2023届高三化学高考备考一轮复习 第十一专题 碳、硅 无机非金属材料 测试题

这是一份2023届高三化学高考备考一轮复习 第十一专题 碳、硅 无机非金属材料 测试题，共28页。试卷主要包含了选择题，填空题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题（每小题只有一个正确选项，每小题3分，共48分）
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。下列几种物质中含有硅单质的是( )
2． 新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示：
下列有关说法正确的是( )
A．石墨烯是一种新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素异形体
D．氧化石墨烯具有一定的亲水性
3． 《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．黏土是制砖瓦和水泥的主要原料
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．沙子的主要成分为硅酸盐
D．泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
4． 信息、材料、能源被称为新科技革命的“三大支柱”。下列有关资讯错误的是( )
A．在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源
B．中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术，能较大程度地降低能耗，节约能源
C．光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的主要材料是单质硅
D．结构陶瓷碳化硼(B4C3)常用于制造切削工具，它是一种新型无机非金属材料
5． 我国科学家合成的3 nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(只有钢的\f(1,4)))、熔点高，化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是( )
A．它是制造飞机的理想材料
B．它的主要组成元素是碳元素
C．它的结构与石墨相似
D．碳纤维复合材料耐高温
6． 化学与社会、生活、生产密切相关。下列关于物质应用的解释错误的是( )
A．液氢可用作“长征5号”火箭的燃料，因为液氢无毒无污染，且燃烧热值高
B．高纯硅可用于制造光感电池，因为单质硅具有半导体性能，可将太阳能转化为电能
C．二氧化硅可用于制造光导纤维，因为二氧化硅硬度大且是酸性氧化物
D．钛被称为“第三金属”，钛合金可用于制造飞机的结构部件，因为钛合金强度高且耐腐蚀
7． 陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
8． 金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应的化学方程式为SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法正确的是( )
A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为C
B．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1
C．该反应中转移12e－
D．该反应中的还原产物是CO、氧化产物是SiC
9． 科学家最近用金属钠还原CCl4和SiCl4制得一种一维SiC纳米棒，相关反应的化学方程式为8Na＋CCl4＋SiCl4eq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋8NaCl。下列说法不正确的是( )
A．SiC和SiO2中Si元素的化合价相同
B．上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物
C．SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应
D．一维SiC纳米棒比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力
10． 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
11． 科学家发现了纯碳新材料“碳纳米泡沫”，每个泡沫含有约4 000个碳原子，直径约6～9 nm，在低于－183 ℃时，泡沫具有永久磁性。下列叙述错误的是( )
A．“碳纳米泡沫”与石墨互为同素异形体
B．把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中能产生丁达尔效应
C．“碳纳米泡沫”是一种新型的碳单质
D．“碳纳米泡沫”和金刚石的性质相同
12．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：
容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)eq \(=====,\s\up7(△))SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是( )
A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B．①和②互为可逆反应
C．该流程中需要隔绝空气
D．粗硅制备不能通过SiO2eq \(―――→,\s\up7(HClaq))SiCl4eq \(――→,\s\up7(H2),\s\d5(高温))Si实现
13．Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是( )
A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cleq \(=====,\s\up7(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
14．由二氧化硅制高纯硅的流程如下，下列判断中错误的是( )
A．①②③反应中均为氧化还原反应
B．H2和HCl均可循环利用
C．SiO2是一种坚硬难熔的固体
D．SiHCl3摩尔质量为135.5 g
15．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是( )
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价发生改变
D．反应器中发生的反应为氧化还原反应
16．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是( )
A．上图所含反应都不属于氧化还原反应
B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料
C．用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣
二、填空题（本题包括4个小题，共52分）
17．（12分）世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为：___________________________、
________________________________________________________(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是____________________。制备普通玻璃的主要反应方程式为________________________________(任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________________(填化学式)。
(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是________(填字母)。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
18．（14分）高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：
已知：①流化床反应器内的主反应：Si＋3HCleq \(===========,\s\up7(250～300 ℃))SiHCl3＋H2；
②还原炉内的主反应：SiHCl3＋H2eq \(――――――→,\s\up7(1 100～1 200 ℃))Si＋3HCl；
③SiHCl3极易水解：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑。
回答下列问题：
(1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是__________(填字母)。
A．Al B．Al2O3
C．CuO D．NaHCO3
SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为_____________。
(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为________________________________________。
若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为______________。
(3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是______________________________(答出两条即可)。
(4)流化床反应器中除SiHCl3外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用分馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是__________________。
(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是____________________。
19．（14分）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)在反应⑤中，3 ml Si(NH2)4在高温下加热可得1 ml 氮化硅粉末和8 ml A气体，则氮化硅的化学式为________。
(4)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：____________________。
20．（12分）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是__________________________________________，还可使用____________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是____________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为___________________________________________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是 。沉淀B的主要成分为______________、______________(写化学式)。
1．【答案】C
【解析】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．【答案】D
【解析】石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
3．【答案】C
【解析】由题目的“择取无沙黏土而为之”，说明黏土是制砖瓦和水泥的主要原料，选项A正确；“燃薪举火”是提供高温的环境，使黏土发生复杂的物理化学变化，选项B正确；沙子的主要成分为二氧化硅，选项 C错误；黏土中有一定量的Fe元素，泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁)，浇水冷却时C与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价铁，形成青瓦，选项D正确。
4．【答案】C
【解析】光缆在信息产业中有广泛应用，制造光导纤维的主要材料是二氧化硅，C错误。
5．【答案】C
【解析】石墨的内部结构是层状的，碳纳米管是管状的。
6．【答案】C
【解析】氢气的燃烧产物是水，无污染，燃烧热值高，可以用作火箭燃料，故A正确；硅单质是优良的半导体材料，用于制作光感电池，可以将太阳能转换为电能，故B正确；二氧化硅晶体能传递光信号，可以用于制造光导纤维，与二氧化硅的硬度和酸性氧化物的性质无关，故C错误；钛合金的密度小，质量轻，强度大，耐腐蚀，具有很多优良的物理、化学特性，可以用于制造飞机的结构部件，故D正确。
7．【答案】A
【解析】“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。
8．【答案】B
【解析】反应产物SiC中Si、C的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；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，两者的物质的量之比为2∶1；根据化学方程式可知，该反应转移4e－。
9．【答案】B
【解析】SiC和SiO2中Si元素的化合价均为＋4价，A项正确；SiC是还原产物，NaCl是氧化产物，B项错误；SiO2制备单质Si需加入还原剂，单质Si制备SiCl4需加入氧化剂，C项正确；一维粒子上下表面均能与其他物质接触，比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力，D项正确。
10．【答案】B
【解析】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、砖瓦、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非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。
11．【答案】D
【解析】“碳纳米泡沫”的粒子直径为6～9 nm，分散到适当的溶剂中形成胶体，能产生丁达尔效应，B正确；“碳纳米泡沫”和金刚石互为同素异形体，化学性质相似，物理性质不同，D错误。
12．【答案】B
【解析】A项，反应②中生成的HCl在反应①中循环利用，正确；B项，反应①与反应②对应的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C项，高温条件下，Si、SiHCl3、H2都与O2反应，故需隔绝空气，正确；D项，SiO2不与HCl反应，不能通过上述途径制硅，正确。
13．【答案】D
【解析】Ca3SiO5可看作CaSiO3·2CaO，它与NH4Cl固体混合加热，反应生成CaSiO3、CaCl2、NH3和H2O，A正确；Ca3SiO5能够吸水，故需要密封保存，B正确；由于H2SO3的酸性强于H2SiO3，Ca3SiO5与SO2反应可生成CaSO3，C正确；Ca3SiO5与足量盐酸作用，析出H2SiO3沉淀，故所得固体产物主要是H2SiO3，D错误。
14．【答案】D
【解析】反应①②③中，都有元素化合价的升降，均属于氧化还原反应，A正确；生成的H2和HCl分别在反应③②中应用，B正确；SiO2的熔、沸点很高，C正确；摩尔质量的单位是g·ml－1，D错误。
15．【答案】A
【解析】A项，稻壳灰来源广泛，价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中，硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。
16．【答案】A
【解析】A项，由SiO2制取单晶硅的一系列反应都属于氧化还原反应，错误；B项，SiO2可作光导纤维，单晶硅可作半导体材料，正确；C项，盐酸与SiO2不反应，但与CaCO3反应，正确；D项，高炉炼铁中，存在反应：CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑，SiO2＋CaOeq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3，CaSiO3作为炉渣除去，正确。
17. 答案：(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)石灰石 SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑(或SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑)
(3)SiO2 (4)D
解析：(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，反应的化学方程式分别为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑、SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料为石灰石。制备普通玻璃的主要反应方程式有SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑或SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。(4)普通玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A错误；石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故B错误；氧化铝坩埚中的氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C错误；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D正确。
18. 答案:(1)BD (2)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑ 1∶2
(3)防止SiHCl3发生水解；防止硅被氧化；防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条即可) (4)各组分沸点相差较大 (5)H2、HCl
解析：(1)铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，故A不符合题意；氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，故B符合题意；氧化铜与氢氧化钠溶液不反应，故C不符合题意；碳酸氢钠与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，故D符合题意；SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸为HF，HF属于共价化合物，其电子式为。(2)二氧化硅与碳在高温条件下反应生成粗硅和CO，对应的化学方程式为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，石英砂和焦炭生成SiC的反应为SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，C元素化合价由0价降低为－4价，由0价升高为＋2价，C既是氧化剂又是还原剂，根据氧化还原规则，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。
19．答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si3N4＋12HCl
解析：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的原因是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)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得：3Si(NH2)4eq \(=====,\s\up7(高温))Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
20.答案：(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2
(2)SiO2 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3
解析：(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，为了不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2，SiO2能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。(3)加入氨水调节溶液的pH＝4～5的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。