2020届一轮复习人教版 碳、硅及无机非金属材料 作业

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碳、硅及无机非金属材料 ‎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：C　[玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分是SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池板。]‎ ‎2．硅单质及其化合物在材料领域一直扮演重要角色。下列叙述中，不正确的是(　　)‎ A．石英可用来制作工艺品 B．硅单质可以用来制造太阳能电池 C．硅单质是制造玻璃的主要原料 D．水玻璃可用作黏合剂和防火剂 解析：C　[石英又称水晶，宝石级水晶可用来制作工艺品，A项正确；硅单质是良好的半导体材料，可用来制造太阳能电池，B项正确；制造玻璃可用石英，而不是硅单质，C项错误；水玻璃是硅酸钠的水溶液，可用作黏合剂和防火剂，D项正确。]‎ ‎3．据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是(　　)‎ A．它耐高温抗氧化 B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆 C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料 解析：B　[由题目信息中“连续纤维增韧”可知，该航天服的韧性很好，B错误。]‎ ‎4．下列关于工业生产的说法中，不正确的是(　　)‎ A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含杂质的粗硅 B．生产普通水泥的主要原料有石灰石、石英和纯碱 C．工业上将粗铜进行精炼，应将粗铜连接在电源的正极 D．硅和铁可以冶炼成合金 解析：B　[生产普通水泥的原料是石灰石和黏土，B错。]‎ ‎5．除去下列物质中杂质的试剂、方法错误的是(　　)‎ A．CO2中混有少量的CO——通入氧气后点燃 B．CO2中混有少量SO2——通过酸性KMnO4溶液、浓硫酸，洗气 C．SiO2中混有少量石灰石——加入足量盐酸，过滤 D．CO中混有少量CO2——通过氢氧化钠溶液、浓硫酸，洗气 解析：A　[A项，少量CO在CO2中无法燃烧，且若通入氧气过多会引入新的杂质，通入氧气不足，无法除尽CO，错误。]‎ ‎6．随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作，可以获取大量月球物质并进行成分分析，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是 (　　)‎ A．辉石、钾长石及橄榄石均属于硅酸盐矿 B．钾长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2‎ C．橄榄石中铁元素为＋2价 D．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气 解析：B　[根据辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]的化学式可知三者均属于硅酸盐矿，A正确；根据元素化合价不变的原则，将钾长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，B不正确；根据化合物中正负化合价代数和为零，橄榄石中铁元素为＋2价，C正确；铁单质与氧气接触易被氧化，所以月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气的缘故，D正确。]‎ ‎7．以下六种饱和溶液中 ‎①Ba(NO3)2　②Ca(OH)2　③Na2SiO3　④NaAlO2　⑤Na2CO3　⑥NH3和NaCl，分别向其中持续通入CO2，最终得到固体的是(　　)‎ A．①③④⑥　　　　　 B．②③④⑥‎ C．③④⑤⑥ D．②③④⑤‎ 解析：C　[CO2与Ba(NO3)2溶液不反应，①错误；将CO2持续通入Ca(OH)2饱和溶液中，开始有沉淀生成，最终会转化为可溶于水的Ca(HCO3)2，②错误；Na2SiO3溶液与CO2作用会得到硅酸白色沉淀，③正确；NaAlO2溶液与CO2作用最终会产生Al(OH)3沉淀，④正确；Na2CO3饱和溶液与足量CO2作用会得到溶解度小的碳酸氢钠白色沉淀，⑤正确；NH3和NaCl饱和溶液中持续通入CO2，最终会产生溶解度小的碳酸氢钠白色沉淀，⑥正确。]‎ ‎8．二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(如图所示)。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．SiO2既能与HF反应， 又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 C．硅胶吸水后不能重复使用 D．图中所示转化反应都是氧化还原反应 解析：B　[两性氧化物是指与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应生成的SiF4，不属于盐类，A项错误；吸水后的硅胶加热失水后可以继续使用，C项错误；图中SiO2与碳酸钠反应、硅酸的生成及硅酸分解等均为非氧化还原反应，D项错误。]‎ ‎9．下列化学物质在实际生产、生活和科技等方面的应用正确的是(　　)‎ A．石英砂可以用于制取高纯度的硅，SiO2和Si都是光导纤维材料 B．水泥、玻璃和陶瓷都属于传统的无机非金属材料 C．生产普通水泥的主要原料有石灰石、石英和烧碱 D．测NaOH熔点时可以将NaOH放入石英坩埚中高温加热 解析：B　[SiO2是光导纤维材料，Si是半导体材料及光电池的主要成分，A项错误；生产普通玻璃使用的原料是石灰石、石英和纯碱，C项错误；石英坩埚的主要成分是SiO2，高温下能够与NaOH反应，D项错误。]‎ ‎10．“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示(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：D　[该方法中高温反应炉分离出CO2，需要消耗较多能量，①对；整个过程中NaOH和CaO均可循环利用，②错；从捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCO3，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通过过滤的方法即可分离，③错；捕捉到的CO2可与H2反应制备甲醇：CO2＋3H2CH3OH＋H2O，④对。]‎ ‎11．将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是(　　)‎ A．Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O B．ab段与cd段所发生的反应相同 C．de段沉淀减少是由于BaCO3固体的消失 D．bc段反应的离子方程式是2AlO＋3H2O＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO 解析：B　[CO2优先与Ba(OH)2反应(图像中Oa段)，然后与KOH反应(图像中ab段)，接着与KAlO2反应(图像中bc段)，再与K2CO3反应(图像中cd段)，最后与BaCO3反应(图像中de段)。]‎ ‎12．晶体硅是一种重要的非金属材料，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 SiHCl3‎ SiCl4‎ HCl 沸点/℃‎ ‎33.0‎ ‎57.6‎ ‎－84‎ 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)：‎ ‎①依次连接的合理顺序为________________________________________________；‎ 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　________　(选填“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)由于SiHCl3极易自燃、极易和水反应，因此用一般的化学方法难以提纯，由于SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。(2)①由图可以看出D为制取氢气的装置，B为干燥氢气的装置，C为SiHCl3的气化装置，A为SiHCl3与过量H2反应装置，E为尾气处理装置，故依次连接的合理顺序为DBCAE；装置D中g管的作用是平衡压强；由于SiHCl3易水解，所以必须干燥氢气，即装置B中试剂是浓硫酸；由SiHCl3的沸点可知其在常温下为液态，对C装置加热可以使其气化，以保证它和氢气充分接触并进入A中，在较高温度下反应得到单质硅。②在装置A中氢气还原SiHCl3生成单质硅，发生反应的化学方程式为SiHCl3＋H2Si＋3HCl；③由于高温下氢气及硅都能和空气中的氧气反应，而装置中含有空气，所以应先通一段时间H2，将装置中的空气排尽，故操作时应先打开装置D中分液漏斗的旋塞。(3)‎ 铁是活泼的金属，能和酸反应，而硅和一般的酸是不反应的，所以正确的方法是将产品用稀盐酸溶解，取上层清液后，先滴加氯水，再滴加硫氰化钾溶液，溶液显红色。‎ 答案：(1)蒸馏(“分馏”也可)‎ ‎(2)①DBCAE　平衡压强(“使分液漏斗中的溶液顺利滴下”也可)　浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化 ‎②SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎③D　因为SiHCl3容易在空气中自燃且高温下氢气及硅都能和空气中的氧气反应，实验中还要注意先通一段时间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，出现白色沉淀后变灰绿色最后变红褐色等合理答案)‎ ‎13．氮化硅(Si3N4)是一种优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域中有重要用途。‎ Ⅰ.工业上有多种方法来制备氮化硅，下面是几种常见的方法：‎ ‎(1)方法一直接氮化法：在1 300～1 ‎400℃‎时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为3Si＋2N2Si3N4。‎ ‎(2)方法二可以用NH3和SiH4(硅烷)在一定条件下反应，并在‎600 ℃‎的加热基板上生成氮化硅膜，其化学方程式为_________________________________________________。‎ ‎(3)方法三化学气相沉积法：在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和氯化氢，与方法一相比，用此法制得的氮化硅纯度较高，其原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)方法四——Si(NH2)4热分解法：先用四氯化硅与氨气反应生成Si(NH2)4和一种气体：　________　(填化学式)；然后使Si(NH2)4受热分解，分解后的另一种产物的化学式为　________　。‎ Ⅱ.工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：‎ 已知：X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色。‎ ‎(1)写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式：______________________。‎ ‎(2)上述生产流程中电解A的水溶液时，‎ 以Cu为阳极电解A的水溶液的电解方程式为________________________________________________________________________。‎ 解析：Ⅰ.(2)方法二：可以用NH3和SiH4(硅烷)在一定条件下反应，并在‎600 ℃‎的加热基板上生成氮化硅膜，其化学方程式为3SiH4＋4NH3Si3N4＋12H2。‎ ‎(3)方法三：所得到的产品中混有单质硅，而方法三除产品是固体，其他物质均为气体，故方法三得到的氮化硅纯度较高。‎ ‎(4)方法四：依据化学反应中原子守恒可知四氯化硅与氨气发生反应：SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HCl，Si(NH2)4受热发生分解：3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。‎ Ⅱ.原料B与焦炭反应得到的粗产品与X反应生成SiCl4，则X为氯气，粗产品为Si，故B为SiO2；Y与氯气在光照或点燃条件下可反应，且与SiCl4反应得到高纯度Si，则Y为氢气；Z的焰色呈黄色，含有Na元素，电解A的水溶液得到氢气、氯气与Z，则Z为NaOH、A为NaCl。‎ ‎(1)焦炭具有还原性，与SiO2发生氧化还原反应生成Si与CO，化学方程式为SiO2＋‎2CSi＋2CO↑。‎ ‎(2)以Cu为阳极电解NaCl的水溶液，开始一段时间，阳极Cu放电生成Cu2＋，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极水放电生成氢气与氢氧根离子，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解的总反应方程式为Cu＋2H2O===H2↑＋Cu(OH)2。‎ 答案：Ⅰ.(2)3SiH4＋4NH3Si3N4＋12H2‎ ‎(3)方法一所得到的产品中混有单质硅(或方法三除产品是固体外，其他物质均为气体)‎ ‎(4)HCl　NH3‎ Ⅱ.(1)SiO2＋‎2CSi＋2CO↑‎ ‎(2)Cu＋2H2O===H2↑＋Cu(OH)2‎