人教版高一化学专题03 无机非金属材料【专项训练】(解析版)

专题03 无机非金属材料
专项训练
1．地壳中含量最多的非金属元素是( )
A．氧B．碳C．硅D．铝
【答案】A
【详解】
地壳中含量最多的前五种元素：氧、硅、铝、铁、钙，汉字中带钅字旁(汞和金除外)的属于金属元素，所以地壳中含量最多的非属元素是氧，故答案选A。

2．在SiO2晶体内部，每个Si与4个O分别形成4个单键，则与每个O形成单键的Si的数目是
A．1 B．2 C．3 D．4
【答案】B
【详解】
在SiO2晶体内部，每个Si与4个O形成4个单键，每个O与2个Si原子形成2个Si-O单键，因此在晶体内部Si、O原子个数比是1：2，化学式写为SiO2，因此合理选项是B。

3．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。

玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是()
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
【答案】C
【详解】
A．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，故A错误；
B．纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，故B错误；
C．硅酸盐制品性质稳定、熔点高，故C正确；
D．沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸盐，故D错误；
故答案： C。

4．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“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”。

下列说法错误的是()
A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理、化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D ．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
【答案】A
【解析】
沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属硅酸盐，A 项错误；黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理化学变化过程，B 项正确；青瓦和红瓦是在冷却时区别的，C 项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”可知，D 项正确。

5．下列有关硅及其化合物的叙述中,正确的是( )
A.硅是光导纤维的主要成分
B.硅是构成岩石与许多矿物的基本元素
C.SiO 2是酸性氧化物,不与任何酸发生反应
D.可以通过SiO 2与水反应一步制得硅酸
【答案】B
【解析】光导纤维的主要成分是二氧化硅,故A 错误;硅是亲氧元素,岩石与许多矿物的基本元素中含有Si 元素,故B 正确;SiO 2是酸性氧化物,但可与氢氟酸发生反应,故C 错误;二氧化硅不溶于水,不能通过SiO 2与水反应一步制得硅酸,故D 错误。

6．2020年12月17日，我国“嫦娥五号”返回器携带月球样品安全着陆，探月工程圆满成功。

“嫦娥”五号探测器采用太阳能电池板提供能量，制造太阳能电池板的核心材料是
A ．二氧化硅
B ．硅
C ．钛合金
D ．铝合金
【答案】B
【详解】
四种材料中只有硅是半导体材料，硅常用于制造太阳能电池板，故答案选B 。

7．下列关于碳和硅的比较，正确的是( )
A ．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态
B ．碳和硅的最高化合价都是+4价
C ．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位
D ．硅与碳一样均含有两种常见价态的氧化物——SiO 和2SiO
【答案】B
【详解】
A ．硅是一种亲氧元素，在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，只有化合态，没有游离态，碳元素在自然界中既有游离态又有化合态，A 错误；
B ．碳、硅元素的原子最外层都有4个电子，其最高化合价都是+4价，B 正确；
C ．氧元素在地壳中的含量占第一位，硅元素在地壳中的含量占第二位，C 错误；
D ．碳有两种常见氧化物——CO 和2CO ，硅只有一种常见氧化物——2SiO ，D 错误；
故选Ｂ。

8．能证明碳酸的酸性比硅酸的强的依据是( )
A ．2CO 是气体，2SiO 是固体
B ．高温下能发生反应：232232高温Na CO +SiO Na SiO +CO ↑
C ．2CO 能溶于水生成碳酸，而2SiO 却不溶于水
D ．将2CO 通入23Na SiO 溶液中有胶状沉淀生成
【答案】D
【详解】
A ．氧化物的状态不能决定氧化物水化物的酸性强弱，故A 错误；
B ．反应原理是高沸点制低沸点气体，之所以能发生是因为生成了挥发性的气体二氧化碳，故B 错误；
C ．氧化物的水溶性不能决定其水化物的酸性强弱，故C 错误；
D ．()
22232323CO H O Na SiO Na CO H SiO +++↓少量═，强酸能制弱酸，所以酸性：碳酸>硅酸，故D 正确；
故选D 。

9．我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。

下列对硅及其化合物的有关叙述正确的是( )
A ．二氧化硅既能与烧碱溶液反应又能与氢氟酸反应，所以二氧化硅是两性氧化物
B ．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C ．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格极高
D ．晶体硅和金刚石的硬度都很大
【答案】D
【详解】
A ．二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有盐生成，与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，有盐生成，因此二氧化硅是酸性氧化物，A 错误；
B ．晶体硅的化学性质不活泼，但常温下能与氢氟酸反应，B 错误；
C ．晶体硅是一种良好的半导体材料，是由二氧化硅和碳在高温条件下反应得到粗硅，粗硅和HCl 在加热条件下反应得到三氯硅烷，三氯硅烷与氢气在高温条件下反应得到硅单质，它的提炼工艺不算复杂，价格不高，C 错误；
D ．晶体硅和金刚石的硬度都很大，D 正确；
故选D 。

10．下列物质中，属于酸性氧化物且跟水不能形成酸的是( )
A ．CO 2
B ．SiO 2
C ．SO 2
D ．Fe 2O 3 【答案】B
【详解】
A ．二氧化碳是酸性氧化物，且与水反应可以生成碳酸，故A 不选；
B ．二氧化硅是酸性氧化物，且不溶于水，与水也不反应，故B 可选；
C ．二氧化硫属于酸性氧化物，溶于水，且与水反应生成亚硫酸，故C 不选；
D ．氧化铁属于碱性氧化物，不溶于水，与水也不反应，故D 不选；
故选B 。

11．下列说法正确的是( )
A ．SiO 2熔点高硬度大，因此可用于制光导纤维
B ．向Na 2SiO 3溶液中滴加稀盐酸：++
2323Na SiO +2H =H SiO +2Na ↓
C ．()2HCl aq 24H SiO SiCl Si →→高温，该物质间转化能实现
D ．高纯硅可用于制作光感电池
【答案】D
【详解】
A ．SiO 2具有全反射的光学特性，用于制光导纤维，与其熔点、硬度等性质无关，A 错误；
B ．Na 2SiO 3为可溶性的钠盐，在书写离子方程式时应拆成离子形式，B 错误；
C ．SiO 2与盐酸不反应，C 错误；
D ．高纯硅是良好的半导体材料，可用于制作光感电池，D 正确；
答案选D 。

12．据《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。

假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列说法你认为不妥的是( )
A ．硅便于运输、贮存，从安全的角度考虑，硅是较安全的燃料
B ．自然界中存在大量的单质硅
C ．硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D ．自然界中Si 易开采
【答案】B
【详解】
A ．常温下硅为固体，性质较稳定，便于运输、贮存，较为安全，故A 正确；
B ．自然界中硅是亲氧元素，以化合态的形式存在，故B 错误；
C ．硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用说明硅燃烧放出的热量多，硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅是固体，容易有效控制，故C 正确；
D ．Si 在自然界中含量丰富，且易开采，故D 正确；
故答案选B 。

13．为了探究HCl 、H 2CO 3和H 2SiO 3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的实验装置，希望通过一次实验
达到实验目的，下列说法不正确的是( )
A．锥形瓶中可以盛放Na2CO3
B．装置B中的目的是除去挥发的HCl
C．装置C的目的是尾气处理
D．该装置可以得出HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱顺序
【答案】C
【详解】
A．锥形瓶中可以盛放Na2CO3，发生反应生成二氧化碳，A正确；
B．装置B中装的是饱和碳酸氢钠溶液，的目的是除去挥发的HCl，B正确；
C．装置C为硅酸钠，C中沉淀为硅酸，目的是比较硅酸和碳酸的酸性，C错误；
D．由强酸制弱酸的反应，可以得出HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱顺序依次减弱，D正确；故选：C。

14．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
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．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高
D．可用盐酸除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的碳酸钙
【答案】D
【详解】
A ．化学反应前后有元素化合价变化的一定是氧化还原反应，二氧化硅与碳反应生成粗硅、粗硅提纯得到单晶硅过程中的反应，均有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，故A 错误；
B ．光导纤维的成分是二氧化硅，硅酸盐的化学性质稳定、不能用于制作光导纤维，故B 错误；
C ． 普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，玻璃是一种非晶体、属于混合物，没有固定的熔点，故C 错误；
D ．碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙、水以及二氧化碳，二氧化硅和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO 2)，故D 正确；
答案选D 。

15．硅是组成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是
A ．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为34Si N
B ．碳化硅(Si
C )的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C ．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为Si
D ．氮化硅(34Si N )、氧化铝(23Al O )、碳化硅(SiC )和二氧化锆(2ZrO )都可用作制高温结构陶瓷的材料
【答案】C
【详解】
A ．氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构。

硅原子最外层电子数为4，氮原子最外层电子数为5，要形成8电子稳定结构，则应有二者个数的比为3:4，其化学式为34Si N ，故A 正确；
B ．碳化硅(Si
C )为原子晶体，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，故B 正确；
C ．光导纤维的主要成分为二氧化硅，是一种新型无机非金属材料，故C 错误；
D ．氮化硅(34Si N )和碳化硅(SiC )均属于原子晶体，氧化铝(23Al O )和二氧化锆(2ZrO )均属于离子晶体，熔点高，都可用作制高温结构陶瓷的材料，故D 正确；
故选C 。

16．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称半导体材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命"。

这种材料可以按所给路线制备：
SiO 2①C
高温−−−−−→粗硅0②HCl 30C ︒−−−→SiHCl 322③过量H 1100∼100C ︒−−−−−→Si(纯) (1)写出步骤①的化学方程式：_______。

(2)步骤②经过冷凝得到的SiHCl 3(沸点为33.0℃)中含有少量的SiCl 4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为84.7-℃)，提纯SiHCl 3的主要化学操作的名称是_______；SiHCl 3和SiCl 4一样遇水可发生剧烈水解，已知SiHCl 3水解会生成两种气态产物，请写出其水解的化学方程式：_______。

(3)请写出二氧化硅与氢氯酸反应的化学方程式：_______。

【答案】2高温SiO +2C Si+2CO ↑ 蒸馏或分馏 32232SiHCl 3H O=H SiO H 3HCl ++↑+↑
242SiO 4HF=SiF 2H O +↑+
【详解】
(1)工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅，反应的化学方程式为
2SiO 2C Si 2CO ++↑ 高温 ；
(2)由题意可知，SiHCl 3(沸点33.0℃)、SiCl 4(沸点57.6℃)、HCl(沸点84.7-℃)的沸点不同，根据沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏；SiHCl 3水解生成硅酸、氢气和氯化氢，反应的化学方程式为32232SiHCl 3H O H SiO H 3HCl ++↑+↑；
(3)二氧化硅能和氢氟酸反应生成四氟化硅和水，反应的化学方程式为242SiO 4HF SiF 2H O +↑+。

17．硅是重要的半导体材料。

近日，我国宣布突破了碳基半导体材料制备的瓶颈，有望替代目前的硅材料，支持高端芯片的国产化。

(1)Si 在元素周期表中的位置是___。

(2)制作芯片需要高纯度的硅，高纯硅中Si 原子之间的相互作用是___(填“离子键”或“共价键”)。

(3)非金属性Si 弱于P ，用原子结构解释原因：___，得电子能力Si 小于P 。

(4)下列关于C 和Si 及其化合物的推断中，正确的是___(填序号)。

①C 的最高正化合价与Si 的最高正化合价相同
②SiO 2具有还原性
③最高价氧化物对应水化物的酸性：H 2CO 3>H 2SiO 3
【答案】第3周期第ⅣA 族 共价键 Si 与P 电子层数相同，核电荷数Si 小于P ，原子半径Si 大于P ①③
【详解】
(1)Si 的原子序数为14，核外电子分3层排布，第3层4个电子，故在元素周期表中的位置是第3周期第ⅣA 族。

(2)制作芯片需要高纯度的硅，硅晶体是由原子通过共价键结合而成的原子晶体，故高纯硅中Si 原子之间的相互作用是共价键。

(3)非金属性Si 弱于P ，用原子结构解释原因：Si 与P 电子层数相同，核电荷数Si 小于P ，原子半径Si 大于
P，则原子核对核外电子的吸引力Si小于P，得电子能力Si小于P，。

(4)①主族元素的最高正化合价等于主族序数，C和Si均处于第ⅣA族，故C的最高正化合价与Si的最高正化合价相同，①说法正确；②SiO2中硅呈+4价，二氧化硅性质稳定，不具有还原性，②说法错误；③非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，碳的非金属性大于硅，故酸性：H2CO3>H2SiO3，③说法正确；故正确的是①③。

18．下图是地壳中含量较大的九种元素分布图,图中X、Y、Z分别表示不同元素。

回答下列问题：
(1)X的名称为________，硅元素在自然界以______ (填"游离态"或“化合态”)形式存在。

(2)Y的氧化物属于______氧化物，硅的氧化物属于______氧化物(填“酸性”、“两性”或“碱性" )。

(3)常用ZCl3溶液作为刻制印刷电路时的“腐蚀液" ，该反应的离子方程式为__________，区别ZCl3溶液和Z(OH)3胶体的方法是__________。

(4)由粗硅制备硅烷(SiH4)的基本流程如下图所示(反应条件均省略)：
已知：反应I、II的化学方程式分别为Si+3HC1=SiHCl3+A，SiHCl3+B=Si+3HC1( 均已配平)。

①A的化学式为_______。

②反应I、II、III中，有_______个属于氧化还原反应。

③反应IV中生成的SiH4和NH3两种气体的物质的量之比为_______。

【答案】氧化合态两性酸性2Fe3++Cu=2Fe2++Ca2+丁达尔效应H2 3 1：4 【分析】
根据地壳中元素含量可知，地壳中含量最高的为氧元素，占48.6%，第二位是硅元素，占26.3%，第三位是铝元素，占7.73%，也是地壳中含量最多的金属元素，第四位是铁元素，占4.75%，则可判断X为O元素，Y为Al元素，Z为Fe元素；根据题中所给的化学方程式，由质量守恒定律，判断A的化学式和氧化还原反应个数；根据题中信息，写出反应IV，得出气体的物质的量之比；据此解答。

【详解】
（1）由上述分析可知，X为氧元素，Si是亲氧元素，在自然界中没有游离态的Si存在，以二氧化硅和硅酸
盐的形式存在，则硅只以化合态形式存在；答案为氧，化合态。

（2）Y为Al元素，其氧化物为Al2O3，既能与酸反应生成盐和水，即Al2O3+ 6H+ =2Al3+ + 3H2O，又能与强碱反应生成盐和水，即Al2O3 + 2OH- =2AlO2-+ H2O，Al2O3属于两性氧化物，硅的氧化物为SiO2，与强碱反应生成盐和水，即能和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水SiO2+2OH-=SiO32-+H2O，因SiO2也和氢氟酸反应生成SiF4和水，由于SiF4不是盐，所以SiO2不是碱性氧化物，SiO2是酸性氧化物；答案为两性，酸性。

（3）Z为Fe元素，ZCl3为FeCl3，铁离子具有强氧化性，可与铜发生氧化还原反应生成铜离子和亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+；丁达尔效应，是胶体特有的性质，可鉴别胶体和溶液，区别FeCl3溶液和Fe(OH)3胶体用丁达尔效应；答案为2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+，丁达尔效应。

（4）①由Si+3HC1=SiHCl3+A反应可知，化学反应遵循质量守恒定律，则A为H2；答案为H2。

②由反应I：Si+3HC1=SiHCl3+H2，反应II：SiHCl3+H2=Si+3HC1，反应III：2Mg+Si 高温Mg2Si，三个反应均涉及单质的反应，均存在元素化合价的变化，则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应；答案为3。

③由题中信息可知，Mg2Si与NH4Cl发生反应，生成SiH4、NH3和MgCl2，其化学方程式为
Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2，SiH4和NH3两种气体的物质的量之比为1：4；答案为1：4。