2021届一轮复习人教版第13讲　碳、硅及无机非金属材料作业

2021届一轮复习人教版第13讲　碳、硅及无机非金属材料作业

第13讲　碳、硅及无机非金属材料 一、选择题 ‎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。玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分都是SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池。‎ ‎2．(2020·合肥模拟)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“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”。下列说法错误的是(　　)‎ A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐 B．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化 C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 解析：选A。沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误。黏土烧制成瓦的过程中发生了复杂的物理化学变化，B项正确。由“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，C项正确。黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D项正确。‎ ‎3．下列叙述中正确的是(　　)‎ A．因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸的强 B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 C．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物 D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸 解析：选D。A项的反应之所以能发生，是因为生成的产物中有气体放出，促使反应能顺利进行，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A项错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B项错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于酸性氧化物与一般酸的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C项错误。‎ ‎4．“碳捕捉技术”指的是通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。例如，可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。‎ 下列有关该方法的叙述中正确的是(　　)‎ ‎①能耗大是该方法的一大缺点 ‎②整个过程中，只有一种物质可以循环利用 ‎③“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤 ‎④该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品 A．①②　　 B．②③‎ C．③④ D．①④‎ 解析：选D。该方法中高温反应炉分离出CO2，需要消耗较多能量，①正确；整个过程中NaOH和CaO均可循环利用，②错误；从捕捉室中得到的溶液是NaHCO3溶液，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通过过滤的方法即可分离，③错误；捕捉到的CO2可与H2反应制备甲醇：CO2＋3H2CH3OH＋H2O，④正确。‎ ‎5．(2020·甘谷第一中学第二次检测)碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是(　　)‎ A．碳是构成有机物的主要元素 B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程 C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一 D．石油的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志 解析：选D。有机物一定含有碳元素，所以碳是构成有机物的主要元素，A正确；光合作用是绿色植物将二氧化碳和水合成葡萄糖和氧气的过程，是把太阳能转化为化学能的过程，B正确；化石燃料中含碳元素，化石燃料的大量燃烧产生的二氧化碳气体是产生温室效应的原因之一，C正确；乙烯的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志，D错误。‎ ‎6．(2020·宜春高三月考)下列转化关系中，不能通过一步反应实现的是(　　)‎ ‎①SiO2→Na2SiO3　②CuSO4→CuCl2　③SiO2→H2SiO3‎ ‎④CuO→Cu(OH)2　⑤Na2O2→Na2SO4‎ A．①② B．③④‎ C．②③④ D．②③④⑤‎ 解析：选B。①中SiO2可与NaOH或Na2CO3反应生成Na2SiO3；②中CuSO4可与BaCl2反应生成BaSO4和CuCl2；③中SiO2不能与H2O反应，所以不能由SiO2一步反应制得H2SiO3；④中CuO不能与H2O反应，所以不能由CuO一步反应制得Cu(OH)2；⑤中Na2O2‎ 可与稀H2SO4反应生成Na2SO4。‎ ‎7．下列说法正确的是(　　)‎ A．水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品 B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸 C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强 D．2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiO 解析：选B。硅酸盐工业产品是用含硅物质为原料，经高温加热制成的产品。A项，水晶、玛瑙的主要成分均为SiO2，不是硅酸盐工业产品；C项，只能得出高温下硅酸钠比碳酸钠稳定的结论，无法比较碳酸与硅酸的酸性强弱；D项，2MgO·SiO2中的酸根阴离子应为SiO。‎ ‎8．(2020·济南考试大纲调研卷)工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下：‎ 已知：流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是(　　)‎ A．电弧炉中发生的反应为C＋SiO2CO2↑＋Si B．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯 C．每生产1 mol高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl2‎ D．该工艺Si的产率高，符合绿色化学要求 解析：选B。A项，二氧化碳与焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，则电弧炉中发生的反应为2C＋SiO22CO↑＋Si，选项A错误；B项，在流化床反应器中除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，故SiCl4在进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯，选项B正确；C项，根据转化关系Si→SiCl4→Si，每生产1 mol高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl2，由于含有其他副反应，消耗Cl2大于44.8 L，选项C错误；D项，该工艺中产生氯化氢气体且有氯气的参与，容易引起空气污染，不符合绿色化学要求，选项D错误。‎ ‎9．实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85℃)制备纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是(　　)‎ A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔 解析：选C。本题制备纯硅，H2＋SiHCl3Si＋3HCl，此反应应在装置Ⅳ中进行。装置Ⅰ的目的是制取氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的目的是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸；装置Ⅲ的目的是使SiHCl3汽化，与氢气充分混合，因此应在热水浴中加热，A项错误；实验时应先打开活塞K，通入氢气，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸，B项错误；硅不能与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被H2O2氧化成Fe3＋，遇KSCN溶液变红，可以鉴定制得的硅中是否含有铁单质，C项正确；饱和食盐水与电石反应制备乙炔，反应迅速放出大量热且生成微溶的氢氧化钙，因此不能用启普发生器进行实验，D项错误。‎ ‎10．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程。下列说法正确的是(　　)‎ A．SiO2属于两性氧化物 B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞 C．硅胶吸水后可重复再生 D．图中所示的转化反应都是氧化还原反应 解析：选C。SiO2是酸性氧化物，能与氢氟酸反应是其特殊性质，A错；在图示转化关系中只有第一行的反应是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应，D错。‎ 二、非选择题 ‎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Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸(氢氟酸除外)，是一种重要的结构陶瓷材料。已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种用工业硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)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3Si(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)　ΔH＝－727.5kJ·mol－1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是__________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③X可能是________(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。‎ 答案：(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋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 ‎③硝酸 ‎12．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：‎ 其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：‎ ‎(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________。‎ ‎(3)SiCl4在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学方程式为___________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________。‎ ‎(5)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)SiCl4水解可以看作Si结合四个OH－生成H4SiO4，H4SiO4不稳定失水生成H2SiO3，Cl－‎ 结合H＋生成HCl。(4)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。(5)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。‎ 答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ‎(2)①②‎ ‎(3)SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓‎ ‎(4)Si3N4　(5)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl ‎13．(实验方案的评价)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳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(反应温度为450～500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图：‎ 相关信息如下：‎ ‎①四氯化硅遇水极易水解；②硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；③有关物质的物理常数见下表。‎ 物质 SiCl4‎ BCl3‎ AlCl3‎ FeCl3‎ 沸点/℃‎ ‎57.7‎ ‎12.8‎ ‎—‎ ‎315‎ 熔点/℃‎ ‎－70.0‎ ‎－107.2‎ ‎—‎ ‎—‎ 升华温度/℃‎ ‎—‎ ‎—‎ ‎180‎ ‎300‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)装置A中g管的作用是___________________________________________________‎ ‎____________________________；装置C中的试剂是________。　‎ ‎(2)甲方案：f接装置Ⅰ；乙方案：f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处，请你评价后填写下表。‎ 方案 优点 缺点 甲 乙 ‎(3)在上述(2)的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表述：_______________。‎ ‎(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为___________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)平衡压强，使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下　浓硫酸 ‎(2)‎ 方案 优点 缺点 甲 ‎①收集产品的导管粗，不会堵塞导管 ‎②冷凝产品，减少了产品损失 ‎①空气中的水蒸气进入产品收集装置，使SiCl4水解 ‎②没有尾气处理装置，污染环境 乙 ‎①有尾气处理装置，注重环保 ‎①产品易堵塞导管 ‎①产品易堵塞导管 ‎②没有冷凝装置，产品易损失 ‎(3)在装置Ⅰ的i处接盛有碱石灰的干燥管j ‎(4)SiCl4＋2H2Si＋4HCl