1、碳、硅及其化合物无机非金属材料 (建议用时40分钟)1(2021天津静海区模拟)中国在航天、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()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】选C。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
2、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。【加固训练拔高】下列关于无机非金属材料的说法不正确的是()A传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同【解析】选B。无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的材料。新型无机非金属
3、材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如强度高、耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。2下列除杂方法正确的是()ASiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液后过滤除去BCO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管并加热CCO2中含有HCl杂质，可以通入盛有Na2CO3溶液的洗气瓶D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤除去【解析】选B。A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通入盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶；D项，引入了NaHCO3杂质。【加固训练拔高】A、B、C、D、E 五种物质中均含有同一种
4、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()A反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为11B化合物A既能溶于NaOH又能溶于氢氟酸C反应的离子方程式为2R2OH2H2O=2RO3H2D化合物C的溶液与反应产生的气体能够发生化学反应【解析】选B。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的混合溶液，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SiO
5、2，根据图中转化关系可推知，B为CaSiO3、D为Si、C为Na2SiO3、E为H2SiO3。A项，反应的化学方程式为SiO22CSi2CO，由方程式可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为12，错误；B项，SiO2既能与NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，正确；C项，反应的离子方程式为Si2OHH2O=SiO2H2，错误；D项，反应产生的气体是CO，Na2SiO3溶液与CO不反应，错误。3(2021大连模拟)中国在航空、深海、交通、互联网等方面取得的举世瞩目的成就，与化学有着密切联系。下列说法正确的是()A第30颗北斗三号卫星太阳能电池板主要成分是二氧化硅B港珠澳大桥使用高性能富锌底漆防腐，依据
6、的是外加电流的阴极保护法C我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的主要成分是晶体硅D化学材料在北京大兴机场的建设中发挥了巨大作用，其中高强度耐腐蚀钢筋属于无机材料【解析】选D。卫星太阳能电池板主要成分是硅，A错误；港珠澳大桥使用高性能富锌底漆防腐，依据的是牺牲阳极的阴极保护法，B错误；光缆的主要成分是二氧化硅，C错误；钢筋属于无机材料，D正确。4(2021岳阳模拟)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固定碳。下列说法错误的是()A.该循环过程中未涉及氧化还原反应B光合作用能将太阳能转化为化学能C钙化作用涉及的离子方程式之一为Ca22HCO=CaCO3CO2H2OD吸收作用中产生H
7、CO的途径为CO2H2OH2CO3，H2CO3HCOH【解析】选A。光合作用中，利用太阳能将二氧化碳、水转化为(CH2O)n和O2，发生的是氧化还原反应，A错误；由图可知，光合作用将太阳能转化为化学能，B正确；NaHCO3和Na2CO3与CaCl2发生的离子反应分别为Ca22HCO=CaCO3CO2H2O、Ca2CO=CaCO3，C正确；二氧化碳溶于水，发生反应：CO2H2OH2CO3，H2CO3HCOH，D正确。5世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是()A制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B玻
8、璃在加热熔化时没有固定的熔点C普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D手机芯片的主要成分是硅【解析】选A。制玻璃的原料主要有纯碱、石灰石和石英砂，A错误。6(2021六安模拟)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)的工艺流程如图：回答下列问题：(1)反应的化学方程式为_ _， 氧化剂为_(填化学式)。 (2)经反应所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下：组分名称SiCl4SiHCl3SiH2Cl2HClBCl3PCl3质量分数0.5450.4050.046 20.000 30.001 930.001 57沸点/57.631.88.28512.575.5
9、图中“操作X”的名称为_；PCl3的电子式为_。(3)反应和中尾气的用途为_；反应的化学方程式为_。【解析】(1)反应是焦炭还原SiO2，反应方程式为SiO22CSi2CO；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40，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)反应中得到的物质为SiO2和HCl，尾气是HCl，反应中发生的反应是3SiCl44NH3Si3N412HCl，尾气是HCl，因此尾气
10、的用途是制备盐酸。答案：(1)SiO22CSi2COSiO2(2)精馏(或蒸馏) (3)制取盐酸(或其他合理答案)3SiCl44NH3Si3N412HCl7(2021安庆模拟)金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO23CSiC2CO，下列有关说法中正确的是()A该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为12C该反应中每生成1 mol SiC转移2 mol电子D该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为12【解析】选D。反应产物SiC中Si、C的化合价分别为4、4，SiO2既不是氧化剂也不是还原剂，A错
11、误；碳元素从0价转变成4价(SiC)和2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，物质的量之比为21，B错误，D正确；该反应中每生成1 mol SiC，转移4 mol电子，C错误。8.(双选)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、中依次盛装的是浓H2SO4、冰水B.实验时,应先打开盛装稀硫酸的分液漏斗,再加热管式炉C.为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质,需要用到的试剂为盐酸、过氧化氢、硫氰化钾溶液D.该实验中制备氢气的装置也可用于氢氧化钠稀溶液与氯化铵固体反应制备氨气【解析】选B、C。为氢气的发生装
12、置,为干燥装置,浓硫酸是常用的干燥剂,装置需水浴加热,目的是加快反应的速率,且保持稳定恒定;装置不能采用普通玻璃管的原因是温度太高,普通玻璃管易熔化;保证实验成功的关键是装置要严密,控制好温度等,以此解答该题。装置需水浴加热,目的是使SiHCl3汽化,与氢气反应,故A错误;应先通入氢气,以排出装置内空气,防止在加热时爆炸,故B正确;检验是否含有铁,加入盐酸生成氯化亚铁,加入过氧化氢可生成氯化铁,然后用KSCN检验,故C正确;氨气易溶于水,不能用氢氧化钠稀溶液制备氨气,故D错误。9某化学兴趣小组的成员捡到一块矿石，观察外观发现该矿石坚硬且呈红褐色，投入水中没有任何变化，再向水中加浓盐酸至过量，矿
13、石部分溶解，并有大量无色气体生成。学生猜测该矿石可能由CaCO3、SiO2、Fe2O3三种成分组成，试设计实验证明CaCO3以外的两种成分。仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、滴管、药匙、漏斗、漏斗架；2 molL1盐酸、2 molL1NaOH溶液、2% KSCN溶液。(1)将实验方案用以下流程示意图表示，试写出每步所用试剂名称或化学式。试剂_；试剂_；试剂_。(2)如果猜测是成立的，试根据上述实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。编号实验操作预期现象和结论取适量矿石研细，加足量2 molL1盐酸有大量无色气体生成，得棕黄色溶液，且仍有少量固体残留【解析】由于矿石的成分可能为CaCO3
14、、Fe2O3、SiO2，依据三者的化学性质设计的实验流程为答案：(1)2% KSCN溶液2 molL1NaOH溶液2 molL1盐酸(2)向溶液中滴入几滴2%KSCN溶液溶液变成红色，说明矿石中有Fe2O3向残渣中加入2 molL1NaOH溶液残渣溶解，得无色溶液向溶液中加入少量2 molL1的盐酸产生白色沉淀，说明矿石中含有SiO2【加固训练拔高】氮化硅高温陶瓷材料是现代重要的结构陶瓷，因其具有硬度大、熔点高、化学性质稳定等特点而受到广泛关注。工业上普遍用如图所示流程进行生产： (1)SiO2和C反应除了得到粗硅外，还有可能得到一种硬度也很大的物质，是生成粗硅还是生成该物质主要是由_决定的。
15、(2)反应的条件是_。(3)写出反应的化学方程式：_ _。(4)A中可能的杂质有_。(5)现在是用四氯化硅、氮气、氢气在稀有气体保护下加强热，得到纯度较高的氮化硅，其反应的化学方程式为_ _。【解析】(1)SiO2与C在高温下反应，会因C的用量不同而使产物不同：SiO22CSi2CO或SiO23CSiC2CO；(2)反应的条件是高温和隔绝空气；(3)反应的化学方程式：3CuO2NH33CuN23H2O；(4)A中可能的杂质有NH3和H2O；(5)得到纯度较高的氮化硅的化学方程式为3SiCl42N26H2Si3N412HCl。答案：(1)C的用量(2)高温和隔绝空气(3)3CuO2NH33CuN
16、23H2O(4)NH3和H2O(5)3SiCl42N26H2Si3N412HCl10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)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。一种工业用硅(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：净化N2和H2时，铜屑的作用是_ _，硅胶的作用是_。在氮化炉中发生反应3SiO2(s)2N2(g)=S
17、i3N4(s)3O2(g)H727.5 kJmol1，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_。X可能是_(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。 【解析】(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl42N26H2=Si3N412HCl。(2)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。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。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
18、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。答案：(1)3SiCl42N26H2=Si3N412HCl(2)除去原料气中的氧气除去水蒸气该反应是放热反应，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)硝酸11(含硅化合物性质的探究)二氯二氢硅(SiH2Cl2)是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250260 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
19、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的新方案是先往硅粉中通入Cl2，在300350 反应生成SiCl4，再与HCl在250260 反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果是_(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
20、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或无水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，HCl与硅反应生成的SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。答案：(1)吸水(2)Si2HClSiH2Cl2(3)defgbcd(4)P2O5或无水CaCl2SiH2Cl2尾气处理和防止空气中的水进入B中(5)SiCl4SiHCl3(6)SiH2Cl2Cl2SiHCl3HCl、SiHCl3Cl2SiCl4HCl