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2018届高考化学总复习第4章非金属及其化合物跟踪检测十二碳硅及无机非金属材料新人教版

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高中化学审核员

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             跟踪检测(十二)  碳、硅及无机非金属材料
    1.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 A.玛瑙的主要成分是二氧化硅,错误;B.光导纤维的主要成分是二氧化
硅,错误;C.太阳能电池板的主要成分是硅单质,正确;D.水晶的主要成分是二氧化硅,
错误。
    2.材料与化学密切相关,表中对应关系错误的是(  )
                  选项             材料            主要化学成分

                    A        刚玉、金刚石             三氧化二铝
                    B       大理石、石灰石               碳酸钙
                    C     普通水泥、普通玻璃               硅酸盐
                    D         沙子、石英              二氧化硅

    解析:选    A 金刚石的化学成分是碳,A            项错误。
    3.据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要成分
是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是(  )
    A.它耐高温抗氧化
    B.它比钢铁轻、硬,但质地较脆
    C.它没有固定的熔点
    D.它是一种新型无机非金属材料
    解析:选    B 由航空材料的成分组成知其质轻、具有耐高温抗氧化等性质,由于这种
材料能增加韧性,故质地不会较脆,故                 B 错,A  正确;复合材料属于混合物,没有固定的
熔点,由碳化硅、高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料,C、
D 正确。
    4.下列有关硅的叙述中,正确的是(  )

    A.工业上通常以       SiO2 为原料,用氧化剂与其反应制备单质硅
    B.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位
    C.硅的化学性质不活泼,在自然界中可以以游离态存在
    D.硅在电子工业中,是重要的半导体材料
    解析:选    D A  项,工业上制单质        Si 的反应为   SiO +2C    高温     Si+2CO↑,C   为还
                                              2    = = = = =
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原剂,错误;B      项,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,错误;C                        项,硅在自然界
中都以化合态存在,错误。
    5.下列说法正确的是(  )
    A.在粗硅的制取中发生          2C+SiO    高温     2CO↑+Si,硅被还原,所以碳的还原性
                                2 = = = = =
大于硅的还原性
    B.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中

    C.用  SiO2 制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入                         CO2
    D.由  Na CO +SiO    高温     CO ↑+Na  SiO 可知硅酸的酸性大于碳酸
           2  3    2 = = = = =  2     2   3
    解析:选    C 依据元素周期律可知,硅的还原性大于碳,上述反应能发生是因为产物
中有   CO 气体生成,使平衡向右移动,A            错误;硅酸钠是一种黏合剂,不能保存在带磨口玻
璃塞的试剂瓶中,B        错误;D   项中的反应不是在水溶液中进行的,且产物中有气体生成,与
硅酸和碳酸的酸性强弱无关,D             错误。

    6.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发生改变

    D.反应器中发生的复分解反应为              SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
    解析:选    A 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,SiO2+

2NaOH===Na2SiO3+H2O 不属于复分解反应,错误。
    7.下列说法中正确的是(  )
             O2        H2O        NaOH或HCl
    A.单质――→氧化物――→酸或碱                ――→    盐,硅单质可以按上述关系进行转化

    B.若  a、b、c   分别为   Si、SiO2、H2SiO3,则可以通过一步反应实现如图所示的转化关

系
    C.二氧化碳和二氧化硅都可溶解在               NaOH 溶液中

    D.青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4],若以氧化物形式可表示为

Al2O3·SiO2·H2O
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                                                                   H2O
    解析:选    C A  项,Si  与 O2 反应生成    SiO2,SiO2 不与 H2O 反应,“氧化物――→酸或
碱”不能实现,错误;B          项,    b→c,c→a   均不能通过一步反应实现,错误;C              项,二氧化
碳和二氧化硅都属于酸性氧化物,都能与                  NaOH 溶液反应生成盐和水,正确;D            项,硅酸盐

可以用盐的形式或氧化物的形式,[Al2Si2O5(OH)4]可表示为                 Al2O3·2SiO2·2H2O,错误。
    8.青石棉(crocidolite)是一种致癌物质,是《鹿特丹公约》中受限制的                        46 种化学品

之一,其化学式为        Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时,还原产物只有                 NO,下
列说法不正确的是(  )
    A.青石棉是一种硅酸盐产品
    B.青石棉中含有一定量的石英晶体
    C.青石棉的化学组成可表示为

    Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O

    D.1 mol 青石棉能使      1 mol HNO3 被还原
    解析:选    B 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结
合而成的化合物的总称,故青石棉是一种硅酸盐产品;青石棉是一种纯净物,不可能含有

一定量的石英晶体;1           mol   Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O  跟足量硝酸反应时,失去           3 

mol 电子,而还原产物只有          NO,故能使    1 mol HNO3 被还原。
    9.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是(  )
 选项                          操作及现象                                  溶液

  A       通入  CO2,溶液变浑浊,继续通入           CO2 至过量,浑浊消失            饱和  Na2CO3 溶液

  B       通入  CO2,溶液变浑浊,继续通入           CO2 至过量,浑浊消失             Na2SiO3 溶液

        通入  CO2,溶液变浑浊,继续通入           CO2 至过量,浑浊不消失,
  C                                                             Ca(ClO)2 溶液
                      再加入品红溶液,红色褪去

        通入  CO2,溶液变浑浊,继续通入           CO2 至过量,浑浊消失,再
  D                                                             Ca(OH)2 溶液
                    加入足量     NaOH 溶液,又变浑浊


    解析:选    D A  项,          向饱和   Na2CO3 溶液中通入    CO2,会发生反应生成        NaHCO3,

NaHCO3 的溶解度小于     Na2CO3,所以会析出     NaHCO3 晶体,继续通入      CO2 气体,浑浊不消失,

错误;B   项,向    Na2SiO3 溶液中通入   CO2,会产生硅酸,硅酸是不溶于水的白色沉淀,继续

通入   CO2 至过量,浑浊不消失,错误;C           项,向    Ca(ClO)2 溶液中通入    CO2,会生成   CaCO3 和

HClO,CaCO3 与过量   CO2 反应会转化为     Ca(HCO3)2,浑浊消失,HClO     具有强氧化性,可使品

红溶液褪色,错误;D         项,Ca(OH)2  溶液中通入     CO2 会生成  CaCO3 沉淀,继续通入      CO2 气体,

CaCO3 转化为  Ca(HCO3)2,加入   NaOH 后,Ca(HCO3)2 和 NaOH 反应会生成    CaCO3,正确。

    10.(2017·九江模拟)蛇纹石由          MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3 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
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NaOH 溶液至过量。下列叙述不正确的是(  )

    A.沉淀   X 的成分是    SiO2

    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            Fe2O3

    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        Mg2+、Al3+、Fe3+、H+

    解析:选    B 向蛇纹石试样中加入过量的盐酸,其中的                   MgO、Al2O3、Fe2O3 溶解形成含

  2+    3+    3+   +
Mg  、Al   、Fe   和 H 的溶液    Y,而  SiO2 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      Al2O3 和 SiO2 溶解形成  AlO-2 和 SiO23 ,而 MgO 和 Fe2O3 不溶解形成沉淀,
B 错误。
    11.硅是带来人类文明的重要元素之一,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)新型陶瓷    Si3N4 的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积

法,在   H2 的保护下,使      SiCl4 与 N2 反应生成的   Si3N4 沉积在石墨表面,写出该反应的化学
方程式:
________________________________________________________________________。
    (2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:


    ①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3                 遇水剧烈反应生成        H2SiO3、HCl 和另
一种物质,写出该反应的化学方程式:___________________________________。
    ②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)根据原子守恒可写出化学方程式                 3SiCl4+2N2+6H2===Si3N4+12HCl。

    (2)①SiHCl3 遇水剧烈反应生成        H2SiO3、HCl 和 H2:SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+

H2↑;
    ②由题中条件可知,
                553~573 K
    Si(粗)+3HCl  = = = = = SiHCl3+H2
    1 mol  3 mol      1 mol   1 mol
             1 373~1 453 K
    SiHCl3+H2  = = = = = Si(纯)+3HCl
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    1 mol   1 mol           3 mol
    由以上数据,循环生产中只能产生               3 mol HCl,但  HCl 的利用率为     90%,因此需要增加
  3
(   -3)
 90%    mol HCl,循环生产中只产生         1 mol H2,但  H2 的利用率为     93.75%,因此需要增加
   1                                                                  3
(     -1)                                                           (   -3)
 93.75%   mol              H2,因此,补充投入       HCl 和 H2 的物质的量之比是       90%    ∶
   1
      -1
(93.75%  )≈5∶1。

    答案:(1)3SiCl4+2N2+6H2===Si3N4+12HCl

    (2)①SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+H2↑
    ②5∶1
    12.某矿石含碳酸镁和石英,制备高纯硅和硅胶的工艺流程如下:


    (1)“硅胶”常用作________,也可以用作________的载体。A                的结构式为________。
    (2)制备粗硅的方程式为_____________________________________________。
    (3)操作Ⅰ为________,操作Ⅱ为_________________________________。
    (4)操作Ⅲ,需要在氯化氢气流中加热脱水的原因是________________________。
    (5)溶液  G 用 E 酸化的方程式为______________________________________。
    解析:(1)“硅胶”多孔,常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂,也可以用
作催化剂的载体。二氧化碳的结构式为                 O===C===O。
                                     C       Cl2        H2
    (2)工业制取纯硅的工艺流程为            SiO2――→粗硅――→SiCl4――→纯硅,用焦炭还原

SiO2,产物是    CO 而不是   CO2。
    (3)操作Ⅰ为过滤,操作Ⅱ为蒸发结晶。

    (4)MgCl2·6H2O 加热脱水制得      MgCl2,要在氯化氢气流中进行,氯化氢氛围是防止镁离
子水解。

    (5)Na2SiO3 与 HCl 反应,生成   NaCl 和 H2SiO3。
    答案:(1)干燥剂 催化剂 O===C===O
    (2)SiO +2C   高温     Si+2CO
          2    = = = = =
    (3)过滤 蒸发结晶或蒸发浓缩、冷却结晶
    (4)防止镁离子水解
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    (5)Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓

    13.(2016·上海高考)半水煤气是工业合成氨的原料气,其主要成分是                          H2、CO、CO2、

N2 和 H2O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。
               CO变换       脱除CO2
    H2、N2、CO、  ――H→2、N2、  ――→
     CO2、H2O        CO2      H2、N2
    完成下列填空:
    (1)半水煤气在铜催化下实现           CO 变换:
            C△u
           ――→
    CO+H2O    CO2+H2

    若半水煤气中      V(H2)∶V(CO)∶V(N2)=38∶28∶22,经      CO 变换后的气体中:

V(H2)∶V(N2)=________。
    (2)碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之一。已知:

                                         Na2CO3    K2CO3
                       20 ℃碱液最高

                      浓度/(mol·L-1)         2.0      8.0
                      碱的价格(元/kg)          1.25      9.80

    若选择   Na2CO3 碱液作吸收液,其优点是________;缺点是________。如果选择

K2CO3 碱液作吸收液,用什么方法可以降低成本?
___________________________________;
    写出这种方法涉及的化学反应方程式____________________________________
    ________________________________________________________________________。

    (3)以下是测定半水煤气中          H2 以及 CO 的体积分数的实验方案。

    取一定体积(标准状况)的半水煤气,经过下列实验步骤测定其中                          H2 以及 CO 的体积分
数。


    ①选用合适的无机试剂分别填入Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ方框中。
    ②该实验方案中,步骤Ⅰ、Ⅱ的目的是:_________________________________
    ________________________________________________________________________。

    ③该实验方案中,步骤________(选填“Ⅳ”或“Ⅴ”)可以确定半水煤气中                           H2 的体积
分数。
    解析:(1)经    CO 变换后   CO 转化为氢气,则根据化学方程式可知,所得的气体中:

V(H2)∶V(N2)=(38+28)∶22=3∶1。(2)根据表中数据可知若选择                Na2CO3 碱液作吸收液,

其优点是价廉,缺点是吸收            CO2 的能力差。由于生成的碳酸氢钾受热易分解产生碳酸钾,
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所以使碱液循环使用可以降低成本,反应的化学方程式为                        2KHCO3===K2CO3+CO2↑+H2O。
    (3)①由于半水煤气中含有二氧化碳,所以首先利用碱液除去二氧化碳,干燥后再通过
氧化铜反应,利用浓硫酸吸收产生的水蒸气,利用碱液吸收产生的二氧化碳,进而计算体
积分数。③氢气还原氧化铜生成水蒸气,浓硫酸吸收水蒸气,所以该实验方案中,步骤

Ⅳ可以确定半水煤气中          H2 的体积分数。
    答案:(1)3∶1

    (2)价廉 吸收     CO2 能力差 碱液循环使用

    2KHCO3===K2CO3+CO2↑+H2O


    ②除去半水煤气中的         CO2 和 H2O ③Ⅳ
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