2027届高三化学一轮复习试题规范练22硅无机非金属材料（Word版附解析）

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命题角度1 自然界中的碳循环及“碳中和”
1.(2025·湖北武汉名校联考)我国努力争取2060年前实现碳中和,利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2,反应过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2
B.环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶
C.反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质
D.可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2
命题角度2 硅及其化合物的性质
2.2025年4月24日,“神舟二十号”载人飞船在我国酒泉卫星发射中心成功发射,飞船使用了我国自主研发和生产的航天芯片,制作芯片的刻蚀液为硝酸与氢氟酸的混合液,工艺涉及反应为Si+HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2↑+H2O,下列说法错误的是( )
A.此反应不能在玻璃容器中进行
B.由该反应可判断氢氟酸是强酸
C.氧化性:HNO3>H2SiF6
D.标准状况下,生成1.12 L H2时,转移电子的物质的量为0.2 ml
3.(2025·四川达州统考)以下是由石英砂(主要成分为二氧化硅)制备高纯硅的工艺流程示意图。
下列说法不正确的是( )
A.步骤①中反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑
B.工艺流程中,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分液
C.由粗硅制备高纯硅的过程中,循环使用的物质主要有HCl和H2
D.若混合物分离后,得到SiCl4、SiHCl3、H2的物质的量均为1 ml,要使SiCl4和SiHCl3完全转化为Si,理论上至少需要额外补充2 ml H2
命题角度3 无机非金属材料的性能及应用
4.(2026·安徽合肥一中质检)合肥在科技创新领域的发展令人瞩目,被誉为“科教名城”和“创新之都”。下列说法正确的是( )
A.合肥的低空经济领域中,实现飞行器性能突破的碳纤维材料属于有机材料
B.合肥科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置中的玻璃钢属于无机非金属材料
C.某智能办公本为实现快速充电添加的SiC属于新型无机非金属材料
D.电动汽车的电池的正极材料主要成分磷酸铁锂(LiFePO4)属于金属材料
5.(2026·安徽安庆调研)Si、C均为ⅣA族元素,下列有关含硅和含碳物质的说法正确的是( )
A.金刚砂属于新型无机非金属材料
B.高温下,SiO2能与Na2CO3反应,则H2SiO3的酸性比H2CO3强
C.SiO2能与氢氟酸反应生成SiF4,则SiO2为碱性氧化物
D.常温下,SiO2为固体,CO2为气体,原因是前者摩尔质量大
6.(2025·浙江强基联盟联考)硅胶吸附剂的结构示意图如图所示,常用作干燥剂。在其中添加CCl2可使其指示吸水量的多少来决定硅胶是否失效,原理为CCl2(蓝色)+6H2OCCl2·6H2O(粉红色),失效的硅胶可加热再生,下列说法错误的是( )
A.当硅胶变粉红色说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物,硅胶可干燥HF和Cl2等酸性气体
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时,与硅羟基形成了过多氢键从而失去吸附力
B级素能提升练
7.(2025·河北省级重点高中联考)某小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1 357 K的条件下制备高纯硅,实验装置如图所示(加热及夹持装置略去)。
已知:①SiHCl3的沸点为33.0 ℃,易溶于有机溶剂,能与H2O剧烈反应,在空气中易被氧化;②CaCl2+xCH3CH2OHCaCl2·xCH3CH2OH。下列说法错误的是( )
A.装置B中的试剂是碱石灰
B.实验过程中应先打开活塞K1,再加热石英管
C.装置D中反应的化学方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl
D.装置E中CCl4的作用为防倒吸和吸收多余的SiHCl3
8.(2025·安徽合肥六校联考)H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如图。下列说法错误的是( )
A.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
B.合成1反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C.合成2的反应为SiF4+NaAlH4SiH4+NaAlF4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
9.(10分)氮化硅(Si3N4)具有高强度、低密度、耐高温的特性,有“结构陶瓷之王”的美称。科研人员采用氨解法制备氮化硅。
Ⅰ.制备流程:SiCl4(l)Si(NH)2(s)Si3N4(s)
已知:①SiCl4在潮湿的空气中极易水解;Si(NH)2遇水生成二氧化硅和氨,不稳定易被氧化;
②NH3的沸点为-33.5 ℃,熔点为-77.75 ℃,800 ℃以上会分解;正己烷(作反应溶剂)的沸点为69 ℃,熔点为-95 ℃。
Ⅱ.实验装置如图。
氮化硅前驱体的制备:
氮化硅的制备:
(1)仪器X的名称是 。
(2)完善虚线框内的装置顺序: → → →D。
(3)写出流程(b)中生成Si3N4的化学方程式: 。
(4)下列说法正确的是 (填字母)。
A.仪器X的主要作用为冷凝回流
B.已知NH4Cl可溶于液氨,采用液氨多次洗涤Si(NH)2的方法可去除杂质NH4Cl
C.装置D可选用冰水混合物作为冷却剂
D.F中所装的液体为浓硫酸,D装置中有一处需要改进
(5)经测定,氨解法制备所得的Si3N4晶体中含有碳杂质,请分析原因: 。
(6)电位滴定法测定试样中Cl-的含量:称取1.000 g试样,加入40 mL水,在恒温加热磁力搅拌器上溶解,过滤、洗涤;再向其中加入22 mL乙醇、4滴硝酸,用0.001 0 ml·L-1硝酸银标准溶液滴定,当到达滴定终点时,消耗硝酸银溶液的体积为a mL。另取40 mL水重复上述实验,消耗硝酸银溶液的体积为b mL,请列出样品中杂质Cl-含量的表达式: mg·g-1。
参考答案
1.B 解析:将NaOH溶液喷成雾状,可增大反应物的接触面积,提高CO2的吸收率,A正确;环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3,需从溶液中过滤出来再高温煅烧,故基本操作不是蒸发结晶,B错误;NaOH和CaO在流程中既有消耗也有生成,可循环利用,C正确;Na2CO3溶液可以与CO2反应,因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液,D正确。
2.B 解析:氢氟酸能腐蚀玻璃,此反应不能在玻璃容器中进行,A正确;该反应为氧化还原反应,不能由该反应判断氢氟酸是强酸,B错误;氧化剂的氧化性大于氧化产物,则氧化性:HNO3>H2SiF6,C正确;据关系式Si~HNO3~H2SiF6~HNO2~H2↑~4e-,则标准状况下,生成1.12 L H2(0.05 ml)时,转移电子的物质的量为0.2 ml,D正确。
3.B 解析:工艺流程中,利用物质的沸点不同,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分馏,B错误;结合反应过程,HCl和H2可循环使用,C正确;根据SiCl4+H2SiHCl3+HCl、SiHCl3+H2Si+3HCl可知,1 ml SiCl4和1 ml SiHCl3完全转化为Si需要3 ml氢气,则1 ml SiCl4和1 ml SiHCl3完全转化为Si,理论上至少需要额外补充2 ml H2,D正确。
4.C 解析:碳纤维材料属于无机非金属材料,A错误;玻璃钢由玻璃纤维(无机)和树脂(有机)组成,属于复合材料,而非单纯无机材料,B错误;碳化硅(SiC)具有耐高温、高硬度等特性,属于新型无机非金属材料,C正确;磷酸铁锂(LiFePO4)是锂离子电池的正极材料,属于无机盐类,不是金属材料,D错误。
5.A 解析:金刚砂(SiC)属于新型无机非金属材料,A正确;高温下SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2,但该反应为固相高温反应,不能直接推出H2SiO3的酸性强于H2CO3,B错误;SiO2与氢氟酸反应生成SiF4和H2O是SiO2的特性,SiO2是酸性氧化物,C错误;SiO2为共价晶体,结构致密导致其熔沸点高,CO2为分子晶体,分子间作用力弱,状态差异主要原因是晶体类型不同,D错误。
6.B 解析:由题中信息可知,硅胶吸水后会变成CCl2·6H2O(粉红色),故变成粉红色后说明硅胶失效了,A正确;二氧化硅可以与HF反应,故硅胶不能干燥HF,B错误;由硅胶吸附剂的结构可知,硅胶用作干燥剂是通过硅羟基与水分子之间形成氢键而达到吸水的目的,故当硅胶遇到大量的水分子时,与硅羟基形成了过多氢键从而失去吸附力,D正确。
7.A 解析:装置B中应盛装无水氯化钙用于吸收水和挥发的乙醇,防止干扰反应,A错误;为防止装置中空气中的氧气在加热时发生反应,应先打开弹簧夹K1,排尽装置中的空气,再加热石英管,B正确;装置D中发生的反应为SiHCl3+H2Si+3HCl,C正确;装置E中四氯化碳和水用于吸收未反应的三氯硅烷和反应生成的氯化氢,同时防止极易溶于水的氯化氢与水接触产生倒吸,D正确。
8.A 解析:SiO2不溶于H2SO4,SiO2可溶于HF,A错误;合成1反应为Na+Al+2H2NaAlH4,Na、Al两种元素的化合价升高,H2中H元素化合价降低,Na、Al是还原剂,H2是氧化剂,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1,B正确;根据元素守恒,合成2的反应为SiF4+NaAlH4SiH4+NaAlF4,C正确;净化、热解中Si元素化合价降低发生还原反应,生成的多晶硅为还原产物,D正确。
9.答案:(1)球形冷凝管 (2)C B A
(3)3Si(NH)2Si3N4+2NH3↑
(4)ABD
(5)少部分吸附在Si(NH)2表面的正己烷在Si(NH)2热解缩聚过程中夹杂在其中,最后随着高温加热转变为C杂质
(6)3.55(a-b)×10-2
解析:装置C制取氨,B中为碱石灰,用于干燥氨,氨通过A中液体石蜡,通过观察气泡,可判断氨的通入速率,通入D中制取Si(NH)2,再在N2氛围中加热Si(NH)2得到Si3N4。
(4)仪器X的主要作用为冷凝回流,A正确;NH4Cl可溶于液氨,采用液氨多次洗涤Si(NH)2的方法可去除杂质NH4Cl,B正确;冰水混合物的温度无法达到-40 ℃,C错误;F中所装的液体为浓硫酸,可吸收氨,防止空气污染,D装置球形冷凝管上方需要连接干燥管,防止空气中水蒸气进入三颈烧瓶,防止SiCl4水解及Si(NH)2与水反应,D正确。
(5)少部分吸附在Si(NH)2表面的正己烷在Si(NH)2热解缩聚过程中夹杂在其中,最后随着高温加热转变为C杂质。
(6)根据关系式Cl-~AgNO3~AgCl可知,n(Cl-)=n(AgNO3)=0.001 0 ml·L-1×(a-b)×10-3 L=(a-b)×10-6 ml,m(Cl-)=(a-b)×10-6 ml×35.5 g·ml-1=3.55×10-5(a-b) g=3.55×10-2(a-b) mg,故样品中杂质Cl-含量的表达式为3.55×10-2(a-b) mg1.000 g=3.55(a-b)×10-2 mg·g-1。