高考化學總復習 第三章 金屬及其化合物 課時作業(yè)10 碳、硅及無機非金屬材料 新人教版

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1、 課時作業(yè)10　碳、硅及無機非金屬材料 一、選擇題 1．下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是(　　) A．CO2、SiO2對應的含氧酸分別是H2CO3、H2SiO3 B．常溫下CO2和SiO2均能與Na2CO3溶液反應 C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物 D．CO2和SiO2都是由相應的分子構(gòu)成的 解析：CO2、SiO2均為酸性氧化物，對應的酸分別是H2CO3、H2SiO3；CO2與Na2CO3溶液在常溫下發(fā)生反應，但SiO2只有在高溫條件下才與Na2CO3固體發(fā)生反應；CO2由分子構(gòu)成，SiO2由硅、氧原子按1∶2比例構(gòu)成。故正確答案為A。 答案：A 2

2、．下列離子方程式的書寫正確的是(　　) A．水玻璃中通入過量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3 B．澄清石灰水中通入過量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO C．硅與氫氟酸的反應：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑ D．二氧化硅溶于燒堿溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 解析：Na2SiO3是強電解質(zhì)，應拆成Na＋、SiO，且應生成HCO，A錯；B項正確寫法是CO2＋OH－===HCO；C項，氫氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。 答案：D 3．下列除雜方法正確的是(　　) A．SiO2中含Al

3、2O3雜質(zhì)，可以加入足量NaOH溶液然后過濾除去 B．CO2中含有CO雜質(zhì)，可以通入盛有CuO的玻璃管且加熱 C．CO2中含有HCl雜質(zhì)，可以通過盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶 D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質(zhì)，可以通入足量的CO2，然后過濾 解析：A項，SiO2、Al2O3均與NaOH反應；C項，Na2CO3溶液也吸收CO2；D項，CO2與Na2CO3溶液也反應。 答案：B 4．下列變化中，不能一步實現(xiàn)的是(　　) A．Na2SiO3―→H2SiO3 B．H2SiO3―→SiO2 C．SiO2―→H2SiO3 D．SiO2―→Na2SiO3 解析：Na2S

4、iO3H2SiO3；H2SiO3SiO2，SiO2Na2SiO3，SiO2不與H2O反應，故不能一步轉(zhuǎn)化為H2SiO3。 答案：C 5．蛇紋石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3組成。現(xiàn)取一份蛇紋石試樣進行實驗，首先將其溶于過量的鹽酸，過濾后，在所得的沉淀X和溶液Y中分別加入NaOH溶液至過量。下列敘述不正確的是(　　) A．沉淀X的成分是SiO2 B．將蛇紋石試樣直接溶于過量的NaOH溶液后過濾，可得到紅色顏料Fe2O3 C．在溶液Y中加入過量的NaOH溶液，過濾得到的沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2 D．溶液Y中的陽離子主要是Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、H

5、＋ 解析：向蛇紋石試樣中加入過量的鹽酸，其中的MgO、Al2O3、Fe2O3溶解形成含Mg2＋、Al3＋、Fe3＋和H＋的溶液Y，而SiO2不溶解形成沉淀X，溶液Y中加入過量NaOH溶液，將得到Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀，A、C、D正確；將蛇紋石試樣直接溶于過量的NaOH溶液，其中的Al2O3和SiO2溶解形成AlO和SiO，而MgO和Fe2O3不溶解形成沉淀，B錯誤。 答案：B 6．下列溶液中通入大量的CO2氣體一定會產(chǎn)生渾濁的是(　　) ①氯化鈣溶液 ②澄清的石灰水 ③碳酸鈉溶液 ④偏鋁酸鈉溶液 ⑤硅酸鈉溶液 ⑥次氯酸鈣溶液 A．①②④⑤⑥ B．②③④⑤⑥

6、 C．④⑤ D．③④⑤ 解析：本題考查CO2的性質(zhì)，常見酸酸性強弱的比較。①HCl是強酸，H2CO3是弱酸，CO2氣體通入氯化鈣溶液中不會生成碳酸鈣沉淀，不符合題意；②少量CO2氣體通入澄清的石灰水中會生成碳酸鈣沉淀，CO2過量時生成能溶于水的碳酸氫鈣，不符合題意；③CO2與碳酸鈉溶液反應生成碳酸氫鈉，不一定會產(chǎn)生渾濁，不符合題意；④CO2氣體通入偏鋁酸鈉溶液中，會生成氫氧化鋁沉淀，符合題意；⑤H2CO3的酸性強于H2SiO3的，CO2通入硅酸鈉溶液中，會生成H2SiO3沉淀，符合題意；⑥H2CO3的酸性比HClO的酸性強，CO2通入次氯酸鈣溶液中，生成碳酸鈣，CO2過量時生成能溶于水的

7、碳酸氫鈣，不符合題意。綜上所述，通入大量的CO2氣體一定會產(chǎn)生渾濁的是④⑤。 答案：C 7．下列說法中正確的是(　　) A．單質(zhì)氧化物酸或堿鹽，硅單質(zhì)可以按上述關(guān)系進行轉(zhuǎn)化 B．若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過一步反應實現(xiàn)如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系 C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中 D．青花瓷胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示為Al2O3SiO2H2O 解析：本題考查硅及其化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化。A項，Si與O2反應生成SiO2，SiO2不與H2O反應，“氧化物酸或堿”不能實現(xiàn)，錯誤；B項，b→c，c→a均不能通過一

8、步反應實現(xiàn)，錯誤；C項，二氧化碳和二氧化硅都屬于酸性氧化物，都能與NaOH溶液反應生成鹽和水，正確；D項，硅酸鹽可以用氧化物的形式表示，[Al2Si2O5(OH)4]可表示為Al2O32SiO22H2O，錯誤。 答案：C 8．如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是(　　) A．SiO2屬于兩性氧化物 B．盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞 C．硅膠吸水后可重復再生 D．圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應 解析：SiO2是酸性氧化物，A錯誤；Na2CO3溶液呈堿性，試劑瓶不能用玻璃塞，B錯誤；題圖中有的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應，例如SiO2與NaOH溶液的反應，D

9、錯誤。 答案：C 9．金剛砂(SiC)可由SiO2和碳在一定條件下反應制得，反應方程式為SiO2＋3CSiC＋2CO↑，下列有關(guān)說法中正確的是(　　) A．該反應中的氧化劑是SiO2，還原劑是C B．該反應中的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2 C．該反應中每生成1 mol SiC轉(zhuǎn)移12 mol電子 D．該反應中的還原產(chǎn)物是SiC、氧化產(chǎn)物是CO，其物質(zhì)的量之比為1∶2 解析：反應產(chǎn)物SiC中Si、C的化合價分別為＋4、－4，所以SiO2既不是氧化劑，也不是還原劑；碳元素從0價轉(zhuǎn)變?yōu)椋?價(SiC)和＋2價(CO)，其中CO是氧化產(chǎn)物，SiC是還原產(chǎn)物，兩者的物質(zhì)的量之比

10、為2∶1；根據(jù)化學方程式，知該反應中每生成1 mol SiC，轉(zhuǎn)移4 mol電子。 答案：D 10．高純度晶硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場“革命”。它可以按下列方法制備： SiO2Si(粗)SiHCl3Si(純) 下列說法正確的是(　　) A．步驟①的化學方程式為SiO2＋CSi＋CO2↑ B．步驟①②③中生成或消耗1 mol Si，轉(zhuǎn)移2 mol電子 C．二氧化硅能與氫氟酸反應，而硅不能與氫氟酸反應 D．SiHCl3(沸點33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸點67.6 ℃)，可通過蒸餾提純SiHCl3 解析：①應生成CO，

11、A錯誤；②轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4 mol，B錯誤；Si也能與HF反應，C錯誤。 答案：D 11．某合金材料含鐵和硅，研磨后取等量的樣品分別投入足量的稀鹽酸和足量的稀NaOH溶液中，放出等量的H2，則該材料中鐵和硅的關(guān)系正確的是(　　) A．物質(zhì)的量之比為1∶1 B．物質(zhì)的量之比為1∶2 C．質(zhì)量之比為4∶1 D．質(zhì)量之比為2∶1 解析：合金材料(含鐵和硅)分別投入足量稀鹽酸、足量的稀NaOH溶液中，發(fā)生的反應為Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。由題意可知，等量的合金材料樣品分別與足量稀鹽酸、足量的稀NaOH溶液反應，放出等

12、量的H2，則有n(Fe)＝2n(Si)，即n(Fe)/n(Si)＝2∶1，從而可知m(Fe)/m(Si)＝(256)∶(128)＝4∶1。 答案：C 12．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程： 下列說法正確的是(　　) A．原材料稻殼灰價格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟價值 B．操作A與操作B完全相同 C．該流程中硅元素的化合價發(fā)生改變 D．反應器中發(fā)生的復分解反應為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 解析：A項，稻殼灰來源

13、廣泛價格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟價值，正確；B項，操作A為過濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，錯誤；C項，SiO2中，硅元素的化合價是＋4價，Na2SiO3中，硅元素的化合價是＋4價，所以該流程中硅元素的化合價沒有發(fā)生改變，錯誤；D項，由復分解反應的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不屬于復分解反應，錯誤。 答案：A 二、非選擇題 13．硅是帶來人類文明的重要元素之一，在從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。 (1)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應有：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑、SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅

14、的物質(zhì)的量之比為1∶1，則參加反應的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為________。 (2)工業(yè)上制取純硅和氮化硅的方法如下： 其中NH中各元素的化合價與NH3中的相同。請回答下列問題(各元素用相應的元素符號表示)： a．整個制備過程中必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出該反應的化學方程式________________________________________________________________________。 H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是____________________。

15、b．圖示①、⑤、⑥、⑦、⑧的變化中，屬于氧化還原反應的是____________________。 c．在反應⑧中，3 mol Si(NH2)4在高溫下分解可得1 mol氮化硅粉末和8 mol NH3，則氮化硅的化學式為________________。 (3)工業(yè)上還可以在二氧化碳氛圍中利用金屬鈉還原二氧化硅在較低的溫度下得到硅，同時生成一種鹽X。 寫出此種方法制備硅的化學反應方程式________________________________________。 (4)常溫下，SiCl4為液態(tài)，沸點為57.6 ℃，在空氣中產(chǎn)生白色煙霧。制備高純度硅的中間產(chǎn)物SiCl4中溶有液態(tài)雜質(zhì)

16、，若要得到高純度SiCl4，應采用的方法是________________________；用化學方程式及必要文字解釋SiCl4在空氣中產(chǎn)生白色煙霧的原因為________________________________________________________________________。 解析：本題以硅及其化合物為載體，考查元素化合物的知識，意在考查考生應用知識解決實際問題的能力。(1)根據(jù)反應SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑，生成1 mol Si需C為2 mol、SiO2為1 mol，生成1 mol SiC需C為3 mol、SiO2為1 mo

17、l，產(chǎn)品中Si與SiC的物質(zhì)的量之比為1∶1時，參加反應的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為5∶2。(2)a.化學方程式為SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。b.反應①是石英砂與焦炭發(fā)生氧化還原反應，反應⑤是硅單質(zhì)與Cl2反應，也是氧化還原反應。c.由質(zhì)量守恒可知3 mol Si(NH2)4在高溫下分解可得1 mol Si3N4和8 mol NH3。(3)在二氧化碳氛圍中通過利用金屬鈉來還原二氧化硅可在較低的溫度下得到硅，同時生成碳酸鈉，化學方程式為SiO2＋4Na＋2CO2===2Na2CO3＋Si。(4)由SiCl4的沸點低的性質(zhì)可以選擇蒸餾的方法純化，但因為SiCl4

18、能夠水解，所以必須選擇無水(無水蒸氣)的環(huán)境進行該操作；SiCl4在空氣中與水蒸氣反應生成H2SiO3和HCl，產(chǎn)生白色煙霧。 答案：(1)5∶2　(2)a.SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑　氧氣與氫氣混合，可能引起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3　b．①⑤　c．Si3N4　(3)SiO2＋4Na＋2CO2===2Na2CO3＋Si　(4)干燥條件下蒸餾　SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl↑，產(chǎn)生白色煙霧 14．如圖是一些常見元素的單質(zhì)或化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系(溶液中的水及部分反應物或生成物未標出)。A、E是空氣的兩種主要成分；反應①是在1 500

19、 ℃隔絕空氣的條件下發(fā)生的，其中生成物D是單質(zhì)。C是由兩種元素組成的新型材料，且和SiC具有相同的價電子數(shù)和原子數(shù)，J是一種能引起溫室效應的氣體，K是兩性化合物，反應③、④、⑤用于工業(yè)上生產(chǎn)H。 請回答下列問題： (1)A的電子式：________；I的化學式：________；H的化學式：________。 (2)寫出反應③的化學方程式：_______________________ _________________________________________________。 (3)寫出反應⑥的離子方程式(J少量)：______________________。寫出反應②

20、的離子方程式：__________________________。 (4)B和SiC的納米級復合粉末是新一代大規(guī)模集成電路理想的散熱材料，反應①是科學家研究開發(fā)制備該納米級復合材料的最新途徑。已知：B由Si及另外兩種元素組成，且Si與另外兩種元素的物質(zhì)的量之比均為1∶4。請寫出反應①的化學方程式：____________________。 解析：本題主要考查了碳、硅、鋁、氮及其化合物的性質(zhì)，意在考查考生通過運用相關(guān)化學知識，采用分析、綜合的方法，解決簡單化學問題的能力。根據(jù)已知信息可推測J為CO2，D為C(碳)，K為Al(OH)3，I為NaAlO2，F(xiàn)為NH3，E為O2，G為NO，H為H

21、NO3，A為N2，結(jié)合(4)中信息知B為Al4SiC4，故C為AlN。(2)反應③為NH3的催化氧化反應：4NH3＋5O24NO＋6H2O。(3)反應⑥為向NaAlO2溶液中通入CO2的反應，離子方程式為CO2＋2AlO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO；反應②為AlN在堿性溶液中的水解反應，離子方程式為AlN＋H2O＋OH－===AlO＋NH3↑。(4)反應①的化學方程式為Al4SiC4＋2N24AlN＋SiC＋3C。 答案：(1)N??N　NaAlO2　HNO3 (2)4NH3＋5O24NO＋6H2O (3)CO2＋2AlO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO AlN＋H

22、2O＋OH－===AlO＋NH3↑ (4)Al4SiC4＋2N24AlN＋SiC＋3C 15．某實驗小組設計了如圖裝置對焦炭還原二氧化硅的氣體產(chǎn)物的成分進行探究。 已知：PdCl2溶液可用于檢驗CO，反應的化學方程式為CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(產(chǎn)生黑色金屬鈀粉末，使溶液變渾濁)。 (1)實驗時要通入足夠長時間的N2，其原因是____________________________________________________________________________________________________________________

23、____________________________。 (2)裝置B的作用是______________________________ __________________________________________。 (3)裝置C、D中所盛試劑分別為________________________________________________________________________、________________，若裝置C、D中溶液均變渾濁，且經(jīng)檢測兩氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等，則該反應的化學方程式為 _________________________________

24、_______________________________________。 (4)該裝置的缺點是_____________________________________ ___________________________________。 (5)資料表明，上述反應在焦炭過量時會生成副產(chǎn)物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反應后收集到標準狀況下的氣體13.44 L，假定氣體產(chǎn)物只有CO，固體產(chǎn)物只有Si和SiC，則Si和SiC的物質(zhì)的量之比為________。 (6)設計實驗證明碳酸的酸性比硅酸的強：________________________________

25、________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)碳與二氧化硅反應要在高溫下進行，而高溫下碳與空氣中氧氣反應，所以實驗前要通入足夠長時間的N2將裝置中的空氣排盡。(2)根據(jù)裝置圖可知，B裝置作安全瓶，防止倒吸。(3)碳與二氧化硅反應可能生成CO也可能生成CO2，所以C裝置用來檢驗CO2，D裝置用來檢驗CO，所盛試劑分別為澄清石灰水、PdCl2溶液；若裝置C、D中溶液均變渾濁，說明既有CO2又有CO，由于兩

26、氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等，根據(jù)元素守恒可知化學方程式為3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si。(4)CO有毒，不能直接排放到空氣中，而該裝置缺少尾氣吸收裝置吸收未反應的CO。(5)n(SiO2)＝＝0.3 mol，n(C)＝＝0.7 mol，充分反應后收集到0.6 mol氣體，假定氣體產(chǎn)物只有CO，固體產(chǎn)物只有Si和SiC，則有： SiO2 ＋ 2C 2CO↑?。i 0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol Si　?。　　　SiC 1 1 1 0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol 故

27、Si和SiC的物質(zhì)的量之比為0.2 mol∶0.1 mol＝2∶1。 (6)驗證碳酸、硅酸的酸性強弱，將CO2氣體通入硅酸鈉溶液，發(fā)生反應CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，溶液變渾濁，說明酸性H2CO3>H2SiO3。 答案：(1)將裝置中的空氣排盡，避免空氣中的氧氣等對實驗產(chǎn)生干擾　(2)作安全瓶，防止倒吸 (3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si (4)缺少尾氣吸收裝置　(5)2∶1 (6)向硅酸鈉溶液中通入二氧化碳氣體，溶液變渾濁，證明碳酸酸性大于硅酸 16．三氯氫硅是制備多晶硅、單晶硅的重要原料。在加熱條

28、件下，粗硅與氯化氫氣體反應生成三氯氫硅，以下是實驗室制備三氯氫硅的裝置示意圖： 已知： 熔點(℃) 沸點(℃) 化學性質(zhì) SiHCl3 －126 33 遇水強烈水解 SiCl4 －70 58 遇水強烈水解 (1)儀器a的名稱是______________。 (2)裝置A中的試劑是________，其作用是__________________。 (3)裝置B中的玻璃管內(nèi)裝有粗硅，加熱時發(fā)生的主要反應的化學方程式為__________________________________________________ ____________________。

29、 (4)裝置C中冰水的作用是__________________ __________________，裝置D的干燥管中盛有堿石灰，其作用是______________________________________________。 (5)這種方法得到的SiHCl3中含有少量SiCl4，對SiHCl3進行提純的操作方法是____________________________________________ ____________________________________________________________________________________________

30、________。 解析：本題考查化學綜合實驗，意在考查考生對化學實驗基本方法和技能的掌握情況。(1)根據(jù)儀器a的結(jié)構(gòu)特點及在裝置圖中的位置可知，a為圓底燒瓶。(2)由表格中提供的信息可知，反應物中不能混有水分，故裝置A是干燥裝置，對HCl氣體進行干燥應選用濃硫酸。(3)Si與HCl在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應生成SiHCl3和H2。(4)生成物SiHCl3的沸點低，以氣體的形式逸出，故用冰水使之冷卻液化；堿石灰的作用：吸收尾氣和防止空氣中的水蒸氣進入。(5)SiHCl3和SiCl4的沸點不同，可以采用蒸餾法進行提純。 答案：(1)圓底燒瓶 (2)濃硫酸　干燥HCl (3)Si＋3HClSiHCl3＋H2 (4)冷卻生成物，使之液化　吸收未反應的HCl和空氣中的水蒸氣 (5)蒸餾 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375