高考化学一轮复习第4章非金属及其重要化合物第4讲碳硅及无机非金属材料集训含解析

第4讲 碳、硅及无机非金属材料

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

1．(2021·深圳中学模拟)硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是(　　)

解析：选C。玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分都是SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池。

2．根据化学常识，下列说法正确的是(　　)

A．施用碳铵后应立即盖上土壤

B．复合肥是两种或两种以上化肥的混合物

C．可用工业用盐做食盐用于烹调

D．加碘食盐中的“碘”通常指碘单质

解析：选A。施用氮肥后应立即覆盖土壤，以防止氮元素损失；复合肥中含有两种或两种以上的营养元素，并不是两种或两种以上的化肥；工业盐不能用于烹调；加碘食盐加入的是含碘元素的物质，一般为碘酸钾。

3．(2021·合肥模拟)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”“浇水转泑(主要为青色)与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)

A．“黏土”是制砖瓦和水泥的主要原料

B．“燃薪举火”使“黏土”发生复杂的物理化学变化

C．沙子的主要成分为硅酸盐

D．泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦

解析：选C。由“择取无砂黏土而为之”，说明“黏土”是制砖瓦和水泥的主要原料，选项A正确；“燃薪举火”是提供高温的环境，使“黏土”发生复杂的物理化学变化，选项B正确；沙子的主要成分为二氧化硅，选项C错误；“黏土”中有一定量的Fe元素，泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁)，浇水冷却时C与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价铁，形成青瓦，选项D正确。

4．(2021·葛洲坝模拟)碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是(　　)

A．碳是构成有机化合物的主要元素

B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程

C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一

D．石油的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志

解析：选D。有机化合物中一定含有碳元素，所以碳是构成有机化合物的主要元素，A正确；光合作用是绿色植物将二氧化碳和水合成葡萄糖的过程，是把太阳能转化为化学能的过程，B正确；化石燃料中含碳元素，化石燃料的大量燃烧产生大量二氧化碳气体是产生温室效应的原因之一，C正确；乙烯的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志，D错误。

5．食品抗氧化剂是能阻止或延缓食品氧化变质、提高食品稳定性和延长贮存期的食品添加剂。下列物质不属于食品抗氧化剂的是(　　)

A．糕点中的配料维生素C

B．方便面里的味精(谷氨酸钠)

C．葡萄酒中的少量二氧化硫

D．火腿肠中的少量亚硝酸钠

解析：选B。维生素C、二氧化硫以及亚硝酸钠都具有还原性，可与氧气发生氧化还原反应而阻止或延缓食品氧化变质、提高食品稳定性和延长贮存期，而谷氨酸钠为调味剂，不属于抗氧化剂。

6．(2021·福建师大附中模拟)化学与社会、科学、技术、环境密切相关。下列说法正确的是(　　)

A．目前提岀的“低碳经济”，即减少向环境排放CO2，抑制酸雨的形成

B．推广使用燃料电池汽车，可减少固体颗粒物、CO等有害物质的排放

C．高纯度的硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路”

D．水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐材料

解析：选B。A项，目前提岀的“低碳经济”，即减少向环境排放CO2，可减缓温室效应，SO2、NOx可引起酸雨的形成，故A错误；B项，推广使用燃料电池汽车，可以减少机动车化石燃料的燃烧，因此可以减少固体颗粒物、CO等有害物质的排放，故B正确；C项，高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，二氧化硅可与强碱反应，因此光导纤维遇强碱会“断路”，故C错误；D项，水泥、玻璃、青花瓷属于硅酸盐材料，水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐材料，故D错误。

7．碳及其化合物与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是(　　)

A．14C、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体，用途广泛

B．用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用

C．石墨烯和碳纤维都是新型有机高分子材料

D．碳纳米管是一种有机合成纤维，其比表面积大，可用作新型储氢材料

解析：选B。14C是碳元素的一种核素，不是碳的同素异形体，A项错误；用CO2合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用，B项正确；石墨烯、碳纤维、碳纳米管都是碳的单质，是无机非金属材料，C、D项错误。

8．下列除杂方法正确的是(　　)

A．SiO2中含有Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液，然后过滤除去

B．CO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管并加热

C．CO2中含有HCl杂质，可以通入盛有Na2CO3溶液的洗气瓶

D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤除去

解析：选B。A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通入盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶；D项，引入了NaHCO3杂质。

二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

9．(2021·芜湖高三质检)由二氧化硅制高纯硅的流程如下，下列判断中错误的是(　　)

A．①②③反应中有非氧化还原反应

B．H2和HCl均可循环利用

C．SiO2是一种坚硬、难熔的固体

D．SiHCl3摩尔质量为135.5 g

解析：选AD。①②③反应中，均有元素化合价的变化，均属于氧化还原反应，A错误；生成的H2和HCl可分别在反应③和②中循环利用，B正确；SiO2的熔点很高，C正确；摩尔质量的单位是g· mol－1，D错误。

10．(2021·厦门二中模拟)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．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未发生改变

D．反应器中发生的反应为氧化还原反应

解析：选AC。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，二氧化硅中硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，正确；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。

11．灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2，为了检验产物中的H2和CO(设气体均被充分吸收)，设计如下实验装置，下列有关说法错误的是(　　)

A．为了实验安全，应先点燃①处酒精灯，后点燃④处酒精灯

B．②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水

C．④中黑色固体变红色，即可证明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种

D．若用碱石灰替换无水硫酸铜，也可以达到检验H2和CO的目的

解析：选D。由图可知，①中焦炭与水蒸气反应生成H2、CO和少量CO2，实验目的为检验产物中的H2和CO，则②中NaOH溶液可除去CO2，③中浓硫酸干燥气体，④中H2和CO均还原CuO，无水硫酸铜变蓝可检验出含有氢气，⑤中澄清石灰水变浑浊可检验出含有CO，最后进行尾气处理。

12．(2021·张家口模拟)常温下，向Ba(OH)2和NaOH混合溶液中缓慢通入CO2至过量(溶液温度变化可忽略不计)，生成沉淀的物质的量与通入CO2体积的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．b点时溶液中溶质为NaHCO3

B．V4的值为90

C．V1、V2、V3时，溶液中c(Ba2＋)·c(CO)相等

D．原混合溶液中n[Ba(OH)2]∶n(NaOH)＝1∶2

解析：选D。ab段发生的反应依次为2OH－＋CO2===CO＋H2O、CO＋H2O＋CO2===2HCO，所以b点溶液中溶质为NaHCO3，故A正确；发生反应Ba2＋＋2OH－＋CO2===BaCO3↓＋H2O时消耗30 mL的二氧化碳，发生反应NaOH＋CO2===NaHCO3时消耗30 mL 的二氧化碳，发生反应BaCO3＋CO2＋H2O===Ba2＋＋2HCO时消耗30 mL的二氧化碳，所以V4的值为90，故B正确；Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)·c(CO)，温度不变，溶度积不变，故C正确；D项，原混合溶液中Ba(OH)2和NaOH的物质的量之比为1∶1，故D错误。

三、非选择题

13．综合利用CO2、CO对构建低碳环保社会有重要意义。

(1)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是__________(填字母)。

A．可在碱性氧化物中寻找

B．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找

C．可在具有强氧化性的物质中寻找

(2)Li4SiO4可用于吸收、释放CO2，原理是在500 ℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700 ℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，写出CO2与Li4SiO4反应的化学方程式：______________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)如图所示，利用缺铁氧化物(如Fe0.9O)可实现CO2的综合利用，构建低碳环保社会。

①过程Ⅰ反应中二氧化碳做________(填“氧化剂”或“还原剂”)，每生成3 mol Fe3O4可转化CO2的体积为________(标准状况)。

②请说明该转化的优点：______________________________________。

解析：(1)A项，Li2O、Na2O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在碱性氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故A正确；B项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，锂、钠与镁为ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故B正确；C项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原反应无关，故C错误。(2)在500 ℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒可知生成物还有Li2SiO3，所以化学方程式为CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3。(3)根据图示可知，Fe0.9O可以将CO2转化为C，过程Ⅰ发生反应的化学方程式为Fe0.9O＋CO2===Fe3O4＋C，则每生成3 mol Fe3O4消耗1 mol CO2，而Fe3O4又在太阳能高温作用下分解为Fe0.9O和氧气，可实现缺铁氧化物的循环利用。

答案：(1)AB　(2)CO2＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3　(3)①氧化剂　22.4 L　②将CO2转化为C和O2；利用了太阳能；Fe0.9O可循环使用(答案合理即可)

14．有一类抗酸药能有效地治疗因胃酸过多引起的胃痛、胃胀等，其有效成分除了中学化学中熟知的氧化镁、氢氧化镁等外，还有一些我们不太熟悉的物质如双羟基铝碳酸钠、柠檬酸钠、三硅酸镁等。联系所学的知识，回答下列问题：

(1)人的胃液中含有大量的盐酸，可以为胃蛋白酶提供酸性环境，同时还可以杀死随食物进入胃部的细菌，但胃液酸度过高会患胃酸过多症，下列物质不宜用作治疗胃酸过多的药物的主要成分的是________(填字母，下同)。

A．小苏打粉   B．Al(OH)3粉

C．氧化钙粉   D．纯碳酸钙粉

(2)胃镜检查发现胃少量出血，说明胃溃疡已深及黏膜下层，此种情况下胃溃疡患者胃酸过多可考虑选用(1)中的含________的药物。

(3)某品牌抗酸药的主要成分有糖衣、碳酸镁、氢氧化铝、淀粉。

①写出该抗酸药发挥药效时的化学方程式：______________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

②淀粉在抗酸药中做填充剂、黏合剂，淀粉在人体内酶的催化作用下发生水解反应，最终转化为________(填分子式)。

③服用抗酸药时，为什么一般要嚼碎后吞服？______________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

解析：(1)CaO溶于水生成强碱并放出大量的热，会灼伤和腐蚀人体的内部器官。

(2)患胃溃疡较重者，为避免胃穿孔，不能食用与胃酸反应产生CO2气体的抗酸药，可服用Al(OH)3粉。

(3)①能发挥药效的是碳酸镁与氢氧化铝；②淀粉水解的最终产物是葡萄糖；③抗酸药嚼碎后服用可防止抗酸药片黏附在胃壁上不能充分发挥药效作用。

答案：(1)C　(2)B

(3)①MgCO3＋2HCl===MgCl2＋CO2↑＋H2O、Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O

②C6H12O6

③将抗酸药嚼碎后吞服，可以防止抗酸药片黏附在胃壁上不能充分与酸作用，从而不能充分发挥药效

15．(2021·大同三中模拟)氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：

其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：

(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：____________________________________________________________

________________________________________________________。

(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是_____________________________________________________。

(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________。

(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：____________________________________。

解析：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应，反应③④⑤中无元素化合价的变化，属于非氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得。(4)结合题给信息，SiCl4与N2和H2反应可得到Si3N4和HCl。

答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(2)①②

(3)Si3N4　(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl