新教材适用2024版高考化学一轮总复习练案12第四章非金属及其化合物第12讲碳硅及其重要化合物无机非金属材料

练案[12]　第12讲　碳、硅及其重要化合物　无机非金属材料

一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。

1．(2023·山东威海模拟)我国四川广汉的三星堆遗址距今已有3 000～5 000年历史，2021年3月20日，三星堆遗址新出土了多达500多件重要文物，如黄金面具、丝绸“黑炭”、青铜神树、陶瓷碎片等。下列有关叙述错误的是( B )

A．考古利用C测定文物的年代，C的中子数为8

B．黄金面具、青铜神树的成分均为纯金属

C．丝绸转化为“黑炭”的过程涉及化学变化

D．三星堆中含有大量的陶瓷碎片，属于无机非金属材料

[解析]　C的质子数为6、质量数为14，中子数为(14－6)＝8，故A正确；青铜神树的成分为铜合金，故B错误；丝绸转化为“黑炭”的过程中有新物质生成，属于化学变化，故C正确；陶瓷碎片的主要成分是硅酸盐，硅酸盐属于无机非金属材料，故D正确。

2．(2023·广东模拟)新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示。

下列有关说法正确的是( D )

A．石墨烯是一种新型化合物

B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物

C．二者和石墨都是碳的同素异形体

D．氧化石墨烯具有一定的亲水性

[解析]　石墨烯是碳的单质，不是化合物，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以具有一定的亲水性，D正确。

3．(2023·福建福州模拟)海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球气候变化的关键控制环节。如图为海洋中碳循环的简单原理图。下列说法错误的是( D )

A．海洋碳循环过程中能将太阳能转化为化学能

B．钙化释放CO2的离子方程式：2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O

C．影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等

D．光合作用，每生成0.1 mol(CH2O)x转移电子数为0.4NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)

[解析]　如图CO2在弱碱性条件下转化成Na2CO3、NaHCO3，遇氯化钙发生2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，生成CaCO3沉淀钙化同时释放CO2，再经光合作用，形成有机物参与海洋碳循环。CO2经光合作用形成有机物参与海洋碳循环，过程中能将太阳能转化为化学能，故A正确；钙化生成CaCO3沉淀同时释放CO2的离子方程式：2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，故B正确；温度高或酸性条件下，二氧化碳在水中溶解度小，影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等，故C正确；光合作用，碳由＋4价降为0价，每生成0.1 mol(CH2O)x转移电子数为0.4xNA(NA表示阿伏加德罗常数的值)，故D错误。

4．(2023·山东济南模拟)近年来我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法错误的是( B )

A．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢推进剂，产物对环境无污染

B．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅

C．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料

D．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金耐高压、耐腐蚀

[解析]　液氧与液氢反应生成H2O，水对环境无污染，选项A正确；半导体材料是晶体硅，二氧化硅是制备光导纤维的原料，选项B错误；新型无机非金属材料包括高温结构陶瓷、光导纤维和碳纳米材料等，其中如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷属于高温结构陶瓷，选项C正确；钛合金具有强度高、耐腐蚀性好、耐热性高的特点，选项D正确。

5．(2023·辽宁模拟)“嫦娥五号”成功着陆月球，展示了以芳纶为主制成的五星红旗，用SiC增强铝基材料钻杆“挖土”，实现了中国首次月球无人采样返回。研究表明月球表面的“土壤”主要含有氧、硅、铝、铁、镁、钙和钠等元素。下列有关说法正确的是( C )

A．“嫦娥五号”使用的太阳能电池阵和锂离子电池组，均可将化学能转变成电能

B．制作五星红旗用的芳纶为合成纤维，具有烧焦羽毛的气味

C．制作钻杆用的SiC又称金刚砂，具有硬度大、耐磨性好的优点

D．月球表面的“土壤”所含元素均可以利用焰色试验进行判断

[解析]　“嫦娥五号”使用的太阳能电池阵，是将太阳能转化为电能，锂离子电池组，是将化学能转变成电能，故A错误；蛋白质燃烧会闻到烧焦羽毛气味，芳纶纤维属于合成纤维，不是蛋白质，故B错误；SiC俗称金刚砂，为共价晶体，硬度大，熔点高，耐磨性好，可用于制作高强度、耐高温、耐磨的产品，如高温结构陶瓷和轴承等，故C正确；焰色试验是一些金属元素的性质，不是所有元素都具有的性质，利用焰色试验不能判断月球表面的“土壤”所含的全部元素，故D错误。

6．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( C )

A．实验室熔融烧碱时，不可选用陶瓷坩埚

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，主要化学成分是二氧化硅

D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点

[解析]　陶瓷含有二氧化硅，烧碱为氢氧化钠，能够与陶瓷中的二氧化硅反应，熔融烧碱时不能选用陶瓷坩埚，故A正确；陶瓷的传统概念是指所有以黏土等无机非金属矿物为原材料，经过高温烧制而成的产品，闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，故B正确；陶瓷由黏土经高温烧结而成，主要化学成分是硅酸盐，在新石器时代就已经开始使用，应用较早，故C错误；硅酸盐材料的化学性质不活泼，具有耐酸碱腐蚀、抗氧化等优点，故D正确。

7．(2023·河北衡水检测)健康饮食是人们生活质量提高的一种体现。下列说法不正确的是( A )

A．明矾的化学成分为硫酸钠，是传统的食品改良剂和膨松剂

B．奶粉中可添加硫酸亚铁、硫酸锌等作为营养强化剂

C．味精的主要成分是谷氨酸钠，是一种常用的增味剂

D．豆腐中含有盐卤(氯化镁或硫酸钙)，菠菜中含有草酸，两者不宜混合烧制

[解析]　明矾的化学成分为KAl(SO4)2·12H2O，常用作净水剂，小苏打(NaHCO3)是传统的食品改良剂和膨松剂，故A错误；奶粉中添加硫酸亚铁、硫酸锌等可补充Fe、Zn等微量元素，作为营养强化剂，故B正确；味精为谷氨酸钠，是一种鲜味调味料，易溶于水，其水溶液有浓厚鲜味，故C正确；硫酸钙、草酸两者混合会发生反应CaSO4＋H2C2O4===CaC2O4↓＋H2SO4，故D正确。

8．(2023·山东枣庄八中检测)《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 )

A．沙子和黏土主要成分为硅酸盐

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

[解析]　沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，A错误；“燃薪举火”烧制黏土，该过程发生一系列复杂的物理化学变化，制得砖、瓦等硅酸盐产品，B正确；根据“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，烧制后浇水冷却成青瓦，C正确；黏土是制造砖瓦、陶瓷的主要原料，D正确。

9．(2023·湖南雅礼中学月考)食品中的应型乳液是指在外界环境的微小刺激下，油水乳液可以在“稳定”与“破乳”之间快速转换的体系，科学家发现CO2可以作为外界微小刺激物，成为应型乳液的开关(原理如图所示)。有关说法正确的是( B )

A．食品中物质A或物质B的含量较多，否则转化反应不明显，效果较差

B．CO2作为外界微小刺激物，具有绿色、廉价、生物相容性好的优点

C．通入CO2，物质A转化为物质B，是“破乳”过程

D．通入N2，目的是防止食品变质

[解析]　CO2可以作为外界微小刺激物，反应微量，食品中物质A或物质B的含量也很少，如果较多，也会影响食品质量，A错误；CO2属于空气的成分之一，作为外界微小刺激物，具有绿色、廉价、生物相容性好的优点，B正确；通入CO2，物质A转化为物质B，是乳液“稳定”过程，生成了离子化合物，增加了稳定性，C错误；通入N2，驱赶CO2，目的是破乳，D错误。

10．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．SiO2除能与HF反应外，还能与其他强酸反应

B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞

C．硅胶吸水后可重复再生

D．图中所示转化反应都是氧化还原反应

[解析]　SiO2是酸性氧化物，与HF溶液反应是其特殊性质，A错误；Na2CO3溶液显碱性，保存时不能用带玻璃塞的试剂瓶，B错误；在题给图示转化关系中，只有制Si过程的反应为氧化还原反应，其余的均为非氧化还原反应，D错误。

二、非选择题：本题共4小题。

11．(2023·福建福州模拟)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如图：

为了确定C的组成，某同学进行了如图的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可用于制造光导纤维。

按要求回答下列问题：

(1)C的化学式为 SiCl4　；X的化学式为 Si3N4　。

(2)写出下列方程式。

反应①的化学方程式： Si＋2Cl2SiCl4　；

反应⑦的离子方程式： SiO＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO　。

[解析]　本题可从I入手推断，I可用于制造光导纤维，故其为二氧化硅，F为硅酸，H为硅酸钠，E为HCl，C为四氯化硅，X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4，反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。

12．(2023·山东济南检测)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。

(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的 吸水　性。

(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为 Si＋2HClSiH2Cl2　。

(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接顺序为a→( d )→( e )→( f )→( g )→( b )→( c )→( d )(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。

(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为 P2O5(或无水CaCl2)　，后面装置C的作用为 尾气处理和防止空气中的水进入B中　。

(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和 SiCl4　、 SiHCl3　等。

(6)新的制取SiH2Cl2的方法是往硅粉中先通入Cl2，在300～350 ℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体顺序相反，结果会 SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl)　(用化学方程式表示)。

[解析]　(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入B中，则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或无水CaCl2，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体顺序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。

13．(2023·湖南雅礼中学检测)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备高纯硅的主要步骤如下：

①高温下用炭还原二氧化硅制得粗硅；

②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；

③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅。

已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。

请回答下列问题：

(1)第①步制备粗硅的化学方程式为 2C＋SiO22CO↑＋Si　。

(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为 分馏法　。

(3)用SiHCl3与过量的H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：

①装置B中的试剂是 浓硫酸　。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 使滴入烧瓶的SiHCl3汽化　。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 有固体物质生成　。装置D不能采用普通玻璃管的原因是 在反应温度下，普通玻璃会软化　，装置D中发生反应的化学方程式为 SiHCl3＋H2Si＋3HCl　。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 排尽装置内的空气　。

④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是 bd　(填字母)。

a．碘水  B．氯水

c．NaOH溶液  D．KSCN溶液

e．Na2SO3溶液

14．(2022·福建三明月考)现有如图所示的转化关系，水和部分产物已略去。

已知：①X和Z是两种透明、不溶于水的坚硬固体，其中Z无固定熔点，是现代建筑不可缺少的装饰和采光材料；

②无色气体A是引起温室效应的主要气体；

③B、D均为难溶于水的白色固体；

④高纯度的F是使用最广泛的半导体材料。

据此回答下列问题：

(1)Z的名称是 玻璃　，工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为 氢氟酸　(填名称)。

(2)由X、Y制F的化学方程式为 SiO2＋2C2CO↑＋Si　，此反应中Y作 还原　(填“氧化”或“还原”)剂。

(3)转化①的化学方程式为 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　；转化②(A少量)的离子方程式为 SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO　。

[解析]　由题意可知X为SiO2；无色气体A为CO2；B、D均为难溶于水的白色固体，由流程分析可知B为CaCO3，D为H2SiO3；高纯度F是使用最广泛的半导体材料，F为Si。由流程可知Y为焦炭，C为Na2SiO3。(1)由题意判断Z为玻璃；工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为氢氟酸。(2)由X、Y制F的化学方程式为SiO2＋2C2CO↑＋Si，C作还原剂。(3)转化①的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；A为CO2，转化②(A少量)的离子方程式为SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO。