2021年高考化学10碳、硅及无机非金属材料

课时作业10碳、硅及无机非金属材料
时间：45分钟
一、选择题
1．(2019·广西南宁联考)下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是(A)
A．CO2、SiO2对应的含氧酸分别是H2CO3、H2SiO3
B．常温下CO2和SiO2均能与Na2CO3溶液反应
C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物
D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的
解析：CO2、SiO2均为酸性氧化物，对应的酸分别是H2CO3、H2SiO3；CO2与Na2CO3溶液在常温下发生反应，但SiO2只有在高温条件下才与Na2CO3固体发生反应；CO2由分子构成，SiO2由硅、氧原子按1∶2比例构成。

故正确答案为A。

2．下列离子方程式的书写正确的是(D)
A．水玻璃中通入过量二氧化碳：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．硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑
D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O
解析：Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiO2－3，且应生成HCO－3，A错；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO－3；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。

3．下列除杂方法正确的是(B)
A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去
B ．CO 2中含有CO 杂质，可以通入盛有CuO 的玻璃管且加热
C ．CO 2中含有HCl 杂质，可以通过盛有Na 2CO 3溶液的洗气瓶
D ．Na 2CO 3溶液中含有Na 2SiO 3杂质，可以通入足量的
CO 2，然后过滤
解析：A 项，SiO 2、Al 2O 3均与NaOH 反应；C 项，Na 2CO 3溶液也吸收CO 2；D 项，CO 2与Na 2CO 3溶液也反应。

4．下列变化中，不能一步实现的是
(C ) A ．Na 2SiO 3―→H 2SiO 3
B ．H 2SiO 3―→SiO 2
C ．SiO 2―→H 2SiO 3
D ．SiO 2―→Na 2SiO 3
解析：Na 2SiO 3――→盐酸H 2SiO 3；H 2SiO 3――→△SiO 2，SiO 2――→NaOH
Na 2SiO 3，SiO 2不与H 2O 反应，故不能一步转化为H 2SiO 3。

5．蛇纹石由MgO 、Al 2O 3、SiO 2、Fe 2O 3组成。

现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀X 和溶液Y 中分别加入NaOH 溶液至过量。

下列叙述不正确的是(
B ) A ．沉淀X 的成分是SiO 2
B ．将蛇纹石试样直接溶于过量的
NaOH 溶液后过滤，可得到红色颜料Fe 2O 3
C ．在溶液Y 中加入过量的NaOH 溶液，过滤得到的沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2
D ．溶液Y 中的阳离子主要是Mg 2＋、Al 3＋、Fe 3＋、H
＋解析：向蛇纹石试样中加入过量的盐酸，其中的MgO 、Al 2O 3、Fe 2O 3溶解形成含Mg 2＋、Al 3＋、Fe 3＋和H ＋的溶液Y ，而SiO 2不溶解形成沉淀X ，溶液Y 中加入过量NaOH 溶液，将得到Fe(OH)3和
Mg(OH)2沉淀，A 、C 、D 正确；将蛇纹石试样直接溶于过量的
NaOH 溶液，其中的Al 2O 3和SiO 2溶解形成AlO －2和SiO 2－3，而MgO 和Fe 2O 3
不溶解形成沉淀，B错误。

6．下列溶液中通入大量的CO2气体一定会产生浑浊的是(C)
①氯化钙溶液②澄清的石灰水
③碳酸钠溶液④偏铝酸钠溶液
⑤硅酸钠溶液⑥次氯酸钙溶液
A．①②④⑤⑥B．②③④⑤⑥
C．④⑤D．③④⑤
解析：本题考查CO2的性质，常见酸酸性强弱的比较。

①HCl是强酸，H2CO3是弱酸，CO2气体通入氯化钙溶液中不会生成碳酸钙沉淀，不符合题意；②少量CO2气体通入澄清的石灰水中会生成碳酸钙
沉淀，CO2过量时生成能溶于水的碳酸氢钙，不符合题意；③CO2与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠，不一定会产生浑浊，不符合题意；④CO2气体通入偏铝酸钠溶液中，会生成氢氧化铝沉淀，符合题意；⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3的，CO2通入硅酸钠溶液中，会生成H2SiO3沉淀，符合题意；⑥H2CO3的酸性比HClO的酸性强，CO2通入次氯酸钙溶液中，生成碳酸钙，CO2过量时生成能溶于水的碳酸氢钙，不符合题意。

综上所述，通入大量的CO2气体一定会产生浑浊的是④⑤。

7．(2019·福建南平一模)化学家Seidel 指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiO4－4，然后SiO4－4迅速水解生成H4SiO4。

下列有关说法正确的是(D)
A．原硅酸钠(Na4SiO4)能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质
B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品
C．2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl说明Cl的非金属性强于Si
D．半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体
硅
解析：原硅酸钠(Na4SiO4)是强电解质，A项错误；石英玻璃的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐产品，B项错误；HCl不是Cl的最高价氧化物对应的水化物，无法通过盐酸与硅酸钠的反应比较Cl、Si的非金属性强弱，C项错误。

8．C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素，下列有关说
法中正确的是(C)
A．三种元素在自然界中既有游离态又有化合态
B．元素的＋4价氧化物都属于酸性氧化物，都能与碱反应而不能
与任何酸反应
C．最低价的气态氢化物都具有还原性，易与O2发生反应
D．其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱：H2SO4>H2SiO3>H2CO3
解析：A项，硅元素在自然界中无游离态，错误；B项，SiO2能与氢氟酸反应，错误；C项，C、Si、S三种元素低价态气态氢化物分别为CH4、SiH4、H2S，都具有还原性，易与O2发生反应，正确；D 项，酸性强弱顺序为：H2SO4>H2CO3>H2SiO3，错误。

9．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(C)
A ．SiO 2属于两性氧化物
B ．盛放Na 2CO 3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
解析：SiO 2是酸性氧化物，A 错误；Na 2CO 3溶液呈碱性，试剂瓶不能用玻璃塞，B 错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，例如SiO 2与NaOH 溶液的反应，D 错误。

10．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 ↑，下列有关说法中正确的是(D )
A ．该反应中的氧化剂是SiO 2，还原剂是 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12 mol 电子
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
解析：反应产物SiC 中Si 、C 的化合价分别为＋4、－4，所以SiO 2既不是氧化剂，也不是还原剂；碳元素从0价转变为－4价(SiC)和＋2价(CO)，其中CO 是氧化产物，SiC 是还原产物，两者的物质的量之
比为2∶1；根据化学方程式，知该反应中每生成 1 mol SiC，转移4 mol 电子。

11．某合金材料含铁和硅，研磨后取等量的样品分别投入足量的
稀盐酸和足量的稀NaOH溶液中，放出等量的H2，则该材料中铁和硅的关系正确的是(C)
A．物质的量之比为1∶1 B．物质的量之比为1∶2
C．质量之比为4∶1 D．质量之比为2∶1
解析：合金材料(含铁和硅)分别投入足量稀盐酸、足量的稀NaOH 溶液中，发生的反应为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

由题意可知，等量的合金材料样品分别与足
量稀盐酸、足量的稀NaOH溶液反应，放出等量的H2，则有n(Fe)＝2n(Si)，即n(Fe)/n(Si)＝2∶1，从而可知m(Fe)/m(Si)＝(2×56)∶(1×28)＝4∶1。

12．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。

如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是(A)
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价发生改变
D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
解析：A 项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B 项，操作A 为过滤，操作B 为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C 项，SiO 2中，硅元素的化合价是＋4价，Na 2SiO 3中，硅元素的化合价是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D 项，由复分解反应的概念可知，SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O 不属于复分解反应，错误。

二、非选择题
13．硅是带来人类文明的重要元素之一，在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)工业上生产粗硅的反应有：SiO 2＋2C =====3 273 K Si(粗)＋2CO ↑、
SiO 2＋3C =====3 273 K
SiC ＋2CO ↑。

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SiO 2的物质的量之比为________。

(2)工业上制取纯硅和氮化硅的方法如下：
其中NH －2中各元素的化合价与NH 3中的相同。

请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示)：
a ．整个制备过程中必须严格控制无水无氧。

SiHCl 3遇水剧烈反应生成H 2SiO 3、HCl 和另一种物质，写出该反应的化学方程式_____________________________________________________。

H 2还原SiHCl 3过程中若混入O 2，可能引起的后果是
____________________。

b ．图示①、⑤、⑥、⑦、⑧的变化中，属于氧化还原反应的是______。

c ．在反应⑧中，3 mol Si(NH 2)4在高温下分解可得 1 mol 氮化硅粉末和8 mol NH 3，则氮化硅的化学式为________________。

(3)工业上还可以在二氧化碳氛围中利用金属钠还原二氧化硅在较低的温度下得到硅，同时生成一种盐X 。

写出此种方法制备硅的化学反应方程式
____________________。

(4)常温下，SiCl 4为液态，沸点为57.6 ℃，在空气中产生白色烟雾。

制备高纯度硅的中间产物
SiCl 4中溶有液态杂质，若要得到高纯度SiCl 4，应采用的方法是________________________；用化学方程式及必要文字解释SiCl 4在空气中产生白色烟雾的原因为____________________________________________________。

解析：本题以硅及其化合物为载体，考查元素化合物的知识，意在考查考生应用知识解决实际问题的能力。

(1)根据反应SiO 2＋2C =====3 273 K Si(粗)＋2CO ↑，SiO 2＋3C =====3 273 K
SiC ＋2CO ↑，生成1 mol Si 需C 为2 mol 、SiO 2为1 mol ，生成1 mol SiC 需C 为3 mol 、SiO 2为1 mol ，产品中Si 与SiC 的物质的量之比为1∶1时，参加反应的C 和SiO 2的物质的量之比为5∶2。

(2)a.化学方程式为SiHCl 3＋3H 2O===H 2SiO 3↓＋3HCl ＋H 2↑。

b.反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应⑤是硅单质与Cl 2反应，也是氧化还原反应。

c.由质量守恒可知3 mol Si(NH 2)4在高温下分解可得 1 mol Si 3N 4和8 mol NH 3。

(3)在二氧化碳氛围中通过利用金属钠来还原二氧化硅可在较低的温度下得到硅，同时生成碳酸钠，化学方程式为SiO 2＋4Na ＋2CO 2===2Na 2CO 3＋Si 。

(4)由SiCl 4的沸点低的性质可以选择蒸馏的方法纯化，但因为SiCl 4能够水解，所以必须选择无水(无水蒸气)的环境
进行该操作；SiCl4在空气中与水蒸气反应生成H2SiO3和HCl，产生白色烟雾。

答案：(1)5∶2
(2)a.SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑
氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3
b．①⑤c．Si3N4
(3)SiO2＋4Na＋2CO2===2Na2CO3＋Si
(4)干燥条件下蒸馏SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl↑，产生白色烟雾
14．如图是一些常见元素的单质或化合物之间的转化关系(溶液中的水及部分反应物或生成物未标出)。

A、E是空气的两种主要成分；反应①是在 1 500 ℃隔绝空气的条件下发生的，其中生成物D是单质。

C是由两种元素组成的新型材料，且和SiC具有相同的价电子数和原子数，J是一种能引起温室效应的气体，K是两性化合物，反应③、④、⑤用于工业上生产H。

请回答下列问题：
(1)A的电子式：________；I的化学式：________；H的化学式：________。

(2)写出反应③的化学方程式：_________________________。

(3)写出反应⑥的离子方程式(J少量)：______________________。

写出反应②的离子方程式：__________________________。

(4)B 和SiC 的纳米级复合粉末是新一代大规模集成电路理想的散热材料，反应①是科学家研究开发制备该纳米级复合材料的最新途径。

已知：B 由Si 及另外两种元素组成，且Si 与另外两种元素的物质的量之比均为1∶4。

请写出反应①的化学方程式：____________________。

解析：本题主要考查了碳、硅、铝、氮及其化合物的性质，意在考查考生通过运用相关化学知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。

根据已知信息可推测J 为CO 2，D 为C(碳)，K 为Al(OH)3，I 为NaAlO 2，F 为NH 3，E 为O 2，G 为NO ，H 为HNO 3，A 为N 2，结合(4)中信息知B 为Al 4SiC 4，故C 为AlN 。

(2)反应③为
NH 3的催化氧化反应：4NH 3＋5O 2=====催化剂
△
4NO ＋6H 2O 。

(3)反应⑥为向
NaAlO 2溶液中通入CO 2的反应，离子方程式为CO 2＋2AlO －2＋
3H 2O===2Al(OH)3↓＋CO 2－3；反应②为AlN 在碱性溶液中的水解反
应，离子方程式为AlN ＋H 2O ＋OH －===AlO －2＋NH 3↑。

(4)反应①的
化学方程式为Al 4SiC 4＋2N 2=====1 500 ℃
4AlN ＋SiC ＋3C 。

答案：(1)··N??N ··NaAlO 2HNO 3
(2)4NH 3＋5O 2=====催化剂
△
4NO ＋6H 2O
(3)CO 2＋2AlO －2＋3H 2O===2Al(OH)3↓＋CO
2－3AlN ＋H 2O ＋OH －===AlO －2＋NH 3↑
(4)Al 4SiC 4＋2N 2=====1 500 ℃
4AlN ＋SiC ＋3C
15．(2019·山东泰安一模)某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。

已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。

(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是________________。

(2)装置B的作用是_____________________________。

(3)装置C、D中所盛试剂分别为__________________、
________________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两
气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为
_______________________________________________。

(4)该装置的缺点是_________________________。

(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。

取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为________。

(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：______________。

解析：(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气
中氧气反应，所以实验前要通入足够长时间的N2将装置中的空气排尽。

(2)根据装置图可知，B装置作安全瓶，防止倒吸。

(3)碳与二氧化硅反应可能生成CO也可能生成CO2，所以C装置用来检验CO2，D装置用来检验CO，所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、
D 中溶液均变浑浊，说明既有CO 2又有CO ，由于两气体产物的物质
的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为
3SiO 2＋4C=====高温
2CO 2↑＋2CO ↑＋3Si 。

(4)CO 有毒，不能直接排放到空气中，而该装置缺少尾气吸收装置来吸收未反应的
CO 。

(5)n(SiO 2)＝18 g 60 g ·m ol －1＝0.3 mol ，n(C)＝8.4 g
12 g ·m ol －1
＝0.7 mol ，充分反应后收集到0.6 mol 气体，假定气体产物只有CO ，固体产物只有Si 和SiC ，则有：
故Si 和SiC 的物质的量之比为0.2 mol ∶0.1 mol ＝2∶1。

(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，将CO 2气体通入硅酸钠溶液，发生反应CO 2＋H 2O ＋Na 2SiO 3===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓，溶液变浑浊，说明酸性H 2CO 3>H 2SiO 3。

答案：(1)将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气等对实验产生干扰
(2)作安全瓶，防止倒吸
(3)澄清石灰水
PdCl 2溶液3SiO 2＋4C=====高温2CO 2↑＋2CO ↑＋
3Si (4)缺少尾气吸收装置(5)2∶1
(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸。