2024高考化学基础知识综合复习优化集训试题11无机非金属材料

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1.下列有关硅元素的描述错误的是( )
A.硅元素位于元素周期表第三周期第ⅣA族
B.硅元素位于元素周期表中金属与非金属的过渡位置,属于过渡元素
C.硅的导电性介于导体与绝缘体之间
D.硅是应用最广泛的半导体材料
2.硅是带来人类文明的重要元素。下列物质的主要成分是硅酸盐的是( )
A.青花瓷B.金刚石
C.光导纤维D.大理石
3.下列关于碳和硅单质的描述中,不正确的是( )
A.石墨可以用作导电材料
B.碳的单质在加热时与O2反应可能生成两种氧化物
C.硅的单质在加热时能与O2、Cl2反应
D.可从自然界中得到纯净的晶体硅,用作半导体材料
4.下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是( )
A.SiO2→SiB.Si→SiHCl3
C.SiO2→H2SiO3D.Si→Na2SiO3
5.下列药品可用带玻璃塞的试剂瓶存放的是( )
A.纯碱溶液B.浓硫酸
C.NaOH溶液D.水玻璃
6.下列有关硅酸盐材料的说法不正确的是( )
A.普通玻璃可表示为Na2O·CaO·6SiO2,说明普通玻璃是由氧化物形成的复杂混合物
B.生产玻璃发生的主要反应有Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑
C.用水玻璃浸泡过的木材、纺织品既耐腐蚀又不易着火
D.许多硅酸盐具有多孔结构,人们利用这种性质制作分子筛
7.下列说法不正确的是( )
A.生产陶瓷的主要原料是黏土,陶瓷的主要成分是硅酸盐
B.生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和晶体硅
C.生产水泥的主要原料是黏土、石灰石,水泥的主要成分是硅酸盐
D.生产粗硅的原料是石英砂和焦炭,以粗硅为原料进一步除杂得到高纯硅
8.下列有关硅酸盐材料的说法不正确的是( )
A.石英玻璃的主要成分是二氧化硅
B.硅酸盐中的每个硅原子与2个氧原子结合形成2个极性共价键
C.碳化硅(SiC)俗称金刚砂,常用来制作具有耐高温、抗氧化等特性的陶瓷
D.石墨烯的电阻率低、热导率高,且有很高的强度,是一种优良的碳纳米材料
9.我国拥有自主知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世,填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述不正确的是( )
A.晶体硅、金刚石都具有较高的熔点和沸点
B.晶体硅的化学性质不活泼,所以不与任何物质发生反应
C.晶体硅是一种应用广泛的半导体材料
D.晶体硅呈灰黑色,有金属光泽,属于非金属材料
10.有科学家认为硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。下列叙述不正确的是( )
A.自然界中硅元素含量丰富,主要以游离态的形式存在
B.高纯硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域
C.硅燃料便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是优质燃料
D.硅燃烧放出热量多,燃烧产物对环境的污染小、易控制
11.下列有关二氧化硅的说法中,不正确的是( )
A.二氧化硅属于酸性氧化物,但又能与氢氟酸反应
B.二氧化硅导电能力很强,可用来生产光导纤维
C.盛放NaOH溶液的玻璃瓶,不能用玻璃塞
D.水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅
12.下列说法不正确的是( )
A.晶体硅和二氧化硅中都含有共价键
B.二氧化硅属于共价化合物
C.硅酸钠属于离子化合物
D.碳化硅存在分子间作用力
13.我国等少数几个国家已经研制出了一种陶瓷柴油机。这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐高温且不易导热的材料来制造的,这种材料是( )
A.普通硅酸盐陶瓷
B.氮化硅陶瓷
C.光导纤维
D.硅钢
14.2018年3月5日,《Nature》报道了科研人员制得具有超导特性的双层石墨烯新材料。以下对石墨烯的推测不正确的是( )
A.石墨烯性质稳定,不能在氧气中燃烧
B.石墨烯与石墨都具有导电性
C.石墨烯与金刚石互为同素异形体
D.石墨烯与石墨都具有较高的熔点
15.下列关于碳纳米管的描述中,不正确的是( )
A.碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物
B.碳纳米管具有纳米尺度的直径
C.碳纳米管的比表面积大
D.碳纳米管有相当高的强度,但其电学性能差
16.汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时,偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式:BaCuSi2O6,Cu为+2价)。下列有关“汉紫”的说法不正确的是( )
A.用盐的形式表示:BaSiO3·CuSiO3
B.用氧化物形式表示:BaO·CuO·2SiO2
C.易溶于强酸、强碱
D.性质稳定,不易褪色
二、非选择题
17.地壳中广泛存在硅酸盐。
(1)硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点,原因是在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧 。
(2)实验室盛放碱溶液(如NaOH溶液)的试剂瓶应使用 塞,原因是玻璃中的某种成分与NaOH溶液反应: (填化学方程式)。
18.工业上制备高纯硅的流程如下:
(1)步骤①发生反应的化学方程式为 。
(2)流程中可循环利用的物质有 。
(3)步骤②③中的反应互为可逆反应,请分析正确与否,并说明理由: 。
19.晶体硅是一种重要的非金属材料,但粗硅价值不大,需要制备纯硅。
已知:SiHCl3与水强烈反应。
(1)粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点-84.7 ℃),提纯SiHCl3采用的方法为 。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去):
①装置B中的试剂是 。装置C中的烧瓶需要水浴加热,目的是 。
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是 ,装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ,装置D中发生反应的化学方程式为 。
③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及 。
20.工业上利用石英砂制取粗硅,继而制得高纯硅。实验室模拟工业制法制得高纯硅560 g,若不计各步骤的损失,最初需要含量为80%的石英砂矿 g;粗硅制取步骤得到标准状况下的气体体积为 L。
优化集训11 无机非金属材料
1.B 解析 硅元素位于元素周期表中金属与非金属的分界处,不属于过渡元素。故选B。
2.A 解析 青花瓷的主要成分是硅酸盐;金刚石的主要成分是碳单质;光导纤维的主要成分是二氧化硅;大理石的主要成分是碳酸钙。故选A。
3.D 解析 碳有石墨、金刚石、C60等同素异形体,其中石墨常用作导电材料;碳与O2反应可生成CO、CO2等;硅的单质在加热时能与O2、Cl2反应;硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在,工业上需要利用氧化还原反应制取单质硅。故选D。
4.C 解析 SiO2→Si:SiO2+2CSi+2CO↑;Si→SiHCl3:Si+3HClSiHCl3+H2;SiO2→H2SiO3:不能一步实现;Si→Na2SiO3:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。故选C。
5.B 解析 玻璃塞中含有二氧化硅,纯碱溶液、NaOH溶液都呈碱性,玻璃塞会被腐蚀生成有黏性的硅酸钠溶液,水玻璃就是硅酸钠溶液,最终会将玻璃塞与瓶口粘住。故选B。
6.A 解析 普通玻璃虽表示为氧化物的形式:Na2O·CaO·6SiO2,但这只是硅酸盐的一种表示方法。故选A。
7.B 解析 生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和石英砂。故选B。
8.B 解析 在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接,每个O为2个四面体所共有,与2个Si相结合。故选B。
9.B 解析 硅的化学性质不活泼,但在一定条件下能与O2、Cl2等物质反应。故选B。
10.A 解析 硅在自然界中主要以化合态(硅酸盐和氧化物)的形式存在。故选A。
11.B 解析 二氧化硅属于酸性氧化物,也能与氢氟酸反应:SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;二氧化硅可用来生产光导纤维,但它没有导电性;若使用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液,碱液能与玻璃中的二氧化硅发生反应生成硅酸钠,会导致玻璃塞与瓶口内侧发生粘连而无法打开;水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅。故选B。
12.D 解析 碳化硅中碳原子和硅原子间通过共价键连接,不存在分子间作用力。故选D。
13.B 解析 氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷,具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。故选B。
14.A 解析 石墨烯是由碳元素组成的单质,能够在氧气中燃烧;石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨,其独特的结构使其电阻率低;石墨烯与金刚石都是由碳元素组成的不同单质,互为同素异形体;石墨烯与石墨都具有较高的熔点。故选A。
15.D 解析 碳纳米管有相当高的强度和优良的电学性能。故选D。
16.C 解析 硅酸铜钡能长久保存,说明性质稳定。故选C。
17.答案 (1)四面体
(2)橡胶 SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
解析 (1)在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接,每个O为2个四面体所共有,与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
(2)实验室盛放碱溶液(如NaOH溶液)的试剂瓶应使用橡胶塞,不能用玻璃塞,原因是玻璃中的SiO2能与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。
18.答案 (1)SiO2+2CSi+2CO↑
(2)H2和HCl
(3)不正确,步骤②中的反应为Si+3HClSiHCl3+H2,步骤③中的反应为SiHCl3+H2Si+3HCl,两个反应的温度不同,所以不是可逆反应;由步骤②③中的反应可知,通过调控反应温度能改变反应进行的方向
解析 (1)步骤①②③中发生的反应为SiO2+2C
Si+2CO↑、Si+3HClSiHCl3+H2、SiHCl3+H2Si+3HCl。(2)从转化关系可知,H2和HCl可循环利用。
19.答案 (1)蒸馏
(2)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
②有固体物质生成 在1 100 ℃反应温度下普通玻璃会软化 SiHCl3+H2Si+3HCl
③排尽装置中的空气
解析 (1)利用SiHCl3、SiCl4和HCl的沸点不同,采用蒸馏的方法提纯SiHCl3。
(2)①因SiHCl3与水强烈反应,故A中产生的H2需要干燥,B中的液体为浓硫酸;C中烧瓶需水浴加热,其目的是使SiHCl3汽化。
②石英管中经过反应生成硅,故D中现象为有固体产生;制纯硅的反应条件为1100℃,此温度下普通玻璃会软化。
③因高温下H2与O2混合容易发生爆炸,故还应排尽装置中的空气。
20.答案 1 500 896
解析 560g硅的物质的量为20ml,设参与反应的SiO2的物质的量为n1,生成的CO的物质的量为n2,
SiO2+2CSi + 2CO↑
112
n120mln2
,
解得n1=20ml,n2=40ml,
m(石英砂矿)==1500g,
V(CO)=40ml×22.4L·ml-1=896L。