溫馨提示：此套題為Word版，請按住Ctrl,滑動鼠標滾軸，調節合適的觀看比例，答案解析附后。關閉Word文檔返回原板塊。核心素養測評十四硅無機非金屬材料一、選擇題(本題包括6小題,每題4分,共24分)1.(2020·銅陵模擬)據報道,我國華為公司的技術標準成為世界“5G”通訊標準的重要組成部分。隨著“5G”時代的逐漸到來,以光導纖維為基礎的信息高速通道更顯重要。制造光導纖維的材料是 ()A.晶體硅 B.二氧化硅C.銅合金 D.不銹鋼【解析】選B。光導纖維,其主要成分是SiO2,具有良好的導光性,故B正確。2.(2020·大慶模擬)下列說法正確的是 ()A.因為HF與SiO2反應,故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標記B.下列轉化在一定條件下能夠實現:SiO2SiCl4Si2既能和NaOH溶液反應,又能和氫氟酸反應,所以是兩性氧化物和SiO2都用于制造光導纖維【解析】選A。HF與SiO2反應,SiO2+4HFSiF4↑+2H2O,故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標記,故A正確;SiO2只溶于HF,不溶于鹽酸,故B錯誤;HF與SiO2反應是HF的特性,SiO2與其他酸不反應,二氧化硅與氫氟酸反應生成產物為四氟化硅和水,所以二氧化硅不是兩性氧化物,故C錯誤;Si用于制造晶體管,SiO2用于制造光導纖維,故D錯誤。3.(2020·商洛模擬)2019年9月19日,我國在酒泉衛星發射中心采取“一箭五星”的方式成功將“珠海一號”03組衛星發射升空。有一種新型“連續纖維增韌A.耐高溫但不耐腐蝕B.比鋼鐵輕,但質地較脆C.有固定的熔點D.是一種新型無機非金屬材料【解析】選D。碳化硅、陶瓷和碳纖維具有耐高溫、抗氧化的性能,耐腐蝕,故A錯誤;“連續纖維增韌”航空材料,則說明該材料比鋼鐵輕、硬,具有良好的韌性,故B錯誤;該材料是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復合而成,屬于混合物,沒有固定的熔點,故C錯誤;該材料由無機物復合而成,為新型無機非金屬材料,故D正確。4.宋代五大名窯分別為鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“入窯一色,出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關于陶瓷的說法不正確的是()A.窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化B.氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料C.高品質的瓷器晶瑩剔透,屬于純凈物D.陶瓷屬于硅酸鹽材料,耐酸堿腐蝕,但是不能用來盛裝氫氟酸【解析】選C。不同的金屬氧化物顏色可能不同,在高溫下,釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化稱為窯變,故A正確;氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料,故B正確;瓷器主要是黏土燒結而成,瓷器中含有多種硅酸鹽和二氧化硅,是混合物,故C錯誤;HF能與二氧化硅反應,陶瓷的成分是硅酸鹽和二氧化硅,所以陶瓷不能用來盛裝氫氟酸,故D正確。5.(2020·廈門模擬)我國著名書畫家趙佶曾有詩句“雨過天晴云破處,千峰碧波翠色來”描述汝窯青瓷之美,青色主要來自添加的瑪瑙粉末。下列有關說法錯誤的是 ()A.青瓷的青色來自瑪瑙中的SiO2B.陶瓷是傳統的無機非金屬材料C.瓷器質量與原料礦物組成、升溫速度、煅燒時間等因素有關D.青瓷化學性質穩定,耐酸堿侵蝕【解析】選A。青瓷的青色主要是以瑪瑙粉末中的氧化鈷為著色劑,添加鉻、錳、銅等形成,二氧化硅為無色晶體,故A錯誤;陶瓷的傳統概念是指所有以黏土等無機非金屬礦物為原材料,經過高溫燒制而成的產品,故B正確;瓷器質量與原料礦物組成不同、升溫速度快慢、煅燒時間長短等因素有關,故C正確;青瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優點,故D正確。6.科學家最近用金屬鈉還原CCl4和SiCl4制得一種一維SiC納米棒,相關反應的化學方程式為8Na+CCl4+SiCl4SiC+8NaCl。下列說法不正確的是 ()和SiO2中Si元素的化合價相同B.上述反應中SiC既是氧化產物又是還原產物2制備單質Si、單質Si制備SiCl4均涉及氧化還原反應D.一維SiC納米棒比表面積大,對微小粒子有較強的吸附能力【解析】選B。SiC和SiO2中Si元素的化合價均為+4,A項正確;SiC是還原產物,NaCl是氧化產物,B項錯誤;SiO2制備單質Si需加入還原劑,單質Si制備SiCl4需加入氧化劑,C項正確;一維粒子上下表面均能與其他物質接觸,比表面積大,對微小粒子有較強的吸附能力,D項正確。二、非選擇題(本題包括2小題,共26分)7.(12分)晶體硅是一種重要的非金屬材料,制備純硅的主要步驟如下:①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅;②粗硅與干燥的HCl氣體反應制得SiHCl3,Si(粗)+3HClSiHCl3+H2;③經純化的SiHCl3與過量H2在1100～1200℃下反應制得純硅。已知SiHCl3能與H2O劇烈反應,在空氣中易自燃。請回答下列問題(1)第①步制備粗硅時1molC完全反應轉移的電子數為________(設NA為阿伏加德羅常數的值)。

(2)粗硅與HCl反應完全后,經冷凝得到的SiHCl3(沸點為℃)中含有少量SiCl4(沸點為℃)和HCl(沸點為℃),提純SiHCl3的方法為(3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去):①裝置B中的試劑是________。裝置C中的燒瓶需要加熱,其采用的方法是______________。

②反應一段時間后,裝置D中觀察到的現象是________,裝置D中發生反應的化學方程式為_______________________________。

③為保證制備純硅實驗的成功,操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性,控制好反應溫度以及_____________________________。

【解析】(1)第①步反應為2C+SiO2Si+2CO↑,故1molC完全反應轉移2mol電子。(2)由題給條件知,可以采用蒸餾的方法。(3)A為制取氫氣的裝置,B為干燥氫氣的裝置。SiHCl3在常溫下為液態,裝置C用水浴加熱可以使其汽化,保證它和氫氣充分接觸并進入裝置D中,在較高溫度下反應得到單質硅。SiHCl3在空氣中易自燃,故制備純硅之前需要排盡裝置中的空氣。答案:(1)2NA(2)蒸餾(3)①濃硫酸水浴加熱②有固體物質生成SiHCl3+H2Si(純)+3HCl③排盡裝置中的空氣8.(14分)硅是帶來人類文明的重要元素之一,從傳統材料到信息材料的發展過程中創造了一個又一個奇跡。(1)新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學性質穩定。工業上可以采用化學氣相沉積法,在H2的保護下,使SiCl4與N2反應生成Si3N4沉積在石墨表面,寫出該反應的化學方程式:_____________________________________。

(2)一種工業用硅(含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物),已知硅的熔點是1420℃,①凈化N2和H2時,銅屑的作用是_____________________________________,

硅膠的作用是___________________________________________________。

②在氮化爐中發生反應3SiO2(s)+2N2(g)Si3N4(s)+3O2(g)ΔH=kJ·mol1,開始時,嚴格控制氮氣的流速以控制溫度的原因是_____________________________________;

體系中要通入適量的氫氣是為了__________。

③X可能是____(填“鹽酸”“硝酸”“硫酸”或“氫氟酸”)。

(3)工業上可以通過如圖所示的流程制取純硅:假設每一輪次制備1mol純硅,且生產過程中硅元素沒有損失,反應Ⅰ中HCl的利用率為90%,反應Ⅱ中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產中,補充投入HCl和H2的物質的量之比是__________。

【解析】(1)根據原子個數守恒可寫出化學方程式3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl。(2)①由于氧氣和水蒸氣都能腐蝕氮化硅,而氮氣和氫氣中含有水蒸氣和氧氣,所以銅屑的作用是除去氧氣,硅膠的作用是除去水蒸氣。②因為該反應是放熱反應,如果溫度過高,局部過熱,會導致硅熔化成團,阻礙與N2的接觸;通入氫氣能將體系中的氧氣轉化為水蒸氣,而易被除去。③由于工業用硅中含有銅的氧化物,在反應中氧化銅能被還原生成銅,因此要除去銅應該選擇硝酸,鹽酸和硫酸不能溶解銅,氫氟酸能腐蝕氮化硅。(3)反應生成1mol純硅需補充HCl(390%3)mol,需補充H2(193.75%1)mol,補充HCl與答案:(1)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl(2)①除去原料氣中的氧氣除去生成的水蒸氣②該反應是放熱反應,防止局部過熱,導致硅熔化成團,阻礙與N2的接觸將體系中的氧氣轉化為水蒸氣,而易被除去(或將整個體系中空氣排盡)③硝酸(3)5∶1一、選擇題(本題包括4小題,每題6分,共24分)1.近年來,有科學家提出硅是“21世紀的能源”“未來的石油”的觀點。下列有關硅及其化合物的描述正確的是 ()A.硅單質常用于制備半導體和光導纖維B.硅單質常溫下性質穩定,自然界中硅元素主要以游離態的形式存在C.二氧化硅既能與NaOH溶液反應,又能與氫氟酸反應,是兩性氧化物D.普通玻璃、水泥和陶瓷均為傳統無機非金屬材料【解析】選D。硅單質可用于制備半導體,但不用于制備光導纖維,A項錯誤。硅元素在自然界主要以二氧化硅、硅酸鹽、多硅酸鹽的形式存在,B項錯誤。二氧化硅與氫氟酸反應生成SiF4氣體(不屬于鹽)和H2O,二氧化硅與NaOH溶液反應生成Na2SiO3和水,故屬于酸性氧化物,C項錯誤。普通玻璃、水泥、陶瓷屬于傳統無機非金屬材料,D項正確。2.下列有關說法正確的是 ()A.生活中常見的陶瓷、水泥、石英玻璃的主要成分都是硅酸鹽B.干冰只能用于人工降雨C.用二氧化碳生產肥料可以緩解溫室效應D.二氧化硅制成的玻璃纖維,因導電能力強而用于制造通信光纜【解析】選C。A項,石英玻璃的主要成分為SiO2,不是硅酸鹽,錯誤;B項,干冰升華會吸收熱量,可作制冷劑,也可用于人工降雨,錯誤;D項,二氧化硅具有很強的導光能力從而用于制造通信光纜,錯誤。2是一種化工原料,可以制備一系列物質。下列說法正確的是 ()A.圖中所有反應都不屬于氧化還原反應B.硅酸鹽的化學性質穩定,常用于制作光導纖維C.可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英制成的,其熔點很高【解析】選C。圖中SiO2與CaO、CaCO3、Na2CO3的反應不屬于氧化還原反應,SiO2與C、Si與Cl2、SiCl4與H2的反應屬于氧化還原反應,A錯誤;光導纖維的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽,B錯誤;玻璃沒有固定的熔點,D錯誤。4.(2020·聊城模擬)青石棉(crocidolite)是一種致癌物質,是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一,其化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液處理時,還原產物只有NO,下列說法不正確的是 ()A.青石棉是一種硅酸鹽產品B.青石棉中含有一定量的石英晶體C.青石棉的化學組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2Omol青石棉能使1molHNO3被還原【解析】選B。硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結合而成的化合物的總稱,故青石棉是一種硅酸鹽產品;青石棉是一種純凈物,不可能含有一定量的石英晶體;1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反應時,失去3mol電子,而還原產物只有NO,故能使1molHNO3被還原。二、非選擇題(本題包括2小題,共26分)5.(12分)石墨在材料領域中有重要應用。某初級石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質。設計的提純和綜合應用流程如下:(注:SiCl4的沸點是℃,金屬氯化物的沸點均高于150已知1mol石墨完全轉化為金剛石需要吸收kJ的能量。請寫出石墨轉化為金剛石的熱化學方程式:______________________________。

(1)向反應器中通入Cl2前,需通一段時間的N2。高溫反應后,石墨中的氧化物雜質均轉變為相應的氯化物。80℃冷凝的目的是_______________________由活性炭得到氣體Ⅱ的化學方程式為

______________________________。

(2)加入過量NaOH溶液得到溶液Ⅳ的離子方程式為_______________________。

(3)得到沉淀Ⅴ的過程中乙酸乙酯和加熱的作用是_______________________。

1kg初級石墨最多可獲得沉淀Ⅴ的質量為__________kg【解析】根據題意,1mol石墨完全轉化為金剛石需要吸收kJ的能量,反應為吸熱反應,ΔH>0,所以熱化學方程式為C(s,石墨)C(s,金剛石)ΔHkJ·mol1。(1)因為初級石墨中含有Al2O3、Fe2O3和MgO等,通入Cl2后生成金屬氯化物,所以80℃冷凝的目的是將MgCl2、FeCl3、AlCl3等金屬氯化物冷凝為固體,從而與SiCl4分開,提高產物的純度;活性炭和Cl2及SiO2反應生成CO氣體和SiCl4,化學方程式為2C+SiO2+2Cl2SiCl4+2CO。(2)固體Ⅲ中含有MgCl2、FeCl3和AlCl3,當加入過量的NaOH溶液時,Mg2+和Fe3+分別與NaOH溶液反應生成Mg(OH)2和Fe(OH)3沉淀,Al3+與過量OH反應生成[Al(OH)4],過濾后得到的溶液Ⅳ中溶質為Na[Al(OH)4],則離子方程式為Al3++4OH[Al(OH)4]。(3)因為溶液Ⅳ中含有[Al(OH)4],水解生成Al(OH)3,溶液顯堿性,乙酸乙酯會消耗OH促進[Al(OH)4]繼續水解,另外通過加熱也會促進[Al(OH)4]水解,加快反應的速率;沉淀Ⅴ為Al(OH)3,1kg初級石墨中含Al2O3的質量為51g,物質的量為0.5mol,含有的Al為1mol,所以沉淀Ⅴ為1mol的Al(OH)3,質量為0.078kg。答案:C(s,石墨)C(s,金剛石)ΔH=+1.9kJ·mol1(1)將MgCl2、FeCl3、AlCl3等金屬氯化物冷凝為固體,從而與SiCl4分開2C+SiO2+2Cl2SiCl4+2CO(2)Al3++4OH[Al(OH)4](3)溶液Ⅳ中Na[Al(OH)4]水解顯堿性,乙酸乙酯消耗Na[Al(OH)4]水解生成的OH,促進Na[Al(OH)46.(14分)(2020·南昌模擬)二氯二氫硅(SiH2Cl2)常用于外延法工藝中重要的硅源。易燃、有毒,與水接觸易水解,沸點為℃。在銅催化作用下,HCl與硅在250～260℃反應可以制得SiH2Cl(1)以濃硫酸、濃鹽酸為原料,選用A裝置制取HCl,利用了濃硫酸的__________性。

(2)D裝置中生成二氯二氫硅的化學方程式為

______________________。

(3)按照氣體從左到右的方向制取SiH2Cl2的裝置(h處用止水夾夾好)連接次序為a→()→(