2021届新高考一轮复习人教版第10讲碳、硅及其重要化合物作业

2021届新高考一轮复习人教版第10讲碳、硅及其重要化合物作业

练案[10]第四章　非金属及其重要化合物 第 10 讲　碳、硅及其重要化合物 A 组　基础必做题 1．(2020·天津静海调研)《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事、天文等领域的 发展受到世界瞩目，它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是(　C　) A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料 B．“中国歼­20”上用到的氮化镓材料属于合金材料 C．“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料 D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 [解析]　本题以“中国名片”为背景，考查与化学相关的各种材料的具体应用。钢铁属 于金属材料，故 A 项错误；合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具 有金属特性的物质，是混合物，而氮化镓是化合物，不属于合金，故 B 项错误；高温结构陶 瓷属于新型无机非金属材料，故 C 项正确；太阳能电池板的主要材料是单质硅，故 D 项错误。 2．(2020·山西省实验中学联考)(双选)下列物质既能与某些酸反应，又能与某些碱反应的 是(　BC　) A．C　 B．Si　 C．SiO2　 D．CO2 [解析]　加热时，C 能与浓 H2SO4、浓 HNO3 等反应，生成 CO2、水、SO2、NO2 等氧化 物，但 C 不能与碱反应；而 Si、SiO2 性质与 C 不同，在常温条件下即能与氢氟酸或氢氧化钠 等碱性溶液反应，生成 SiF4 或 Na2SiO3，除氢氟酸外，Si 和 SiO2 一般不溶于其它酸，选项 D 中的 CO2 是常见的酸性氧化物，它只与碱反应，不与酸反应，所以正确答案为 B、C。 3．(2020·安徽合肥一中、马鞍山二中等六校联考)化学与生产和生活密切相关。下列有关 说法正确的是(　D　) A．古代记载文字的器物——甲骨，其主要成分是蛋白质 B．工艺装饰材料——天然水晶，属于硅酸盐产品 C．第五形态的碳单质——“碳纳米泡沫”，与石墨烯互为同分异构体 D．秸秆经加工处理成具有吸水性的材料——植物纤维，可用作食品干燥剂 [解析]　本题考查物质的组成。古代记载文字的器物——甲骨，其主要成分是含钙物质， 故 A 项错误；工艺装饰材料——天然水晶，其主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐产品，故 B 项错误；“碳纳米泡沫”与石墨烯属于组成元素相同、结构不同的两种单质，互为同素异 形体，故 C 项错误：秸秆经加工处理成具有吸水性的材料——植物纤维，具有无毒、无味的 特性，可用作食品干燥剂，故 D 项正确。 4．(2020·湖南永州模拟)化学与科技、生活密切相关。下列叙述正确的是(　D　) A．泰国银饰和土耳其彩瓷是“一带一路”沿线国家的特色产品，其主要成分均为金属 材料 B．从石墨中剥离出的石墨烯薄片能导电，因此石墨烯是电解质 C．中国天眼 FAST 用到的高性能碳化硅是一种新型的有机高分子材料 D．国产客机大规模使用先进的材料铝锂合金，该合金密度小，强度高 [解析]　本题考查各种材料的组成、性质与具体用途。泰国银饰中的银为金属单质，属 于金属材料，土耳其彩瓷的主要成分是硅酸盐，属于无机非金属材料，故 A 项错误，电解质 是指在水溶液或熔融状态下能导电的化合物，而从石墨中剥离出的石墨烯薄片属于单质，故 B 项错误；中国天眼 FAST 用到的碳化硅是一种新型的无机非金属材料，故 C 项错误：铝锂 合金的密度较小，且其强度较高，可以大规模使用在国产客机上，故 D 项正确。 5．(2020·四川宜宾三诊)中国传统文化中的“笔、墨、纸、砚”被称为“文房四宝”。下 列说法错误的是(　D　) A．毛笔中羊毫的主要成分是蛋白质 B．墨中炭黑性质稳定可使古代字画长期保存而不褪色 C．宣纸制作工序中的“加碱蒸煮”主要发生化学变化 D．砚石中含有二氧化硅，结构式为 O===Si===O [解析]　本题考查“文房四宝”的主要成分及相关性质。动物毛发的主要成分是蛋白质， 则毛笔中羊毫的主要成分是蛋白质，故 A 项正确；碳的化学性质稳定，常温下在空气中不易 发生反应，所以用墨写字、画画可长期保存而不褪色，故 B 项正确；宣纸制作工序中的“加 碱蒸煮”过程中发生了水解反应，故 C 项正确；二氧化硅属于原子晶体，硅原子和氧原子之 间通过单键相连，故 D 项错误。 6．(2019·山东潍坊检测)《天工开物》记载，“凡埏泥浩瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土 而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖 同法”。下列说法正确的是(　C　) A．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理变化 B．沙子和黏土主要成分为硅酸盐和碳酸钙 C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 D．黏土和石灰石是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 [解析]　黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理、化学变化过程，A 项错误；沙子主要成分 为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，B 项错误；自然冷却得到红瓦，浇水冷却 得到青瓦，C 项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”可知黏土是制 作砖瓦和陶瓷的主原料，没有石灰石，D 项错误。 7．(2019·四川达州检测)下列说法中正确的是(　C　) A．单质 ― ― →O2 氧化物 ― ― →H2O 酸或碱 ― ― →NaOH或HCl 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 [解析]　本题考查硅及其化合物的性质与转化。A 项，Si 与 O2 反应生成 SiO2，SiO2 不与 H2O 反应，“氧化物 ― ― →H2O 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．(2020·山东滨州高三检测)从“南澳一号”沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿 烂的中华文明。青花瓷胎体的原料——高岭土[Al2Si2O5(OH)x]可掺进瓷石制胎，青花瓷釉料 的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在 1 300 ℃左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。 (1)下列说法正确的是 CD (填序号)。 A．高岭土分子中 x＝2 B．钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液 C．烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化 D．青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品 (2)在“南澳一号”考古过程中，需用高纯度 SiO2 制造的光纤。下图是用海边的石英砂(含 氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。 ①洗涤石英砂的目的是 除去石英砂中的 NaCl 杂质 。 ②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 　SiO2＋2OH－===SiO2－3 ＋H2O　。 ③在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是 增大反应物之间的接触面积， 从而增大反应速率，提高生产效率 。 ④工业上常用纯净石英砂与 C 在高温下发生反应制备粗硅，粗硅中含有 SiC，其中 Si 和 SiC 的物质的量之比为 1︰1。下列说法正确的是 B (填序号)。 A．SiC 是一种传统的无机非金属材料 B．制造粗硅时的反应为 2SiO2＋5C =====高温 Si＋SiC＋4CO↑ C．在以上流程中，将盐酸改为 NaOH 溶液，也可达到目的 D．纯净的 SiO2 只能用于制造光导纤维 [解析]　(1)选项 A，根据化合物中各元素的正、负化合价代数和等于零的原则，可得(＋ 3)×2＋(＋4)×2＋(－2)×5＋(－1)×x＝0，解得 x＝4，A 错；选项 B，钾长石与盐酸反应后 不能形成澄清的溶液，B 错；选项 C，根据陶瓷的制作过程可推测出烧制青花瓷的过程中发 生了复杂的物理变化和化学变化，C 正确；选项 D，青花瓷，玻璃、水泥都属于硅酸盐产品， D 正确。 (2)①石英砂中含有易溶于水的 NaCl 杂质，洗涤石英砂可使 NaCl 与 SiO2 分离。②SiO2 与 NaOH 溶液反应生成 Na2SiO3 和 H2O，据此可写出相应的离子方程式。③将洗净的石英砂 研磨成粉末后能增大反应物的表面积，从而增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提 高生产效率。④选项 A，SiC 是一种新型无机非金属材料。选项 B，粗硅中含有 SiC，其中 Si 和 SiC 的物质的量之比为 1︰1，根据元素的原子个数守恒和得失电子守恒，可将题述信息转 化为如下反应：2SiO2＋5C =====高温 Si＋SiC＋4CO↑。选项 C，因 SiO2、Al2O3 都能溶解在 NaOH 溶液中，无法实现二者的分离。选项 D，纯净的 SiO2 还可用于制造光学玻璃等，正确答案为 B。 B 组　能力提升题 9．(2020·山东聊城模拟)青石棉(croCldolite)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(　B　) 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·Fe 2O3·8SiO2·H2O D．1 mol 青石棉能使 1 mol HNO3 被还原 [解析]　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·Fe 2O3·8SiO2·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。 10．(2020·江苏高三月考)(双选)向下列溶液滴加稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加氢氧 化钠溶液，沉淀又溶解的是(　AD　) A．Na2SiO3　 B．BaCl2 C．FeCl3　 D．NaAlO2 [解析]　Na2SiO3 与 H2SO4 反应：Na2SiO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2SiO3↓，生成 H2SiO3 白 色沉淀，继续滴加 NaOH 溶液，沉淀溶解生成可溶于水的硅酸钠，A 正确；BaCl2 与 H2SO4 反应：BaCl2＋H2SO4===BaSO4↓＋2HCl，生成 BaSO4 白色沉淀，不溶于 NaOH，继续滴加 NaOH 溶液，沉淀不溶解，B 错误；FeCl3 与 H2SO4 不反应，不产生白色沉淀现象，C 错误； NaAlO2 与 H2SO4 反应：2NaAlO2＋H2SO4＋2H2O===2Al(OH)3↓＋Na2SO4，生成 Al(OH)3 白 色沉淀，能继续溶解于 NaOH 溶液，滴加 NaOH 溶液 ，沉淀溶解，D 正确。故答案为 AD。 11．(2019·山西晋城检测)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(　B　) 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－2 ＋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 [解析]　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 CaSiO2、D 为 Si、C 为 Na2SiO3、E 为 H2SiO3。反应①的化学方程 式为 SiO2＋2C =====高温 Si＋2CO↑，由化学方程式可知氧化剂与还原制的物质的量之比为 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===SiO2－3 ＋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。 12．(2019·湖北黄冈模拟)SiO2 是一种化工原料，利用 SiO2 可以制备一系列物质。下列说 法正确的是(　C　) 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，常用于制造光导纤维 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]　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 项错误；光导纤维的主要成分是 SiO2 而不 是硅酸盐，B 项错误；玻璃没有固定的熔点，D 项错误。 13．(2020·唐山模拟)X 是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。 有关生产过程如下： 为了确定 C 的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知 F、G 都是难溶于水和稀硝酸 的白色沉淀，Ⅰ可用于制造光导纤维。 按要求回答下列问题： (1)C 的化学式为 SiCl4 ；X 的化学式为 Si3N4 。 (2)写出下列化学方程式： 反应①的化学方程式：　Si＋2Cl2 =====△ SiCl4　。 反应⑦的离子方程式： 　SiO2－3 ＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO－3 　。 [解析]　本题可从 I 入手推断，I 可用于制造光导纤维，故其为二氧化硅，F 为硅酸，H 为硅酸钠。E 为 HCl，C 为四氯化硅，X 为 Si3N4。反应①为 Si 与 Cl2 反应生成 SiCl4，反应⑦ 为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。 14．(2020·甘肃天水一中第二次考试)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 纯碱、石英、石灰石 。 (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： ①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为　SiO2＋2C =====高温 Si＋2CO↑　(SiO2＋3C =====3273 K SiC ＋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 1︰2 。 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　SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl　。 Ⅱ.工业上也可以通过如图所示的流程制取纯硅： ①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 蒸 馏 ；SiHCl3 极易水解，其完全水解的化学方程式为　SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋ 3HCl　。 物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4 沸点/ ℃ 2355 57.6 31.8 8.2 －30.4 －84.9 －111.9 　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 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 5︰1 。 [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＋2C =====高温 Si＋2CO↑，副反应为 SiO2＋3C =====3 273 K SiC＋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.①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。②Ⅰ中反应为 Si＋3HCl =====553～573 K SiHCl3＋H2，Ⅱ中反应为 SiHCl3＋H2 =====1 373～1 453 K Si＋ 3HCl，则反应生产 1 mol 纯硅需补充 HCl：( 3 90%－3)mol，需补充 H2：( 1 93.75%－1)mol，补 充 HCl 与 H2 的物质的量之比为( 3 90%－3)mol︰( 1 93.75%－1)mol≈5︰1。 15．(2020·天津武清月考)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原 二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度 450～ 500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意 图。 相关信息： ①四氯化硅遇水极易水解； ②SiCl4 的沸点为 57.6 ℃，熔点为－70.0 ℃。请回答下列问题： (1)写出装置 A 中发生反应的离子方程式： 　MnO2＋4H＋＋2Cl－ =====△ Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　。 (2)装置 C 中的试剂是 浓硫酸 ；装置 F 的作用是 防止空气中的水进入 h 瓶中，同时 吸收过量氯气，防止污染环境 ；装置 E 中的 h 瓶需要冷却的理由是 产物 SiCl4 的沸点低， 需要液凝收集 。 (3)装置 E 中 h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏 后的残留物中含有铁元素，为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物处理，使铁元素被 还原成 Fe2＋，再用 KMnO4 标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定。 ①反应的离子方程式为　5Fe2＋＋MnO－4 ＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O　。 ②滴定前是否要滴加指示剂？ 否 (填“是”或“否”)，请说明理由： KMnO4 溶液 的紫红色可指示反应终点 。 ③滴定前检验 Fe3＋是否被完全还原的实验操作是 取少量还原后的溶液于试管中，滴加 KSCN 溶液，若不出现血红色，表明 Fe3＋已完全被还原 。 [解析]　本题考查实验室中氯气的制备、除杂、干燥、尾气处理，以及四氯化硅的制备 与纯度测定。 (1)装置 A 用来制取氯气，发生反应的离子方程式是 MnO2＋4H＋＋2Cl－ =====△ Mn2＋＋ Cl2↑＋2H2O。 (2)四氯化硅遇水极易水解，则氯气在通入装置 D 之前需要进行干燥处理，故装置 C 中 的试剂是浓硫酸；装置 F 中的碱石灰防止空气中的水进入 h 瓶中，同时起到吸收过量氯气、 防止污染环境的作用；SiCl4 的沸点较低，所以装置 E 中的 h 瓶需要冷却，便于 SiCl4 的收集。 (3)①酸性 KMnO4 溶液具有强氧化性，能把 Fe2＋氧化成 Fe3＋，离子方程式为：5Fe2＋＋ MnO－4 ＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O；②由于酸性 KMnO4 溶液显紫红色，故不需另加指示 剂。③若 Fe3＋完全被还原，溶液中不存在 Fe3＋，滴加 KSCN 溶液，溶液不会变红色。