气，我国的煤炭储量及开发技术均优于石油，A说法正确；B．硅在地壳中的含量仅次于氧，从沙滩到用户，硅由SiO2转化为硅单质，化合价下降，发生了还原反应，B说法正确；C．晶硅中掺杂第IIIA族与第VA族元素，形成PN结，在接通电源或受光的激发，自由电子可向空穴方向移动(单向移动)(见图)，C说法正确；D．氟化氢可与玻璃容器中二氧化硅发生反应，故D说法错误。故选D。5．（2022·北京·模拟预测）近年来我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法不正确的是A．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用氮化硼陶瓷属于有机物B．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为硅C．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢推进剂，产物对环境无污染D．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，22号钛元素属于过渡元素【答案】A【解析】A．氮化硼陶瓷属于无机物，A说法错误；B．硅单质是常用的半导体材料，可用于制作芯片，B说法正确；C．液氧液氢作推进剂，产物是水，对环境没有污染，C说法正确；D．钛位于元素周期表第四周期第ⅡB族，属于过渡金属元素，D说法正确；答案选A。6．（2022·河北沧州·二模）作为我国将“碳达峰、碳中和”纳入生态文明建设整体布局后的首个世界级体育盛会，北京2022年冬奥会向世界展现了我国的科技实力。下列说法错误的是A．速滑运动员佩戴的头盔使用的碳纤维属于无机材料B．可穿戴式智能测温设备“测温创可贴”的测温芯片主要成分是二氧化硅C．二氧化碳取代氟利昂作为制冷剂，对保护臭氧层作出重要贡献D．可降解餐具的原料玉米淀粉、甘蔗渣的主要成分都属于糖类【答案】B【解析】A．碳纤维是由碳单质形成的，属于无机材料，A正确；B．硅是良好的半导体材料，可用于制作芯片，则测温芯片主要成分是硅，B错误；C．释放氟利昂对臭氧层有损害，用二氧化碳取代氟利昂作为制冷剂，可保护臭氧层，C正确；D．淀粉属于多糖、甘蔗中蔗糖属于二糖，它们都属于糖类，D正确；故选：B。7．（2022·上海·三模）由于石墨烯独特的结构，在石墨烯薄膜上施加较低的电压(1-10V)即可产生较高的热量，平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了20℃能发热4h的智能服饰，向世界展现了新时代的中国形象，下列说法中错误的是A．石墨烯是能导热的金属材料B．石墨烯属于单质C．石墨烯能导电D．在石墨烯薄膜上施加电压，使电能转化为热能【答案】A【解析】A．石墨烯属于碳单质，是能够导热的非金属材料，A错误；B．石墨烯是碳的单质，B正确；C．石墨烯属于碳单质，碳单质具有良好的导电性，可以导电，C正确；D．根据题干信息可知，在石墨烯薄膜上施加较低的电压(1-10V)即可产生较高的热量，使电能转化为热能，D正确；答案选A。8．（2022·山东师范大学附中模拟预测）部分含碳物质的分类与相应碳元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是A．固态p可做制冷剂用于人工降雨B．p转化为r可通过化合反应来实现C．m转化为n或o的反应均释放能量D．n的一种同素异形体中既存在共价键也存在范德华力【答案】C【解析】依据价类二维图可知：m为甲烷、n为碳单质、o为CO、p为CO2、r为碳酸盐。A．p为二氧化碳，可做制冷剂用于人工降雨，A项正确；B．二氧化碳与氧化钙反应生成盐碳酸钙，是化合反应实现，B项正确；C．甲烷转化为二氧化碳是放热反应，C项错误；D．碳有多种同素异形体，如金刚石、石墨等，石墨既存在共价键也存在范德华力，D项正确；答案选C。9．（2022·全国·模拟预测）“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。”诗句中的“沙”的主要成分是，下列说法错误的是A．属于酸性氧化物，不与任何酸反应B．“水玻璃”可以由与NaOH溶液反应制得C．是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一D．通常所说的“从沙滩到用户”，这句话涉及工业上制备粗硅的工艺【答案】A【解析】A．属于酸性氧化物，但其能与氢氟酸反应，A项错误；B．“水玻璃”是硅酸钠溶液，可由与NaOH溶液反应制得，B项正确；C．普通玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，与碳酸钠在高温条件下反应生成硅酸钠和二氧化碳，C项正确；D．“从沙滩到用户”的实质为工业上制粗硅的反应原理，即，D项正确；故选A。10．（2022·广东茂名·一模）硅及其化合物在人类进步中发挥了重要作用。和用于制造芯片，用于制造光纤，用作木材防火剂。下列说法正确的是A．在自然界以游离态存在 B．和具有优良的导电性C．不与酸反应 D．溶液可与反应【答案】D【解析】A．硅在自然界中以化合态存在，而不是游离态形式存，故A错误；B．和属于半导体，导电能力弱，故B错误；C．SiO2能与氢氟酸发生反应，而不是不与任何酸反应，故C错误；D．碳酸的酸性比硅酸强，则Na2SiO3溶液可与反应生成H2SiO3，故D正确；故选：D。11．（2022·广东·模拟预测）寿山石是中国传统四大印章石之一，含叶蜡石、高岭石等黏土矿物。下列说法错误的是A．寿山石的硬度与金刚石相当B．叶蜡石、高岭石的主要成分属于硅酸盐C．寿山石的红色条纹与Fe2O3含量有关D．寿山石印章要避免与强酸、强碱接触【答案】A【解析】A．已知寿山石是中国传统四大印章石之一，雕刻印章时通常用钢刀或金刚石进行，故寿山石的硬度比金刚石小，A错误；

B．黏土属于硅酸盐，故叶蜡石、高岭石的主要成分属于硅酸盐，B正确；C．Fe2O3是一种红棕色粉末，故寿山石的红色条纹与Fe2O3含量有关，C正确；D．寿山石中含有铝硅酸盐，既能与强酸又能与强碱反应，故寿山石印章要避免与强酸、强碱接触，D正确；故答案为：A。12．（2022·天津市咸水沽第一中学模拟预测）第24届冬奥会于2022年2月4日在北京开幕，“科技冬奥”理念，体现在方方面面。下列说法不正确的是A．滑雪板板心木质材料的主要成分为纤维素，属于天然有机高分子B．开幕式专用演出服为石墨烯智能发热材料，属于新型有机非金属材料C．首钢滑雪大跳台的钢结构赛道为铁合金，属于金属材料D．“天机芯”是全球首款异构融合类脑计算芯片，其主要成分是高纯硅【答案】B【解析】A．木质材料的主要成分为纤维素，纤维素属于天然有机高分子化合物，A正确；B．石墨烯是碳单质的一种形式，属于无机非金属材料，B错误；C．钢是铁碳合金，属于金属材料，C正确；D．计算机芯片的主要成分是硅，D正确；故答案选B。二、主观题（共3小题，共40分）13.（2022·全国·高三专题练习）（14分）研究CO2在海洋中的转移和归缩，是当今海洋科学研究的前沿领域。(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCOeq\o\al(－,3)占95%。写出CO2溶于水产生HCOeq\o\al(－,3)的方程式：___________、______________。(2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。①写出钙化作用的离子方程式：____________________________。②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：________＋________(CH2O)x＋x18O2＋xH2O(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法：①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol·L－1HCl溶液滴定，消耗ymLHCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________mol·L－1。【答案】（每空2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溶于水产生HCOeq\o\al(－,3)的方程式为CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3)。(2)①根据题图找出钙化作用的反应物和生成物，可知发生反应的离子方程式为Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据题图中光合作用及元素守恒可配平，注意18O的标记。(3)①酸化海水不能用挥发性的酸，因为要用NaOH溶液吸收CO2，故选用H2SO4溶液酸化。②NaHCO3～HCl，海水中溶解无机碳的浓度为eq\f(xmol·L－1×y×10－3L,z×10－3L)＝eq\f(x·y,z)mol·L－1。14．（12分）（2022·全国·高三专题练习）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℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：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＝－727.5kJ·mol－1，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”)。【答案】（每空2分）(1)3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋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【解析】(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋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。15．（2021·全国·高三开学考试）（14分）化合物A由三种短周期元素组成，某兴趣小组进行了如下实验：已知：气体甲为纯净物且只含两种元素，在标况下体积为672mL；固体甲为常用的耐火材料，溶液乙为建筑行业中常用的粘合剂。请回答下列问题：（1）A的组成元素为_____（用元素符号表示），A的化学式为_____；（2）写出A溶于盐酸的化学方程式______________________________。（3）写出气体甲与NaOH（aq）反应的离子方程式___________________。（4）往溶液乙中通入少量CO2气体发生的化学方程式___________________。（5）高温下A与足量氯气能发生剧烈爆炸，生成三种常见化合物，试写出相应的化学方程式_____。【答案】（除标注外，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的盐酸发生反应生成气体甲为纯净物且只含两种元素，