2019版高考化学一轮优化探究练习：第4章 第14讲　碳、硅及无机非金属材料 (含解析)

课时作业

1．下列哪些材料是新型无机非金属材料(　　)

①氧化铝陶瓷；②氮化硅陶瓷；③碳化硅陶瓷；④氮化铝陶瓷；⑤氮化钛陶瓷；⑥硅化硼陶瓷；⑦二硅化铜陶瓷

A．仅①②③　　　　　　　 B．仅①③④⑤

C．仅①⑤⑥  D．全部都是

答案：D

2．(2017·吉林一中质检)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　)

①硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为

Na2O·2FeO·3SiO2

②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品

③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维

④单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料

A．②③  B．①③

C．①④  D．④

解析：①硅酸盐Na2Fe2Si3O10中Fe的化合价是＋3价，所以用氧化物的形式表示为Na2O·Fe2O3·3SiO2，错误；②水晶的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐制品，错误；③用于制作光导纤维的材料是二氧化硅，不是硅单质，错误；④单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料，正确，所以答案为D。

答案：D

3．下列关于SiO2和CO2的叙述不正确的是(　　)

A．都是共价化合物

B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨

C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸

D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应

解析：SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误。

答案：C

4．(2017·宿州模拟)下列叙述正确的是(　　)

A．因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强

B．碳和硅都是第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：A项的反应之所以能够发生，是因为生成的产物中有气体生成，平衡正向移动，促使反应能够顺利进行，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于两性氧化物，因为SiO2与一般酸不反应，C错误。

答案：D

5．下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是(　　)

A．SiO2―→Si  B．H2SiO3―→SiO2

C．SiO2―→H2SiO3  D．Si―→Na2SiO3

解析：A项，SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑；B项，H2SiO3SiO2＋H2O；C项，SiO2不能与水反应生成H2SiO3，也无法与其他物质通过一步反应生成H2SiO3；D项，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

答案：C

6．下列离子方程式的书写正确的是(　　)

A．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3

B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO

C．硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑

D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O

解析：Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiO，且应生成HCO，A错；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。

答案：D

7．将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是(　　)

A．Na2SiO3  B．Na2CO3、Na2SiO3

C．Na2CO3、SiO2  D．SiO2

解析：将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2O＋SiO2；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。

答案：A

8．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：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。

答案：B

9．二氧化硅(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：二氧化硅与NaOH反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，生成了盐和水，SiO2只能与HF反应，即只是能和特殊酸反应，和其他酸不反应，和酸的反应没有普遍性，所以二氧化硅不是两性氧化物，故A错误；Na2CO3溶液呈碱性，二氧化硅能与碱反应生成具有黏合性的硅酸钠，使玻璃塞无法打开，故B正确；硅胶吸附水分后，可通过热脱附方式将水分除去重复使用，故C错误；图中二氧化硅与氢氟酸、氢氧化钠、碳酸钠的反应，硅酸钠与盐酸的反应，硅酸的分解，硅酸的生成，元素的化合价都没有发生变化，是非氧化还原反应，故D错误。

答案：B

10．向含有0.2 mol NaOH和0. 1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体体积为8.96 L(0 ℃，1.01×105  Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中溶质离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)(　　)

通入0.1 mol CO2时，溶液中含有0.2 mol NaOH，溶质离子的物质的量为0.4 mol；通入0.2 mol CO2时溶液中生成0.1 mol Na2CO3，n(离子)＝0.3 mol；通入0.3 mol CO2时，溶液中含0.2 mol NaHCO3，n(离子)＝0.4 mol；通入0.4 mol CO2时，溶液中含0.2 mol NaHCO3和0.1 mol Ba(HCO3)2，n(离子)＝0.7 mol。

答案：C

11．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。

(1)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________(填字母序号)。

a．普通玻璃坩埚  b．石英玻璃坩埚

c．氧化铝坩埚  d．铁坩埚

(2)SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃塞容易使瓶体与瓶塞粘连，而无法打开，发生反应的化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为________________。

解析：(2)玻璃的成分中含有SiO2，能与NaOH溶液反应生成黏性很强的Na2SiO3而发生粘连，反应方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于钙长石和钠长石中氧原子的物质的量分数相同，钠长石中钠与铝的原子个数比为1∶1，扩2倍后可知钙长石中钙和铝的原子个数比为1∶2。钠长石中氧原子的物质的量分数为，则钙长石用氧化物的形式表示为CaO·Al2O3·nSiO2，因此：1＋3＋2n＝8，n＝2，钙长石的化学式为CaO·Al2O3·2SiO2，即为CaAl2Si2O8。

答案：(1)防火剂　d

(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　CaAl2Si2O8

12．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________；X的化学式为________。

(2)写出下列方程式

反应①的化学方程式：

________________________________________________________________________；

反应⑦的离子方程式：

________________________________________________________________________。

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。

答案：(1)SiCl4　Si3N4

(2)Si＋2Cl2△,SiCl4　SiO＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO

13．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 mol·L－1盐酸、2 mol·L－1 NaOH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Ⅰ________；试剂Ⅱ________；试剂Ⅲ________。

(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。

答案：(1)2% KSCN溶液　2 mol·L－1 NaOH溶液　2 mol·L－1盐酸

(2)

14.(2017·郑州模拟)未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无水冷发动机。这类材料中研究较多的是化合物G。

(1)化合物G的相对分子质量为140，G中硅元素的质量分数为60%，另有元素Y。G可以由化合物E(含两种元素)与NH3反应而生成，同时产生HCl气体。请推断：

①化合物G的化学式为

________________________________________________________________________。

②1 mol NH3和0.75 mol E 恰好完全反应生成G和HCl，则化合物E的分子式为

________________________________________________________________________。

(2)粉末状G能够与空气中的氧气和水作用，所得产物中都有一种酸性氧化物，它是工业上生产玻璃的主要原料。与氧气反应所得的产物还有一种单质，与水反应生成的另一种产物是该种单质元素的氢化物。请写出化合物G与水反应的化学方程式

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)为了使化合物G能成为新一代汽车发动机材料，现采用常压下在G中添加氧化铝，经高温烧结制成一种高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，它的商品名叫“赛伦”，化学通式可表达为Si6－xAlxOxY8－x。在接近于1 700 ℃时x的极限值约为4.0，在1 400 ℃时x为2.0，以保持整个化合物呈电中性。试问：赛伦中Y元素的化合价为________。

解析：(1)G中Si的原子数为＝3，另一种元素不可能是氢，而是氮，氮的原子数为＝4，故G的化学式为Si3N4。E分子中只有一个硅原子，故其分子式为SiCl4。

(2)由题意知Si3N4与H2O反应生成SiO2和NH3。

(3)Si为＋4价，Al为＋3价，O为－2价，当x＝4时代入得Y的化合价a：2×4＋4×3＋(－2)×4＋a×4＝0，a＝－3价。

答案：(1)①Si3N4　②SiCl4

(2)Si3N4＋6H2O===3SiO2＋4NH3↑　(3)－3价