全国版2021高考化学一轮复习课时作业13碳硅及其化合物无机非金属材料含解析 练习

课时作业(十三)　碳、硅及其化合物　无机非金属材料

1．(2019·山东菏泽模拟)下列宝石的主要成分为二氧化硅的是(　　)

A．水晶　　　 B．琥珀　　　

C．刚玉　　　 D．珍珠

A　[水晶的主要成分是二氧化硅；琥珀的主要成分为树脂，含有的元素主要为C、H、O；刚玉的主要成分是氧化铝；珍珠的主要成分是碳酸钙。]

2．下列属于硅酸盐产品的是(　　)

①陶瓷餐具　②水泥　③光导纤维　④太阳能电池　⑤门窗玻璃

A．①②③　　　 B．①②⑤　　　

C．①②④　　　 D．②③⑤

B　[①陶瓷餐具、②水泥、⑤门窗玻璃均属于硅酸盐产品，③光导纤维是二氧化硅，④太阳能电池是硅制成的，均不属于硅酸盐产品，B正确。]

3．(2019·贵州贵阳月考)材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。下列关于材料的说法中正确的是(　　)

A．太阳能电池板中的二氧化硅可用作光导纤维

B．古代的陶瓷、砖瓦、现代的有机玻璃、水泥都是硅酸盐产品

C．航天服材质是由碳化硅陶瓷和碳纤维等复合而成，具有耐高温、防寒等性能

D．石英玻璃耐强酸、强碱，可用来制造化学仪器

C　[太阳能电池板中使用的材料是单质硅而不是二氧化硅，故A错误；有机玻璃为聚甲基丙烯酸甲酯，为有机高分子材料，不是硅酸盐产品，而古代的陶瓷、砖瓦、现代的水泥都是硅酸盐产品，故B错误；航天服材质是由碳化硅陶瓷和碳纤维等复合而成，这种材料具有耐高温防寒等性能，故C正确；石英的成分是二氧化硅，能和强碱反应，如2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O，所以石英玻璃不耐强碱，故D错误。]

4．(2019·吉林辽源联考)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　)

①水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不易腐蚀　②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维　④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

A．①②　　　 B．②③　　　

C．①④　　　 D．③④

C　[①水玻璃是硅酸钠的水溶液，一种矿物胶，既不易燃烧也不易腐蚀，正确；②水泥、玻璃都是硅酸盐制品，沙子不是硅酸盐制品，主要成分是二氧化硅，错误；③高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，错误；④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料，正确； 选C。]

5．(2019·江苏四市调研)关于硅及其化合物的叙述中，不正确的是(　　)

A．硅是良好的半导体材料

B．制备普通水泥的原料是纯碱、石灰石、石英

C．可以用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑

D．HF刻蚀玻璃的反应原理是：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O

B　[A．Si处于金属和非金属元素之间，具有金属和非金属的性质，其单质属于半导体材料，可以作硅芯片和硅太阳能电池，故A正确；B．水泥的原料是黏土和石灰石，纯碱、石灰石、石英是制造玻璃的原料，故B错误；C．焦炭与二氧化硅在高温条件下反应生成粗硅和一氧化碳，所以反应方程式为：SiO2＋2CSi＋2CO↑，故C正确；D．HF与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，则HF刻蚀玻璃的反应原理是：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O，故D正确。]

6．(2019·东北三校一模)下列关于硅及其化合物的说法不正确的是(　　)

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

D　[A．氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，能够腐蚀玻璃，用于刻蚀玻璃，故A正确；B．盐酸的酸性强于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶，故B正确；C．据化合物中正负化合价的代数和为0的原则，得氮化硅的化学式为Si3N4，故C正确；D．晶体硅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，而不是二氧化硅，故D错误。]

7．(2019·山东潍坊月考)下列物质：①氢氟酸；②浓H2SO4；③烧碱溶液；④Na2CO3固体；⑤氧化钙；⑥浓HNO3。其中在一定条件下能与SiO2反应的有(　　)

A．①③④⑤　　　 B．②③⑥　　　

C．①②⑥　　　 D．全部

A　[①二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅与水，①正确；②二氧化硅不与氢氟酸以外的酸反应，不与浓硫酸反应，②错误；③二氧化硅与烧碱溶液反应生成硅酸钠与水，故③正确；④二氧化硅与Na2CO3固体在高温的反应生成硅酸钠与二氧化碳，④正确；⑤二氧化硅与氧化钙在高温时反应生成硅酸钙，⑤正确；⑥二氧化硅不与氢氟酸以外的酸反应，不与浓硝酸反应，故⑥错误；故①③④⑤正确；选A。]

8．(2019·河北承德模拟)下列除杂方法正确的是(　　)

A．SiO2中含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的玻璃管且加热

C．CO2中含有HCl杂质， 可以通过盛有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

B　[SiO2、Al2O3均与NaOH反应，A项错误；CO与CuO在加热条件下反应生成CO2与Cu，B项正确；Na2CO3溶液可以与CO2反应生成NaHCO3，C、D项错误。]

9．(2019·湖南常德一模)下列物质的反应过程符合图示过程的是(　　)

A．向CaCl2溶液中通入过量CO2 B．向水玻璃溶液中通入过量CO2

C．向澄清石灰水中通入过量CO2 D．向水玻璃溶液中加入过量盐酸

C　[向CaCl2溶液中通入CO2不发生反应，A项错误；向水玻璃溶液中通入过量CO2生成硅酸沉淀，硅酸不能溶解于过量的碳酸中，B错误；向澄清石灰水中通入过量CO2先生成CaCO3，然后CaCO3与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2，C正确；向水玻璃溶液中加入盐酸生成硅酸，硅酸不溶于盐酸，D错误。]

10．往含有0.2  mol NaOH和0.1  mol Ba(OH)2的混合溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L(标准状况)时立即停止。则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)(　　)

C　[本题涉及的化学反应有①Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O、②2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O、③BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2、④Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3。当未通入CO2气体时，溶液中的离子为0.2  mol Na＋、0.1  mol Ba2＋、0.4  mol OH－，共0.7  mol；当通入2.24 L CO2气体时，发生反应①，此时溶液中离子为0.2  mol Na＋、0.2  mol OH－，共0.4  mol；当通入4.48 L CO2时，发生反应②，此时溶液中离子为0.2  mol Na＋、0.1  mol CO，共0.3  mol；当通入6.72 L CO2时，发生反应④，此时溶液中离子为0.2  mol Na＋、0.2  mol HCO，共0.4  mol；当通入8.96 L CO2时，发生反应③，此时溶液中离子为0.2  mol Na＋、0.1  mol Ba2＋、0.4  mol HCO，共0.7  mol，故C正确。]

11．高纯度晶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：下列说法不正确的是(　　)

A．步骤①的化学方程式为：SiO2＋CSi＋CO2↑

B．步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子

C．高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料

D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3

A　[A．二氧化硅高温下与C反应生成CO气体，即步骤①的化学方程式为：SiO2＋2C Si＋2CO↑，故A错误；B．步骤①中Si的化合价降低4，转移电子数为4 mol，故B正确；C．高纯硅是半导体，是制造集成电路、太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料，故C正确；D．沸点相差30 ℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离，故D正确。]

12．(2019·山西晋城一模)A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种短周期主族元素R，它们能发生如图所示的转化关系，已知A、B、D、E四种物质均难溶于水，单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气。下列说法正确的是(　　)

A．反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1

B．化合物A既能溶于NaOH又能溶于氢氟酸

C．反应④的离子方程式为2R＋2OH－＋2H2O===2RO＋3H2↑

D．化合物C的水溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应

B　[单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气，常见的是Al或Si，由图中转化关系可知，若R是Al，则C应为NaAlO2，但NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl和AlCl3，不能生成难溶物，所以R是Si，A在高温下能与焦炭和石灰石反应，说明A是SiO2，根据图中转化关系可推知，B为CaSiO3、D为Si、C为Na2SiO3、E为H2SiO3。反应①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，由化学方程式可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，故A错误；SiO2既能与NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，故B正确；反应④的离子方程式为Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑，故C错误；反应①产生的气体是CO，Na2SiO3溶液与CO不反应，故D错误。]

13．(2019·山西太原模拟)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  ℃反应可制得SiH2Cl2。

(1)以浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置来制取HCl，利用了浓硫酸的______性。

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

(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2Cl2的装置连接次序为a→____→____→f→g→ ____→____→____→____(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。其中装置B的作用是________；前面装置C中装的药品为________，后面装置C的作用为________________________________________________________________________。

(4)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。如果通入气体的次序相反，产率会降低，其原因是__________________(用化学方程式表示)。

解析　(1)利用浓硫酸的吸水性，可使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)根据原子守恒和得失电子守恒可知，D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为Si＋2HClSiH2Cl2。(3)A装置用来制取HCl，C装置可对HCl进行干燥，干燥的HCl气体从f进入D中进行反应，生成的SiH2Cl2从g处挥发，在B装置中收集产物，由于SiH2Cl2密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水蒸气进入B中，也为了除去多余的HCl，则应在B装置后连接干燥装置C，其中前面装置C用于干燥氯化氢气体，应选择酸性干燥剂P2O5或中性干燥剂无水CaCl2，后面装置C用于除去多余的HCl和吸收空气中的水蒸气，可选用碱石灰。(4)SiH2Cl2与Cl2发生反应：SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl)，使产率降低。

答案　(1)吸水　(2)Si＋2HClSiH2Cl2　(3)d　e　b　c　d　e　收集SiH2Cl2　无水CaCl2　除去多余的HCl，避免污染环境，同时吸收空气中的水，避免与SiH2Cl2反应　(4)SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl

14．(2019·甘肃天水考试)硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：

(1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统无机非金属材料，其中生产普通玻璃的主要原料有__________。

(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线。

Ⅰ.锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意图如下：

石英砂高纯硅

①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为__________________(SiO2＋3CSiC＋2CO↑为副反应)，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SiO2的质量之比为________。

②整个制备过程必须严格控制无水。SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，反应的化学方程式是____________________。

Ⅱ.工业上也可以通过如图所示的流程制取纯硅：

③有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________；SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为_______________________________。

④假设每一轮次制备1  mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是______。

解析　(1)工业上生产普通玻璃的主要原料是纯碱、石英、石灰石。(2)Ⅰ.①过程Ⅰ中二氧化硅与C在高温下反应生成硅和一氧化碳，反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，副反应为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，根据化学方程式，假设生成1  mol硅和1  mol碳化硅，则参加反应的C和SiO2的物质的量分别为5  mol和2  mol，质量之比为(5  mol×12 g· mol－1)∶(2  mol×60 g· mol－1)＝1∶2。②SiCl4遇水剧烈水解生成两种酸，则为HCl和H2SiO3，反应的化学方程式为SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl。

Ⅱ.③由表格中数据可知SiHCl3与其他几种物质沸点差别较大，可以通过蒸馏除去杂质；SiHCl3水解生成硅酸、氢气和氯化氢，反应的化学方程式为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。④Ⅰ中反应为Si＋3HClSiHCl3＋H2，Ⅱ中反应为SiHCl3＋H2Si＋3HCl，则反应生产1  mol纯硅需补充HCl：(－3) mol，需补充H2：(－1) mol，补充HCl与H2的物质的量之比为(－3) mol：(－1) mol≈5∶1。

答案　(1)纯碱、石英、石灰石

(2)Ⅰ.①SiO2＋2CSi＋2CO↑　1∶2

②SiCl4＋3H2OH2SiO3↓＋4HCl

Ⅱ.③蒸馏　SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl　④5∶1