碳硅及无机非金属材料（练）-高考化学一轮复习

第11讲碳、硅及无机非金属材料

第一部分：高考真题感悟

I.正误判断，正确的打“也错误的打“X”

⑴河姆渡出土陶灶，属于陶器，兽首玛瑙杯主要成分为二氧化硅（2021・广东，1BC）（yl）

（2）利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，是利用了氢氟酸可与SiCh反应（2021・广东，4C）（T）

⑶硅酸钠是一种难溶于水的硅酸盐（2021.浙江6月选考，9A）（x）

（4）SiO2可用来制造光导纤维（2020■浙江7月选考，9B）（4）

（5）向NazSiCh溶液中滴加稀盐酸：Na2SiO3+2H+==H2SiO31+2Na+（2019.江苏，7D）（x）

⑹高纯硅可用于制作光感电池（2019•全国卷IU,7A）（Y）

2.（2020•浙江7月选考，24）Ca3SiOs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+4NH4Cl=^=CaSiO3+2CaC12+4NH5t+2H2O

B.具有吸水性，需要密封保存

C.能与SO?反应生成新盐

D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiOz

【答案】D

【解析】CasSiOs可看作CaSiCh・2CaO,它与NH4cl固体混合加热,反应生成CaSiCh、CaCl2>NH3和H2O,

A正确；CasSiOs能够吸水，故需要密封保存，B正确；由于H2SO3的酸性强于HzSiOs，CasSiOs与SO2反

应可生成CaSCh，C正确：CasSiOs与足量盐酸作用，析出HzSiO.a沉淀，故所得固体产物主要是H2SQ3,D

错误。

3.12019•全国卷I,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

【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。

4.（2017.全国卷II,26）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。实验室冽定水泥样品中钙含量:的过程如图所示：

回答下列问题：

⑴在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化钱为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是

,还可以使用代替硝酸。

⑵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、(填化学式)。

(4)草酸钙沉淀经稀H2sOj处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定

，2+

反应为：MnO；+H+H2C2O4—>Mn+CO24-H2Oo实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500

mol-L-1的KMnOj溶液36.00mL,则该水泥样品中钙的质量分数为。

3+

【答案】(1)将样品中可能存在的Fe?+氧化为FeH2O2(2)SiO2(^H2SiO3)SiO2+4HF=SiF4+

2HQ(或H2SiO3+4HF=SiF#+3H2O)(3)防止胶体生成，易于沉淀分离A1(OH)3Fe(OH)3(4)45.0%

【解析】(1)水泥样品中含有铁的氧化物。加入盐酸后的溶液中可能含有Fe3+、Fe2+,Fe?+在pH为4〜5时

不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,故加入硝酸的目的是将样品中可能存在的

Fe?+氧化为Fe3+；双氧水是一种强氧化剂，可将Fe?*氧化为F/+,本身被还原为水，不会引入新的杂质离

子，故可用双氧水代替硝酸。

(2)钙、铁、铝和镁等金属的氧化物都能溶于盐酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不与盐酸、硝酸反应，故沉

淀A的主要成分为SiO2；二氧化硅可与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，该反应的化学方程式为SiO2+

4HF=SiF4t+2H2Oo

(3)Fe3,和A|3+在pH为4〜5时可水解生成氢氧化铁、氢氧化铝，水解过程中会生成氢氧化铁胶体和氢氧化

铝股体，不利于分禽出沉淀，加热可使胶体聚沉，自利于分高山沉淀，所以加热可防止肢体的生成，易于

沉淀分离，故沉淀B的主要成分为A1(OH)3、Fe(()H)3o

2+

(4)根据化合价升降法、电荷守恒和质量守恒配平可得：2MnO4+6H+5H2C2O4=2Mn+IOCO2T+8H2O,

设含钙的物质的量为xmol,由反应方程式和钙元素守恒可得关系式：

5Ca2+〜5H2c2O4〜2MnO；

5mol2mol

xmol0.0500moIL-,x36.00xl0-3L

解得x=4.5xl0-3,则0.400g水泥样品中钙元素的质量为4.5xl(T3moix40g.mo「=0』80g,故该水泥样品

中钙的质量分数磷黑%100%=45.0%.

第二部分：最新模拟精练

完卷时间：50分钟

一、选择题(每小题只有一个正确选项，共12*5分)

A.传统陶瓷主要成分是硅酸盐B.A1N是分子晶体

C.N?发生氧化反应D.反应为复分解反应

【答案】A

2.（2022・江苏•模拟预测）我国拟定于2022年底发射“爱因斯坦”探针卫星，首次填补时域天又观测和高能

天体物理研究的国际空白。X射线主探器单体结构如图，下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是

镀窗

石英玻璃

光电倍增管

光电倍增管减震套

及磁屏蔽罩

A.金属钺有延展性，可作主探器的射线窗

B.石英对光线全反射，可作光导材料

C.SiCh属于原子晶体，可作耐高温材料

D.Nai、CsI遇光易分解，作为闪烁体

【答案】D

【解析】A.被窗利用了钺的延展性，将被做成被片，A不选；B.石英对光线全反射，传导光的能力非常

强，可作光导材料，B不选；C.SiCh属于原子晶体，熔点很高，可作耐高温材料，C不选；D.NahCsI

能作为闪烁体的原因是：吸收高能粒子，闪烁体中的电子被激发跃迁后又回到基态，释放光能而发光，不

涉及化学变化，即不涉及Nai、CsI的分解，D选：答案选D。

【答案】D

【解析】A.SiCh属于原子晶体，A正确；B.SiO2难溶于水，在熔融状态下也不能导电，属于非电解质，

BE确；C.SiCh属尸酸性氧化物，能和强碱反应生成硅酸盐和水，C正确；D.SiCh晶体中只含有SiO键,

不含Si=O键，D错误；故选D。

4.（2022.江苏.模拟预测）“十四五”工作报告强调，中国将加速建设新能源供给消纳体系。硅基能源逐步取

代碳基能源的革命，必须举全国之力破解芯片技术受制于人的困局。以下说法不正确的是

A.碳基能源主要指煤、石油、天然气，我国的煤炭资源禀赋优于石油

B.硅在地壳中的含量仅次于氧，从沙滩到用户，硅发生了还原反应

C.半导体工艺中一般需要在晶硅中掺杂第IIIA族与第VA族元素

D.半导体工艺中用刻蚀剂电子级氟化氢可加压保存在玻璃罐体中

7.(2022・上海・三模)由于石墨烯独特的结构，在石墨烯薄膜上施加较低的电压(110V)即可产生较高的热量,

平昌冬奥会“北京8分钟''主创团队用石墨烯制作了20C能发热5的智能服饰，向世界展现了新时代的中国

形象，下列说法中错误的是

A.石墨烯是能导热的金属材料

B.石墨烯属于单质

C.石墨烯能导电

D.在石墨烯薄膜上施加电压，使电能转化为热能

【答案】A

【解析】A.石墨烯属于碳单质，是能够导热的非金属材料，A错误；B.石墨烯是碳的单质，B正确；C.石

墨烯属于碳单质，碳单质具有良好的导电性，可以导电，C正确；D.根据题干信息可知，在石墨烯薄膜上

施加较低的电压(U0V)即可产生较高的热量，使电能转化为热能，D正确；答案选A。

8.(2022・山东师范大学附中模拟预测)部分含碳物质的分类与相应碳元素的化合价关系如图所示。下列说

法错误的是

A.固态p可做制冷剂用于人工降雨

B.p转化为「可通过化合反应来实现

C.m转化为n或。的反应均释放能量

D.n的一种同素异形体中既存在共价键也存在范德华力

【答案】C

【解析】依据价类二维图可知：m为甲烷、n为碳单质、。为CO、p为CO?、1"为碳酸盐。A.p为二氧化

碳，可做制冷剂用于人工降雨，A项正确；B.二氧化碳与氧化钙反应生成盐碳酸钙，是化合反应实现，B

项正确；C.甲烷转化为二氧化碳是放热反应，C项错误；D.碳有多种同素异形体，如金刚石、石墨等，

石墨既存在共价键也存在范德华力，D项正确；答案选C。

D.通常所说的“从沙滩到用户”，这句话涉及工业上制备粗硅的工艺

【答案】A

A.Si在自然界以游离态存在B.Si和SiC具有优良的导电性

【答案】D

【解析】A.硅在自然界中以化合态存在，而不是游离态形式存，故A错误；B.Si和SiC属干半导体，导

电能力弱，故B错误；C.SiCh能与氢氟酸发生反应，而不是不与任何酸反应，故C错误；D.碳酸的酸性

比硅酸强，则Na2SiO3溶液可与CO2反应生成HzSiCh,故D1E确；故选：D。

11.（2022・广东•模拟预测）寿山石是中国传统四大印章石之一，含叶蜡石、高岭石等黏土矿物。下列说法

错误的是

A.寿山石的硬度与金刚石相当B.叶蜡石、高岭石的主要成分属于硅酸盐

C.寿山石的红色条纹与Fe2O3含量有关D.寿山石印章要避免与强酸、强碱接触

【答案】A

【解析】A.已知寿山石是中国传统四大印章石之一，雕刻印章时通常用钢刀或金刚石进行，故寿山石的硬

度比金刚石小，A错误；

B.黏土属于硅酸盐，故叶蜡石、高岭石的主要成分属于硅酸盐，B正确；C.FezQ，是一种红棕色粉末，故

寿山石的红色条纹与FezCh含量有关，C正确：D.寿山石中含有铝硅酸盐，既能与强酸又能与强碱反应，

故寿山石印章要避免与强酸、强碱接触，D正确；故答案为：Ao

12.（2022•天津市咸水沽第一中学模拟预测）第24届冬奥会于2022年2月4日在北京开幕，“科技冬奥”

理念，体现在方方面面。下列说法不正确的是

A.滑雪板板心木质材料的主要成分为纤维素，属于天然有机高分子

B.开幕式专用演出服为石墨烯智能发热材料，属于新型有机非金属材料

C.首钢滑雪大跳台的钢结构赛道为铁合金，属于金属材料

D.“天机芯”是全球首款异构融合类脑计算芯片，其主要成分是高纯硅

【答案】B

【解析】A.木质材料的主要成分为纤维素、纤维素属于天然有机高分子化合物，A正确；B.石墨烯是碳

单质的一种形式，属于无机非金属材料，B错误；C.钢是铁碳合金，属于金属材料，C正确；D.计算机

芯片的主要成分是硅，D正确；故答案选B。

二、主观题（共3小题，共40分）

13.（2022.全国•高三专题练习）（14分）研究CO?在海洋中的转移和归缩，是当今海洋科学研究的前沿领域。

⑴溶于海水的CO?主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3占95%。写出CO?溶于•水产生HCO]的方程式:

（2）在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。

钙化作用

(CH;O),

①写出钙化作用的离子方程式：O

②同位素示踪法证实光合作用释放出的02只来自比0。用蜴0标记物质的光合作用的化学方程式如下，将

其补充完整：

8

+就（CH2O）X+.PO2+XH2O

（3）海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可

采用如下方法：

①气提、吸收CO?。用N?从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收（装置示意图如下）。将虚线框中的装置

补充完整并标出所用试剂。

②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCCh，再用xmol.—HCl溶液滴定，消耗.ymLHQ溶液。海水

中溶解无机碳的浓度=moIL-'。

【答案】（每空2分）（DCOz+HzO^^H2co3、H2co3^^H++HCO]

（2）①2HCO[+Ca2=CaCO31+CO2t+H2O

②VO22AHJ8O

溶液

：ml.海水〈未酸化）

【解析】（1）CO2溶于水产生HCO；的方程式为COz+HzO^^H2c03、H2co3=^=^H'+HC0，

（2）①根据题图找出钙化作用的反应物和生成物，可知发生反应的离子方程式为Ca2*+2HCO3=CaCO4+

COzf+HzOo②根据题图中光合作用及元素守恒可配平，注意次0的标记。

（3）①酸化海水不能用挥发性的酸，因为要用NaOH溶液吸收82,故选用H2s溶液酸化。②NaHCO.，〜

HCL海水中溶解无机碳的浓度为1迦喘锻‘二=”|]]01.171。

14.（12分）（2022.全国•高三专题练习）硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发

展过程中创造了一个又一个奇迹。

⑴新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在此的保护下，

使SiCL与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：。

（2）一种工业用硅（含少量钾、钠、铁、铜的氧化物），已知硅的熔点是1420℃,高温下氧气及水蒸气能明

显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：

①净化N2和H2时，铜屑的作用是,

硅胶的作用是o

②在氮化炉中发生反应3SiCh（s）+2N2（g）=Si3NMs）+3O2（g）AW=-727.5kJ-moF1,开始时，严格控制氮

气的流速以控制温度的原因是；

体系中要通入适量的氢气是为了。

③X可能是________（填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸

【答案】（每空2分）（l）3SiC14+2N2+6H2=Si3N4+l2HCl

（2）①除去原料气中的氧气除去生成的水蒸气

②该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化成闭，阻碍与N2的接触将体系中的氧气转化为水蒸气,

而易被除去（或将整个体系中空气排尽）

③稍酸

【解析】（1）根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiC14+2N2+6H2==Si3N4+l2HCI.（2）①由于氧气和水蒸

气都能腐蚀氮化硅，而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气，所以铜屑的作用是除去氧气，硅胶的作用是除去

水蒸气。②因为该反应是放热反应，如果温度过高，局部过热，会导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；通

入氢气能将体系中的氯气转化为水蒸气，而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化

铜能被还原生成铜，因此要除去铜应该选择硝酸，盐酸和硫酸不能溶解铜，