2021版高考化学一轮复习核心素养测评十碳硅及其化合物含解析新人教版

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碳、硅及其化合物 一、选择题(本题包括3小题，每题8分，共24分)‎ ‎1.文物是宝贵的历史文化遗产。下表中对文物用料和成分分析错误的是 (　　)‎ 选项 A B C D 文物 用料成 分分析 瓷器青釉褐彩诗文执壶的用料为硅酸盐 千里江山图使用的颜料铜绿的主要成分为碱式碳酸铜 衍圣公朝服用料丝绸的主要成分为纤维素 青铜器四羊方尊的主要成分为铜锡合金 ‎【解析】选C。瓷器属于硅酸盐制品，主要成分是硅酸盐，A项正确；碱式碳酸铜是颜料铜绿的主要成分，B项正确；丝绸的主要成分为蛋白质，C项错误；青铜是最早使用的合金，成分为铜锡合金，D项正确。‎ ‎2.(双选)(2020·商洛模拟改编)2019年9月19日，我国在酒泉卫星发射中心采取“一箭五星”的方式成功将“珠海一号”03组卫星发射升空。有一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是碳化硅、陶瓷和碳纤维。下列有关该新型材料的叙述正确的是 (　　)‎ A.耐高温但不耐腐蚀 B.比钢铁轻，但质地较脆 C.没有固定的熔点 D.是一种新型无机非金属材料 ‎【解析】选C、D。碳化硅、陶瓷和碳纤维具有耐高温、抗氧化的性能，耐腐蚀，故A错误；“连续纤维增韧”航空材料，则说明该材料比钢铁轻、硬，具有良好的韧性，故B错误；该材料是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成，属于混合物，没有固定的熔点，故C正确；该材料由无机物复合而成，为新型无机非金属材料，故D正确。‎ ‎【加固训练】‎ ‎1.宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是 (　　)‎ A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化 - 9 -‎ B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料 C.高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物 D.陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸 ‎【解析】选C。不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，故A正确；氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，故B正确；瓷器主要是黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，故C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，故D正确。‎ ‎2.(2019·海淀区模拟)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了 ‎-20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法中，不正确的是 (　　)‎ A.石墨烯是能导热的金属材料 B.铝合金是密度较小的金属材料 C.碳纤维是耐低温的无机非金属材料 D.新型材料种类多、用途广 ‎【解析】选A。石墨烯是无机非金属材料，A错误；铝合金是密度较小的金属材料，B正确；石墨烯可制作-20 ℃能发热4 h的服饰，能耐低温，C正确；新型材料种类多、用途广，D正确。‎ ‎3.用金属钠还原CCl4和SiCl4制得一种一维SiC纳米棒，相关反应的化学方程式为8Na+CCl4+SiCl4SiC+8NaCl。下列说法不正确的是 (　　)‎ A.SiC和SiO2中Si元素的化合价相同 B.上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物 C.SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应 D.一维SiC纳米棒比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力 ‎【解析】选B。SiC和SiO2中Si元素的化合价均为+4，A项正确；SiC是还原产物，NaCl是氧化产物，B项错误；SiO2制备单质Si需加入还原剂，单质Si制备SiCl4需加入氧化剂，C项正确；一维粒子上下表面均能与其他物质接触，比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力，D项正确。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共26分)‎ - 9 -‎ ‎4.(12分)光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅(一种无机涂层)的工艺流程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)反应Ⅰ的化学方程式为______________， 氧化剂为__________(填化学式)。 ‎ ‎(2)经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下：‎ 组分 名称 SiCl4‎ SiHCl3‎ SiH2Cl2‎ HCl BCl3‎ PCl3‎ 质量 分数 ‎0.545‎ ‎0.405‎ ‎0.046 2‎ ‎0.000 3‎ ‎0.001 93‎ ‎0.001 57‎ 沸点 ‎/℃‎ ‎57.6‎ ‎31.8‎ ‎8.2‎ ‎-85‎ ‎12.5‎ ‎75.5‎ 图中“操作X”的名称为__________；PCl3的电子式为__________。 ‎ ‎(3)反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为_________________； ‎ 反应Ⅳ的化学方程式为__________________。 ‎ ‎【解析】(1)反应Ⅰ是焦炭还原SiO2，反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑；氧化剂是所含元素化合价降低的物质，根据反应方程式可知，二氧化硅中硅的化合价由+4价→0价，即SiO2是氧化剂。‎ ‎(2)根据表格数据，除HCl、BCl3和SiH2Cl2常温下是气体外，其余为液体，因此采用精馏(或蒸馏)的方法得到SiCl4，PCl3是共价化合物，最外层都满足8电子稳定结构，其电子式为 ‎(3)反应Ⅲ中得到的物质为SiO2和HCl，尾气是HCl，反应Ⅳ中发生的反应是3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl，尾气是HCl，因此尾气的用途是制备盐酸。‎ 答案：(1)SiO2+2CSi+2CO↑　SiO2‎ - 9 -‎ ‎(2)精馏(或蒸馏)　 ‎(3)制取盐酸(或其他合理答案)‎ ‎3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl ‎5.(14分)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Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：  __。 ‎ ‎(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1 420 ℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下： ‎ ‎①净化N2和H2时，铜屑的作用是_ _， 硅胶的作用是_ _。 ‎ ‎②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)+2N2(g)Si3N4(s)+3O2(g)　‎ ΔH=-727.5 kJ·mol-1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是 ‎_ _； 体系中要通入适量的氢气是为了__________。 ‎ ‎③X可能是____(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。 ‎ ‎(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：‎ 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__________。 ‎ - 9 -‎ ‎【解析】(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl。(2)①由于氧气和水蒸气都能腐蚀氮化硅，而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气，所以铜屑的作用是除去氧气，硅胶的作用是除去水蒸气。②因为该反应是放热反应，如果温度过高，局部过热，会导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；通入氢气能将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化铜能被还原生成铜，因此要除去铜应该选择硝酸，盐酸和硫酸不能溶解铜，氢氟酸能腐蚀氮化硅。(3)反应生成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5∶1。‎ 答案：(1)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl ‎(2)①除去原料气中的氧气　除去生成的水蒸气 ‎②该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触　将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽)　③硝酸　(3)5∶1‎ 一、选择题(本题包括3小题，每题6分，共18分)‎ ‎1.(双选)(2020·临沂模拟改编)某学习小组拟探究CO2和锌粒反应是否生成CO，已知CO能与银氨溶液反应产生黑色固体。实验装置如图所示： ‎ 下列说法正确的是 (　　)‎ A.实验开始时，先打开活塞K，后点燃酒精灯 B.b、c、f中试剂依次为氢氧化钠溶液、浓硫酸、银氨溶液 C.装置e的作用是收集一氧化碳气体 D.用上述装置(另择试剂)可以制备氢气并探究其还原性 ‎【解析】选A、D。根据题意分析可知装置图中各个装置的作用分别是a装置是二氧化碳气体发生装置，生成的二氧化碳气体含有氯化氢和水蒸气，通过b中饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢，通过装置c中浓硫酸除去水蒸气，通过 d加热和锌发生反应，生成的气体通过装置e分离二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳进入装置f中的银氨溶液产生黑色固体，验证一氧化碳的存在。实验开始时，装置内含有空气，若先点燃酒精灯，锌与空气反应产生ZnO，无法使CO2‎ - 9 -‎ 与ZnO反应，所以应该先打开活塞K，使CO2充满整个装置后再点燃酒精灯，A正确；b中饱和碳酸氢钠溶液用来除去HCl，c中浓硫酸用来干燥CO2气体；f中试剂为银氨溶液，验证一氧化碳的存在，B错误；装置e的作用是分离二氧化碳与一氧化碳的混合气体，C错误；由于在实验室中是用稀盐酸与Zn粒反应制取氢气，反应不需要加热，因此也可以使用启普发生器制取，然后用饱和食盐水或水除HCl杂质，用浓硫酸干燥氢气，再通过盛有CuO的干燥管来验证H2的还原性，e作安全瓶，可以防止倒吸现象的发生，氢气是可燃性气体，在排放前要进行尾气处理，D正确。‎ ‎2.SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是 (　　)‎ A.图中所有反应都不属于氧化还原反应 B.硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维 C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高 ‎【解析】选C。图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。‎ ‎3.(2020·邯郸模拟)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发生改变 D.反应器中发生的复分解反应为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O - 9 -‎ ‎【解析】选A。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，A正确；操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B错误；二氧化硅中，硅元素的化合价是+4，硅酸钠中，硅元素的化合价是+4，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C错误；由复分解反应的概念可知，SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O不属于复分解反应，D错误。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共32分)‎ ‎4.(14分)(2019·三亚模拟)晶体硅是一种重要的非金属材料。‎ 物质 沸点/℃‎ SiHCl3‎ ‎33.0‎ SiCl4‎ ‎57.6‎ HCl ‎-84‎ 模拟制备纯硅的主要步骤如下：‎ ‎①高温下用碳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。‎ 可能用到的信息如下：‎ 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃；步骤②中粗硅与干燥HCl反应时会生成少量SiCl4。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)粗硅与HCl反应完全后，依据上表所示沸点差异提纯SiHCl3，该提纯方法为 ‎ _ _。 ‎ ‎(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：‎ - 9 -‎ ‎①依次连接的合理顺序为________(填写字母序号)；装置D中g管的作用是 ‎_ _； ‎ 装置B中的试剂是________；装置C中的烧瓶加热的目的是 __。 ‎ ‎②装置A中发生反应的化学方程式为  __。 ‎ ‎③操作时应先打开装置________(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞，理由是__  __。 ‎ ‎(3)请设计实验证明产品硅中是否含微量铁单质：将产品用稀盐酸溶解，取上层清液后__ 。 ‎ ‎【解析】(1)根据沸点差异可知提纯SiHCl3的方法为蒸馏。(2)①根据SiHCl3能与H2O强烈反应，故制得的H2要先干燥，再与SiHCl3反应，仪器的连接顺序为DBCAE；装置D中g管的作用是平衡压强，使分液漏斗中液体能顺利滴下；装置B中的试剂为浓硫酸，用于干燥氢气；装置C中的烧瓶加热的目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化。②装置A中SiHCl3、H2发生置换反应，制得纯硅。③因为SiHCl3容易在空气中自燃，故操作时应先打开装置D中分液漏斗的旋塞，使生成的H2排尽装置中的空气。(3)用盐酸溶解后，可以检验上层清液中是否含有Fe2+来证明产品硅中是否含微量铁单质。‎ 答案：(1)蒸馏 ‎(2)①DBCAE　平衡压强(其他合理答案均可)　浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ‎②SiHCl3+H2Si+3HCl ‎③D　SiHCl3容易在空气中自燃，先通一段时间H2排尽装置中的空气　(3)先滴加氯水，再滴加硫氰化钾溶液，溶液显红色(或加入氢氧化钠溶液，出现白色沉淀后变成灰绿色最后变成红褐色，合理答案均可)‎ ‎5.(18分)(2020·南昌模拟)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 ℃反应可以制得SiH2Cl2。 ‎ - 9 -‎ ‎(1)以浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取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(h处用止水夹夹好)连接次序为a→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)(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__________，后面装置C的作用为_ _。 ‎ ‎(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和________、__________等。 ‎ ‎(6)制取SiH2Cl2的新方案是往硅粉中先通入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。如果通入气体次序相反，结果会  __(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。(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处挥发出来，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CaCl2，后面的装置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)如果通入气体次序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。‎ 答案：(1)吸水 ‎(2)Si+2HClSiH2Cl2‎ ‎(3)d　e　f　g　b　c　d ‎(4)P2O5或CaCl2　SiH2Cl2尾气处理和防止空气中的水进入B中　(5)SiCl4　SiHCl3‎ ‎(6)SiH2Cl2+2Cl2SiCl4+2HCl(或SiH2Cl2+Cl2SiHCl3+HCl)‎ - 9 -‎