2022届高考化学一轮复习作业10无机非金属材料的主角__硅含解析

无机非金属材料的主角——硅

1．5G网络让手机“飞”起来了。手机芯片的核心是硅板，其成分是(　　)

A．SiO2  B．Si

C．H2SiO3  D．Na2SiO3

解析　手机芯片的核心是硅板，其成分是Si单质，故B项正确。

答案　B

2．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(　　)

A．玛瑙　　 B．光导纤维　

C．太阳能电池　 D．水晶

解析　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。

答案　C

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　A项的反应之所以能够发生，是因为生成的产物中有气体放出，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。

答案　D

4．化学与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是(　　)

A．“绿水青山就是金山银山”，矿物燃料的脱硫脱硝，可以减少SO2、NO2的排放

B．2017年11月5日，发射北斗三号全球导航卫星计算机的芯片材料是高纯度二氧化硅

C．为防止月饼等富脂食品因被氧化而变质，常在包装袋中放入生石灰或硅胶

D．2M＋N===2P＋2Q,2P＋M===Q(M、N为原料，Q为期望产品)，不符合绿色化学的理念

解析　SO2、NOx是污染性气体，大力实施矿物燃料的脱硫脱硝技术以减少SO2、NO2的排放符合绿色化学的理念，故A项正确；计算机的芯片材料是高纯硅，故B项错误；生石灰或硅胶是干燥剂，不能防止氧化变质，故C项错误；2M＋N===2P＋2Q,2P＋M===Q的总反应是3M＋N===3Q，原料完全转化为期望产品，符合绿色化学的理念，故D项错误。

答案　A

5．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近代科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　　)

A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2

B．性质稳定，不易脱色

C．易溶解于强酸和强碱

D．x等于6

解析　“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2。A、B、D三项均正确。

答案　C

6．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；SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，各反应物存在如下关系，H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A。

答案　A

7．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘(通‘黏’)土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)

A．沙子和黏土主要成分为硅酸盐

B．“燃薪举火”使黏土发生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等的主要原料

解析　沙子的主要成分为SiO2，不属于硅酸盐，A项错误；“燃薪举火”是使成型的黏土器皿发生复杂的物理化学变化而制成陶器，B项正确；烧制过程中铁的化合物被氧化为氧化铁，得到红瓦，若浇水则发生还原反应得到氧化亚铁而成为青瓦，C项正确；砖瓦、陶瓷的主要原料是黏土，D项正确。

答案　A

8.我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，微观结构如图。下列叙述正确的是(　　)

A．SiO2与干冰的物理性质相似

B．SiO2耐腐蚀，不与任何酸反应

C．工业上用SiO2制备粗硅

D．光纤主要成分是SiO2，具有导电性

解析　SiO2熔点高，硬度大，而CO2熔点低，常温下为气体，A项错误；SiO2能与氢氟酸发生反应，B项错误；SiO2无导电性，D项错误。

答案　C

9．山西博物院是太原市地标性建筑之一，下列相关说法正确的是(　　)

A．展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2

B．墙体使用的砖瓦、水泥，是硅酸盐材料

C．陈列的元青花瓷的原料有高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示为Al2O3·SiO2·H2O

D．展示的青铜器上有一层绿色物质可能是碱式碳酸铜，此绿色物质不溶于盐酸

解析　钢化玻璃与普通玻璃的成分相同(只是制造的工艺不同)，主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐工业的产品，所以B项正确；高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，应该表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜而溶解，D项错误。

答案　B

10．高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场 “革命”。它可以按下列方法制备：

SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)

下列说法正确的是(　　)

A．步骤①的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑

B．步骤①②③中每生成或反应1 mol Si，转移4 mol电子

C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应

D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3

解析　步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，A项错误；步骤②③中每生成或反应1 mol Si，转移2 mol电子，B项错误；硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气，C项错误；D项正确。

答案　D

11．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________(双选；填选项字母)。

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”考古直播过程中，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______________________________。

②在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是

__________________________________________________

__________________________________________________。

③工业上常用纯净石英砂与C在高温下发生反应制造粗硅，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______(填选项字母)。

A．SiC性质稳定，能用于制造抗高温水泥

B．制造粗硅时的反应为

2SiO2＋5CSi＋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)A项，根据化合价代数和等于零的原则，可得6＋8－10－x＝0，解得x＝4。B项，钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液。C项，根据水泥制造过程可推测出烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化。D项，青花瓷、玻璃、水泥符合硅酸盐产品的特点，是硅酸盐产品。

(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。②将纯净的石英砂研磨后能增大物质的表面积，从而增大反应物与盐酸的接触面积，增大反应速率，提高生产效率。

③A项，根据SiC中元素的价态可知，SiC具有还原性，在高温下仍能在O2中燃烧生成SiO2和CO2，因此不能用于制造抗高温水泥。B项，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1，根据原子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO2＋5CSi＋SiC＋4CO↑。C项，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离。D项，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等。

答案　(1)CD

(2)①除去石英砂中的NaCl杂质

②增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率

③B

12．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)下列物质不属于硅酸盐的是________(填选项字母)。

A．陶瓷  B．玻璃

C．水泥  D．生石灰

(2)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__________(填选项字母)。

A．普通玻璃坩埚  B．石英玻璃坩埚

C．氧化铝坩埚  D．铁坩埚

(3)工业上常利用反应2C＋SiO2Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是____________________(填化学式，下同)，氧化剂是____________。

解析　(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si，不属于硅酸盐。

(2)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。

(3)题给反应中C(碳)被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。

答案　(1)D　

(2)防火剂　D　(3)C　SiO2

【拓展延伸】

B、H3BO3、NaBH4、Mg2B2O5的制备与性质

NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3

Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42MgSO4＋2H3BO3；2H3BO3B2O3＋3H2O；B2O3＋3Mg3MgO＋2B

NaBO2＋2SiO2＋4Na＋2H2===NaBH4＋2Na2SiO3

NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑

13．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航天航空、汽车发动机、机械等领域有着广泛的用途。由石英砂合成氮化硅粉末的路线图如下所示。

其中—NH2基团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，用化学反应方程式表示其原因____________________________。

(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水解的化学反应方程式为____________________。

(4)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 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　石英砂不能与碱共同存放的实质是SiO2与碱可以发生反应。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反应，也是氧化还原反应。SiCl4水解可以看作Si结合四个OH－生成H4SiO4，原硅酸不稳定失水生成H2SiO3，Cl－结合H＋生成HCl。氮化硅的化学式可通过题目信息，运用质量守恒求得。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↓(若写H4SiO4也对)

(4)Si3N4

(5)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl

14．半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分是H2、CO、CO2、N2和H2O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。

完成下列填空：

(1)半水煤气在铜催化下实现CO变换：

CO＋H2OCO2＋H2

若半水煤气中V(H2)∶V(CO)∶V(N2)＝38∶28∶22，经CO变换后的气体中：V(H2)∶V(N2)＝________。

(2)碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之一。已知：

若选择Na2CO3碱液作吸收液，其优点是___________；缺点是__________________。如果选择K2CO3碱液作吸收液，用什么方法可以降低成本？___________________；写出这种方法涉及的化学反应方程式：______________________________________。

(3)以下是测定半水煤气中H2以及CO的体积分数的实验方案。

取一定体积(标准状况下)的半水煤气，经过下列实验步骤测定其中H2以及CO的体积分数。

①选用合适的无机试剂分别填入Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ方框中。

②该实验方案中，步骤Ⅰ、Ⅱ的目的是___________________。

③该实验方案中，步骤________(填“Ⅳ”或“Ⅴ”)可以确定半水煤气中H2的体积分数。

解析　(1)经CO变换后CO转化为氢气，则根据化学方程式可知，所得的气体中：V(H2)∶V(N2)＝(38＋28)∶22＝3∶1。(2)根据表中数据可知若选择Na2CO3碱液作吸收液，其优点是价廉，缺点是吸收CO2的能力差。由于生成的碳酸氢钾受热易分解产生碳酸钾，所以使碱液循环使用可以降低成本，反应的化学方程式为2KHCO3K2CO3＋CO2↑＋H2O。(3)①由于半水煤气中含有二氧化碳，所以首先利用碱液除去二氧化碳，干燥后再通过氧化铜反应，利用浓硫酸吸收产生的水蒸气，利用碱液吸收产生的二氧化碳，进而计算体积分数。③氢气还原氧化铜生成水蒸气，浓硫酸吸收水蒸气，所以该实验方案中，步骤Ⅳ可以确定半水煤气中H2的体积分数。

答案　(1)3∶1

(2)价廉　吸收CO2能力差　碱液循环使用

2KHCO3K2CO3＋CO2↑＋H2O

②除去半水煤气中的CO2和H2O　③Ⅳ

【拓展延伸】

H2C2O4、CaC2O4的性质

1．H2C2O4的性质

H2C2O4是二元酸，存在如下关系：H2C2O4HC2OC2O。H2C2O4有较强的还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色。H2C2O4固体受热分解，产生CO和CO2气体。

2．CaC2O4的性质

CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸。灼烧时转变成碳酸钙或氧化钙。