2021届高三化学一轮复习课时作业第1节 碳、硅及无机非金属材料

第四章 非金属及其化合物
第1节 碳、硅及无机非金属材料
课时作业
一、选择题(每题6分，共66分)
1．高纯度晶体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”。

它可以按下列方法制备：
下列说法正确的是( )
A ．步骤①的化学方程式为SiO 2＋C=====高温Si ＋CO 2↑
B ．步骤①②③中每生成或反应1 mol Si ，转移4 mol 电子
C ．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D ．SiHCl 3(沸点为33.0 ℃)中含有少量的SiCl 4(沸点为67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl 3
答案 D
解析 A 项，步骤①的化学方程式为SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑；B 项，步骤
②③中每生成或反应1 mol Si ，转移2 mol 电子；C 项，硅能与氢氟酸反应生成SiF 4和氢气；D 项，SiHCl 3和SiCl 4的沸点相差较大，可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl 3。

2．(2019·合肥质检)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。

下列说法正确的是( )
A ．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐产品
B ．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂
C ．某硅酸盐的化学式为KAlSi 3O 8，可用K 2O·Al 2O 3·6SiO 2表示
D ．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池
答案 C
解析 水晶的主要成分是SiO 2，不属于硅酸盐，故A 错误；水玻璃是硅酸钠
的水溶液，是混合物，故B错误；高纯度的SiO2用于制光纤，高纯度的Si用于制太阳能电池，故D错误。

3．下列说法中不正确的是()
A．因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸
B．CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀
C．SiO2熔点高、硬度大
D．氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
答案 A
解析H2SiO3对应的酸性氧化物是SiO2，但SiO2不能直接与水反应生成H2SiO3。

4．(2019·陕西高三教学质量检测)化学与生产、生活密切相关，下列有关说法正确的是()
A．用氢氟酸蚀刻玻璃仪器上的刻度，是利用了氢氟酸的强氧化性
B．太阳能电池板的主要成分是二氧化硅
C．生物柴油和液化石油气(LPG)的主要成分都是烃类
D．压敏胶黏剂是一种复合材料，一般选择以橡胶为基料，并加入增黏树脂合成
答案 D
解析HF能够与玻璃中二氧化硅反应，腐蚀玻璃，与HF氧化性无关，故A 错误；太阳能电池板的主要成分是晶体硅，故B错误；生物柴油主要成分是以植物油脂和动物油脂为原料合成的高级脂肪酸甲酯或乙酯，而液化石油气(LPG)的主要成分是丙烷、丁烷、丙烯等的混合物，故C错误。

5．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是()
A．SiO2属于两性氧化物
B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示的转化都是氧化还原反应
答案 C
解析SiO2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A错误；Na2CO3溶液显碱性，应用橡胶塞，B错误；在图示转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应，D错误。

6．下列说法不正确的是()
A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃
B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶
C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4
D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能答案 D
解析石英的成分为SiO2是绝缘体，Si才是良好的半导体材料，可以制成光电池，D错误。

7．下列说法中不正确的是()
A．光导纤维的主要成分是二氧化硅
B．二氧化硅是硅酸的酸酐，但不可以用它和水直接反应来制取硅酸
C．硅的化学性质不活泼，但在常温下也可和某些物质反应
D．盛放硅酸钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞的主要原因是硅酸钠溶液水解呈碱性
答案 D
解析盛放硅酸钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞的主要原因是硅酸钠溶液黏性强，容易使瓶塞和瓶口黏合在一起而不易打开，D错误。

8．下列离子方程式中书写正确的是( )
A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO2－3＋H2SiO3
B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：
Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO－3
C．二氧化硅与氢氟酸反应：
SiO2＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2O
D ．二氧化硅溶于烧碱溶液中：
SiO 2＋2OH －===SiO 2－3＋H 2O
答案 D
解析 Na 2SiO 3是强电解质，应拆成Na ＋、SiO 2－3，CO 2过量，产物应为HCO －3，
A 项正确写法是SiO 2－3＋2CO 2＋2H 2O===H 2SiO 3↓＋2HCO －3；
B 项正确写法是CO 2＋OH －===HCO －3；
C 项氢氟酸是弱酸，在离子方程式中不能拆分。

9．金刚砂(SiC)可由SiO 2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO 2＋3C=====高温SiC ＋2CO ↑，下列有关制造金刚砂的说法正确的是 ( )
A ．该反应中的氧化剂是SiO 2，还原剂为C
B ．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2
C ．该反应中每生成1 mol SiC 转移电子12 mol
D ．该反应中的还原产物是SiC 、氧化产物是CO ，其物质的量之比为1∶2 答案 D
解析 反应产物SiC 中Si 、C 的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO 2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成－4价(SiC)和＋2价(CO)，CO 是氧化产物，SiC 是还原产物，两者的物质的量之比为2∶1；每生成1 mol SiC 转移电子4 mol 。

10．下列叙述正确的是( )
A ．因为Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
B ．碳和硅都是第ⅣA 族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似
C ．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物
D ．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸
答案 D
解析 A 项的反应之所以能够发生，是因为生成的产物中有气体生成，平衡正向移动，促使反应能够顺利进行，故不能通过此反应判断H 2CO 3与H 2SiO 3的酸性强弱，A 错误；CO 2和SiO 2的物理性质差异较大，B 错误；SiO 2与氢氟酸反应不生成盐，因此SiO 2不属于两性氧化物，C 错误。

11．(2019·北京师大附中高三期中)根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤，下列图示装置和原理能达到实验目的的是()
答案 C
解析氯化铵受热分解生成的氨气和氯化氢在试管口遇冷又生成氯化铵固体，不能用加热氯化铵固体的方法制备氨气，A错误；B中气流方向错误，应该从右侧导管通入CO2气体，B错误；从溶液中分离出碳酸氢钠固体用过滤的方法，C正确；碳酸氢钠受热易分解，不能用D中装置干燥碳酸氢钠，D错误。

二、非选择题(共34分)
12．(15分)石墨在材料领域有重要应用。

某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。

设计的提纯与综合利用工艺如下：
(注：SiCl4的沸点为57.6 ℃，金属氯化物的沸点均高于150 ℃)
(1)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是__________________。

(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物。

气体Ⅰ中的碳氧化物主要为________。

由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为__________________________________________________________________ ______
____________________________________。

(3)步骤①为：搅拌、________。

所得溶液Ⅳ中的阴离子有________________。

(4)100 kg初级石墨最多可获得Ⅴ的质量为________kg。

答案(1)排出装置中的空气，减少C的损失
(2)CO SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O
(3)过滤AlO－2、OH－、Cl－
(4)7.8
解析(1)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是排尽反应器中的空气，防止高温下初级石墨与空气中的O2反应，减少C的损失。

(2)气体Ⅰ中的碳氧化物主要为CO，由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃，故其为含硅的化合物SiCl4，反应方程式为SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。

(3)步骤①为搅拌，并通过过滤操作将沉淀和溶液分离；由题意分析可知，所得溶液Ⅳ中的阴离子有AlO－2、Cl－、OH－。

(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ，是将AlO－2转化为Al(OH)3，由题意可知Al2O3～
2Al(OH)3，n(Al2O3)＝100000 g×5.1%
102 g·mol－1
＝50 mol，n[Al(OH)3]＝100 mol，则
m[Al(OH)3]＝100 mol×78 g·mol－1＝7800 g＝7.8 kg。

13．(19分)光纤通讯是用光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅(一种无机涂层)的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)反应Ⅰ的化学方程式为
__________________________________________________________________ ______，
氧化剂为________(填化学式)。

(2)经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下：
组分名称SiCl4SiHCl3SiH2Cl2HCl BCl3PCl3
质量分数
0.545 0.405 0.0462 0.0003 0.00193 0.00157 沸点/℃
57.6 31.8 8.2 －85 12.5 75.5
图中“操作X ”的名称为________；PCl 3的电子式为________________。

(3)反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为________；反应Ⅳ的化学方程式为________________________________________________________________________。

(4)Si(NH 2)4热分解法制取氮化硅：先用四氯化硅与氨气反应生成Si(NH 2)4和一种气体：________(填化学式)；然后使Si(NH 2)4受热分解，分解后的另一种产物的化学式为________。

答案 (1)SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑ SiO 2
(2)精馏(或蒸馏)
(3)制取盐酸(或其他合理答案) 3SiCl 4＋4NH 3=====1400 ℃Si 3N 4＋12HCl
(4)HCl NH 3
解析 (1)反应Ⅰ为石英砂中的SiO 2与C 在高温下反应生成Si 和CO 的反应，
化学方程式为SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑；在该反应中SiO 2中的Si 的化合价降低，
SiO 2作氧化剂。

(2)由表格数据可知SiCl 4的沸点与其他杂质的沸点不同，可以通过精馏(或蒸馏)来提纯SiCl 4；PCl 3为共价化合物，电子式为。

(3)反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的主要成分是HCl 气体，故将尾气通入水中来制取盐酸；反应Ⅳ为1400 ℃条件下，SiCl 4与NH 3反应生成Si 3N 4和HCl ，化学方程式
为3SiCl 4＋4NH 3=====1400 ℃Si 3N 4＋12HCl 。

(4)依据化学反应中原子守恒可知四氯化硅与氨气发生反应：SiCl 4＋
4NH 3===Si(NH 2)4＋4HCl ，Si(NH 2)4受热发生分解：3Si(NH 2)4=====△Si 3N 4＋8NH 3↑。