2021届（鲁科版）高考化学一轮复习硅　无机非金属材料作业

2021届（鲁科版）高考化学一轮复习硅　无机非金属材料作业

硅　无机非金属材料 一、选择题(本题包括6小题,每题4分,共24分)‎ ‎1.(2020·铜陵模拟)据报道,我国华为公司的技术标准成为世界“5G”通讯标准的重要组成部分。随着“5G”时代的逐渐到来,以光导纤维为基础的信息高速通道更显重要。制造光导纤维的材料是 (　　)‎ A.晶体硅 B.二氧化硅 C.铜合金 D.不锈钢 ‎【解析】选B。光导纤维,其主要成分是SiO2,具有良好的导光性,故B正确。‎ ‎2.(2020·大庆模拟)下列说法正确的是 (　　)‎ A.因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 B.下列转化在一定条件下能够实现:SiO2SiCl4 Si C.SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物 D.Si和SiO2都用于制造光导纤维 ‎【解析】选A。HF与SiO2反应,SiO2+4HFSiF4↑+2H2O,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记,故A正确;SiO2只溶于HF,不溶于盐酸,故B错误;HF与SiO2反应是HF的特性,SiO2与其他酸不反应,二氧化硅与氢氟酸反应生成产物为四氟化硅和水,所以二氧化硅不是两性氧化物,故C错误;Si用于制造晶体管,SiO2用于制造光导纤维,故D错误。‎ ‎3.(2020·商洛模拟)‎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.有固定的熔点 D.是一种新型无机非金属材料 ‎【解析】选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错误;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。‎ ‎4.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 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。‎ ‎5.(2020·厦门模拟)我国著名书画家赵佶曾有诗句“雨过天晴云破处,千峰碧波翠色来”描述汝窑青瓷之美,青色主要来自添加的玛瑙粉末。下列有关说法错误的是 (　　)‎ A.青瓷的青色来自玛瑙中的SiO2‎ B.陶瓷是传统的无机非金属材料 C.瓷器质量与原料矿物组成、升温速度、煅烧时间等因素有关 D.青瓷化学性质稳定,耐酸碱侵蚀 ‎【解析】选A。青瓷的青色主要是以玛瑙粉末中的氧化钴为着色剂,添加铬、锰、铜等形成,二氧化硅为无色晶体,故A错误;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,故B正确;瓷器质量与原料矿物组成不同、升温速度快慢、煅烧时间长短等因素有关,故C正确;青瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点,故D正确。‎ ‎6.科学家最近用金属钠还原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)‎ ‎7.(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 ‎(2)精馏(或蒸馏)　‎ ‎(3)制取盐酸(或其他合理答案)‎ ‎3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl ‎8.(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　　　　　。 ‎ ‎【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.从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下:‎ ‎①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑‎ ‎②Si(粗)+2Cl2SiCl4‎ ‎③SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl 关于上述反应的叙述不正确的是 (　　)‎ A.①③是置换反应,②是化合反应 B.高温下,焦炭与氢气的还原性均强于硅 C.任一反应中,每消耗或生成28 g硅,均转移4 mol电子 D.高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅 ‎【解析】选 D。在氧化还原反应中,还原剂的还原性比还原产物的还原性强,B正确;根据元素化合价的变化,每消耗或生成28 g(1 mol)硅,均转移4 mol电子,C正确;题中的三个反应是在三个不同的反应器中发生的,D错误。‎ ‎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·聊城模拟)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。‎ 二、非选择题(本题包括2小题,共32分)‎ ‎4.(14分)石墨在材料领域中有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用流程如下:‎ ‎(注:SiCl4的沸点是57.6 ℃,金属氯化物的沸点均高于150 ℃)‎ 已知1 mol石墨完全转化为金刚石需要吸收1.9 kJ的能量。请写出石墨转化为金刚石的热化学方程式:　。 ‎ ‎(1)向反应器中通入Cl2前,需通一段时间的N2。高温反应后,石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。80 ℃冷凝的目的是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 由活性炭得到气体Ⅱ的化学方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)加入过量NaOH溶液得到溶液Ⅳ的离子方程式为　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)得到沉淀Ⅴ的过程中乙酸乙酯和加热的作用是　　　　　　　　　。 ‎ ‎1 kg初级石墨最多可获得沉淀Ⅴ的质量为　　　　　 kg。 ‎ ‎【解析】根据题意,1 mol石墨完全转化为金刚石需要吸收1.9 kJ的能量,反应为吸热反应,ΔH>0,所以热化学方程式为C(s,石墨)C(s,金刚石)　ΔH=+‎ ‎1.9 kJ·mol-1。‎ ‎(1)因为初级石墨中含有Al2O3、Fe2O3和MgO等,通入Cl2后生成金属氯化物,所以80 ℃冷凝的目的是将MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体,从而与 SiCl4分开,提高产物的纯度;活性炭和Cl2及SiO2反应生成CO气体和SiCl4,化学方程式为2C+SiO2+2Cl2SiCl4+2CO。‎ ‎(2)固体Ⅲ中含有MgCl2、FeCl3和AlCl3,当加入过量的NaOH溶液时,Mg2+和Fe3+分别与NaOH溶液反应生成Mg(OH)2和Fe(OH)3沉淀,Al3+与过量OH-反应生成[Al(OH)4]-,过滤后得到的溶液Ⅳ中溶质为Na[Al(OH)4],则离子方程式为Al3++4OH-[Al(OH)4]-。‎ ‎(3)因为溶液Ⅳ中含有[Al(OH)4]-,水解生成Al(OH)3,溶液显碱性,乙酸乙酯会消耗OH-促进[Al(OH)4]-继续水解,另外通过加热也会促进[Al(OH)4]-水解,加快反应的速率;沉淀Ⅴ为Al(OH)3,1 kg初级石墨中含Al2O3的质量为51 g,物质的量为0.5 mol,含有的Al为1 mol,所以沉淀Ⅴ为1 mol的Al(OH)3,质量为0.078 kg。‎ 答案:C(s,石墨)C(s,金刚石)‎ ΔH=+1.9 kJ·mol-1‎ ‎(1)将MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体,从而与SiCl4分开　2C+SiO2+2Cl2SiCl4+2CO ‎(2)Al3++4OH-[Al(OH)4]-‎ ‎(3)溶液Ⅳ中Na[Al(OH)4]水解显碱性,乙酸乙酯消耗Na[Al(OH)4]水解生成的OH-,促进Na[Al(OH)4]的水解;加热促进水解,加快反应的速率　0.078‎ ‎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。 ‎ ‎(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)‎