2021届高考化学一轮复习过关训练：碳、硅及其化合物【解析版】

碳、硅及其化合物

1．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(　　)

A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化

B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料

C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物

D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸

答案　C

解析　不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，故A正确；瓷器是由黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，故C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，故D正确。

2．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)

A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4

B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承

C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2

D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2

答案　D

解析　A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。

3．近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是(　　)

A．Si24是一种新型化合物

B．Si24是硅的一种同素异形体

C．Si24易与稀硫酸反应生成氢气

D．硅太阳能电池供电原理与原电池相同

答案　B

解析　该物质是一种单质而不是化合物，故A错误；Si24是单质，与硅单质属于同素异形体，故B正确；硅的性质稳定，不与稀硫酸反应，故C错误；硅太阳能电池供电原理是将太阳能转化为电能，而原电池供电原理是将化学能转化为电能，因此两者原理不同，故D错误。

4.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+2Cl2SiCl4

SiO32-+2H2O+2CO2H2SiO3↓+2HCO3-

5.(1)下列物质能与单质硅起化学反应的是__________。 

①浓HNO3　②水　③浓H2SO4　④氢氟酸

⑤NaOH溶液　⑥氟气　⑦氯气

(2)下列事实能说明非金属性：C>Si的是__________。 

①硬度：金刚石>晶体硅

②熔、沸点：SiO2>CO2

③酸性：H2CO3>H2SiO3

④稳定性：CH4>SiH4

⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀

⑥高温下，SiO2与Na2CO3反应

⑦相同条件下，碱性：Na2SiO3(aq)>Na2CO3(aq)

【解析】(1)硅单质不能溶于水，不与强酸反应。

(2)硬度、熔沸点与空间结构有关，高温下SiO2与Na2CO3反应是利用了熵增原理，与非金属性强弱无关。

答案：(1)④⑤⑥⑦　(2)③④⑤⑦

6.碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题：

(1)下列有关说法正确的是________(填字母)。

a．利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响

b．金刚石、石墨、C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异

c．木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜

d．大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用

(2)吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体，它是________(填化学式)。

(3)影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是________(填物质俗称)。

(4)为减少二氧化碳对环境的影响，可将二氧化碳与氢气在300 ℃、200 kPa和催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇(CH3OH)和水，其反应的化学方程式为_________________

______________________________________________________________________________。

答案　(1)abcd　(2)CO　(3)干冰　(4)CO2＋3H2CH3OH＋H2O

7．单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题：

(1)能与X发生化学反应的酸是________；由X制备Mg2Z的化学方程式为____________

_____________________________________________________________________________。

(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为_______________________________，Y分子的电子式为_____________________________________________________________________________。

(3)Z、X中共价键的类型分别是__________________、_________________。

答案　(1)氢氟酸(HF)　SiO2＋4Mg2MgO＋Mg2Si

(2)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑　

(3)非极性键　极性键

解析　根据题意，单质Z为半导体，则Z是Si元素；其氧化物为二氧化硅，SiO2可与氢氟酸反应；根据流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。

8.硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：

(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：             

①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式： _________________。 

②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出并配平该反应的化学方程式：_______________； 

H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_______________。 

(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料中查阅到下列信息：

Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；

Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；

Ⅲ.SiH4在空气中自燃。

他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。

①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是_______________。 

②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是____________________________。 

【解析】(2)类似于镁和二氧化碳的反应，可生成单质硅和氧化镁；在高温条件下，硅还能继续与活泼金属镁化合，发现有爆鸣声和火花，说明生成气体，应为SiH4。

答案：(1)①SiHCl3+H2Si+3HCl

②SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+H2↑+3HCl　高温条件下，H2遇O2发生爆炸

(2)①2Mg+SiO22MgO+Si、

2Mg+SiMg2Si

②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si+2H2SO42MgSO4+SiH4↑，SiH4+2O2SiO2+2H2O

9.溶洞和钟乳石是大自然的杰作。溶洞和钟乳石的形成与自然界中碳及其化合物间的转化有着密切联系。下列有关自然界中碳及其化合物间的转化的说法，不正确的是(　　)

A．溶洞是通过CaCO3与H2O、CO2作用生成可溶性的Ca(HCO3)2形成的

B．游客的参观不会对其造成影响

C．溶洞和钟乳石的形成过程中没有涉及氧化还原反应

D．钟乳石是在一定条件下可溶性的Ca(HCO3)2转化成CaCO3的结果

答案　B

10．科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法错误的是(　　)

A．CO2是自然界碳循环中的重要物质

B．CO2加氢转化为乙烯，CO2被还原

C．CO2电催化时，在阳极转化为燃料

D．CO2与环氧丙烷可合成可降解塑料

答案　C

解析　含碳燃料燃烧以及动植物呼吸都会产生二氧化碳，植物光合作用消耗二氧化碳，所以CO2是自然界碳循环中的重要物质，故A正确；CO2加氢转化为乙烯，C的化合价降低，CO2得电子，被还原，故B正确；CO2中C为＋4价，只能发生得电子的还原反应，CO2在阴极得电子转化为燃料，阳极为失电子的氧化反应，故C错误；CO2与环氧丙烷发生加聚反应，可合成可降解塑料，故D正确。

11.二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是              (　　)

①SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O

②SiO2+2CSi+2CO↑

③SiO2+4HFSiF4↑+2H2O

④Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

⑤SiO2+3CSiC+2CO↑

a.反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃

b.反应②中SiO2表现出氧化性

c.反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性

d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的原理

e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应

A.ace　　　B.bde　　　C.cde　　　D.ab

【解析】选B。通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0变为-4和+2，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。

12.“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　)

A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品

B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英

C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高

D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐

答案　C

解析　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。

13.下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　)

A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸

B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆

C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应

D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅

答案　C

解析　二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，故A错误；二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，故B错误；碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；由方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 mol气体时，得到0.05 mol 即1.4 g硅，故D错误。

14．下列说法不正确的是(　　)

A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃

B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶

C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4

D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能

答案　D

解析　氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，故HF可用于刻蚀玻璃，故A正确；盐酸的酸性强于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸可制备硅酸凝胶，故B正确；根据N的非金属性强于Si及化合物中正负化合价的代数和为0的原则，得氮化硅的化学式为Si3N4，故C正确；晶体硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，而不是二氧化硅，故D错误。

15.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

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。

16．化学与生活密切相关。下列叙述错误的是(　　)

A．高纯硅可用于制作光感电池(2019·全国卷Ⅲ，7A)

B．活性炭具有除异味和杀菌作用(2019·全国卷Ⅲ，7C)

C．无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水(2019·天津，3D)

D．天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅(2019·浙江4月选考，8C)

答案　B

17.我国著名书画家赵佶曾有诗句“雨过天晴云破处，千峰碧波翠色来”描述汝窑青瓷之美，青色主要来自添加的玛瑙粉末。下列有关说法错误的是              (　　)

A.青瓷的青色来自玛瑙中的SiO2

B.陶瓷是传统的无机非金属材料

C.瓷器质量与原料矿物组成、升温速度、煅烧时间等因素有关

D.青瓷化学性质稳定，耐酸碱侵蚀

【解析】选A。青瓷的青色主要是以玛瑙粉末中的氧化钴为着色剂，添加铬、锰、铜等形成，二氧化硅为无色晶体，故A错误；陶瓷的传统概念是指所有以黏土等无机非金属矿物为原材料，经过高温烧制而成的产品，故B正确；瓷器质量与原料矿物组成不同、升温速度快慢、煅烧时间长短等因素有关，故C正确；青瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点，故D正确。

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

A.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐

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的主要原料

【解析】选A。沙子主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属于硅酸盐，故A错误；黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理化学变化过程，黏土发生复杂的物理化学变化，故B正确；青瓦和红瓦是在冷却时区分的：自然冷却的是红瓦，水冷却的是青瓦，故C正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘(黏)土而为之”可知黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，故D正确。

19.(双选)下列转化不能一步完成的是 (　　)

A.Fe2O3Fe(OH)3　　　　 B.SiO2H2SiO3

C.Na2CO3Na2SiO3   D.H2SiO3SiO2

【解析】选A、B。碳酸钠可与二氧化硅在高温下反应生成硅酸钠；硅酸受热可直接分解生成二氧化硅。