碳、硅及无机非金属材料
(时间：45分钟)
一、选择题
1．下列关于C、Si两种非金属元素的说法中，正确的是( ) A．两者结合形成的化合物是共价化合物 B．在自然界中都能以游离态存在
C．氢化物的热稳定性比较：CH4＜SiH4
D．最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸
解析：C、Si都是非金属元素，结合形成的化合物是共价化合物，A正确；Si元素为亲氧元素，不能以游离态存在，故B错；非金属性C＞Si，故氢化物的热稳定性SiH4＜CH4，故C错；SiO2既不溶于水，也不和水反应，故D错。
答案：A
2．(2015·合肥月考联考)近几年我国载人飞船多次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流，飞船应用了许多尖端的合成材料。据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是( )
A．它耐高温抗氧化
B．它比钢铁轻，强度大，但质地较脆 C．它没有固定熔点
D．它是一种新型无机非金属材料
解析：航空材料具有质轻、高强度、耐高温、抗氧化等性能，又由题中信息可知，该材料具有一定的韧性，故B错，A正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料属于新型无机非金属材料，C、D正确。
答案：B
4．(2015·江西九江七校联考)下列叙述正确的是( ) A．利用高纯度二氧化硅可以制成光电池，将光能转化为电能 B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸 C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同 D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳
解析：光电池是利用高纯度的硅制成；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应；石灰抹墙发生反应CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系
列变化而凝固变硬。
答案：D
5．下列离子方程式不正确的是( )
－2－
A．石英与烧碱反应：SiO2＋2OH===SiO3＋H2O
－2－
B．硅与烧碱反应：Si＋2OH===SiO3＋H2↑
2－2－
C．硅酸钠溶液中通入少量CO2：SiO3＋CO2＋H2O===CO3＋H2SiO3↓
＋2－
D．往水玻璃中加入盐酸：2H＋SiO3===H2SiO3↓
－2－
解析：硅与烧碱溶液反应时，H2O参与反应，Si＋2OH＋H2O===SiO3＋2H2↑。 答案：B
6．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀溶液处理时，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材料
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跟反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。
答案：B
7．(2016·山西孝义检测)如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是( )
A．SiO2属于两性氧化物
B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞 C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
解析：SiO2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A错；在图示转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应，D错。
答案：C
二、非选择题
8．从“南澳一号”沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿烂的中华文明。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________(填字母)。 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____________________________。
②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是________________________________。 ③在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是______________________________。
④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________(填字母)。
A．SiC是一种传统的无机非金属材料
高温
B．制造粗硅时的反应为2SiO2＋5C===== Si＋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)选项A，根据化合物中各元素的正、负化合价代数和等于零的原则，可得：(＋3)×2＋(＋4)×2＋(－2)×5＋(－1)×x＝0，解得x＝4。选项B，将KAlSi3O8改写成氧化物的形式为K2O·Al2O3·6SiO2，SiO2不能与盐酸反应，故钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液。选项C，根据水泥的制造过程可推测出烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化。选项D，青花瓷、玻璃、水泥是硅酸盐产品。
(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。②SiO2
与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。③将纯净的石英砂研磨成粉末后能增大反应物的表面积，从而增大反应物与盐酸的接触面积，而增大反应速率，提高生产效率。④选项A，SiC是一种新型无机非金属材料。选项B，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1，根据元素的原子个数守恒，可将题述信息转化为如下反高温
应：2SiO2＋5C===== Si＋SiC＋4CO↑。选项C，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离。选项D，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等。
－2－
答案：(1)CD (2)①除去石英砂中的NaCl杂质 ②SiO2＋2OH===SiO3＋H2O ③增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率 ④B
9．(2015·成都调研)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。
请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示)：
(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有________(填反应代号)。 (2)写出反应③的化学方程式___________________。
(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1 373～1 623 K反应，生成化合物W，其化学方程式是______________________。
(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是________(填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是________(填化学式)。
3 273 K
解析：反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑， 523～527 K属于置换反应；反应②是Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2，属于置换反应；反应③是SiHCl3
1 357 K1 073 K＋H2=====Si＋3HCl，属于置换反应；反应④为特定条件下的反应：CO＋H2O(g)=====H2
催化剂＋CO2，不属于置换反应。A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室气体，是节能减排
的目标气体，CO2和HCl通入W(硅酸钠)溶液中能够生成白色沉淀(硅酸)。
1 357 K1 373～1 623 K
答案：(1)①②③ (2)SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl (3)SiO=====2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑ (4)CO2 CO2和HCl
10．(高考经典题)硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：
(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是____________________。
(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有_______________________。
(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为______________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为___________。
(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是____________。
解析：(1)反应物是二氧化硅、木炭和铁，所得“金属”应是铁的合金。(2)生产普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂。(3)①SiC又名金钢砂，与金刚石或晶体硅具有相似的结构。②在SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl中，SiCl4和SiHCl3在常温下呈液态。由于SiCl4与SiHCl3沸点相差较大，因此可用蒸馏的方法进行分离。③SiHCl3完全水解的化学方程式为SiHCl3＋4H2O===H4SiO4↓＋H2↑＋3HCl↑。(4)氯碱工业的产品是NaOH、H2、Cl2，其中H2、Cl2反应可制备HCl。H2、HCl都是制备硅工艺中的原料。
答案：(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁) (2)石英砂、纯碱和石灰石 (3)①SiO2＋高温3C===== SiC＋2CO↑ 金刚砂 金刚石(或单晶硅) ②精馏(或蒸馏) ③H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl (4)H2、HCl
11．(2014·新课标Ⅱ卷)铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题：
(1)铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为第________周期________族；PbO2的酸性比CO2的酸性________(填“强”或“弱”)。
(2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为_____________________。 (3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为___________________。
(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示，已知失重曲线上的a点为样品失
样品起始质量－a点固体质量×100%的残留固体。若a点固体组成表示为PbO
重4.0%即x样品起始质量
或mPbO2·nPbO，列式计算x值和m∶n值___________________________。
解析：(1)根据碳在元素周期表中的位置为第二周期ⅣA族，可以推出Pb的位置为第六周期ⅣA族，同一主族元素从上到下非金属性依次减弱，PbO2的酸性比CO2的弱。
(2)由题意，生成的黄绿色气体应为氯气，氯元素化合价升高，则铅元素化合价降低，△
所以反应的化学方程式为PbO2＋4HCl(浓)===== PbCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(3)由题意，PbO作还原剂，NaClO作氧化剂，反应的离子方程式为PbO＋ClO===PbO2
－
＋Cl。
△－
答案：(1)六 ⅣA 弱 (2)PbO2＋4HCl(浓)=====PbCl2＋Cl2↑＋2H2O (3)PbO＋ClO ===PbO2＋Cl
2－x2－x239×4.0%△(4)根据PbO2=====PbOO×32＝239×4.0%，x＝2－≈1.4。x＋2↑，有 22162m＋nm0.42根据mPbO2·nPbO，＝1.4，＝＝ m＋nn0.63
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