第3章 第5节 无机非金属材料-【创新教程】2025年高考化学总复习大一轮课时作业word（鲁科多选版）

课时冲关十二　无机非金属材料 一、选择题：每题只有一个选项符合题意 1．(2024·南宁市武鸣区高三开学考)中华民族文明源远流长，众多珍贵文物折射出五千年璀璨文明。下列文物的主要成分属于无机非金属材料的是(　　) 文物 选项 A.西汉素纱禅衣 B.清紫檀雕花宝座 C.五羊方尊 D.青玉交龙钮玉玺 解析：D　[A.西汉素纱禅衣主要成分为蛋白质，属于天然有机高分子材料，A不符合题意；B.清紫檀雕花宝座主要成分为纤维素，属于天然有机高分子材料，B不符合题意；C.五羊方尊主要成分为合金，属于金属材料，C不符合题意；D.青玉交龙钮玉玺由玉雕刻而成，玉的主要成分是硅酸盐，属于无机非金属材料，D符合题意。] 2．(2021·全国乙卷)我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是(　　) A．将重质油裂解为轻质油作为燃料 B．大规模开采可燃冰作为新能源 C．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染 D．研发催化剂将CO2还原为甲醇 解析：D　[A项，将重质油裂解为轻质油并不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，故A不符合题意； B项，大规模开采可燃冰作为新能源，会增大二氧化碳的排放量，不符合碳中和的要求，故B不符合题意；C项，通过清洁煤技术减少煤燃烧污染，不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，故C不符合题意；D项，研发催化剂将二氧化碳还原为甲醇，可以减少二氧化碳的排放量，达到碳中和的目的，故D符合题意。] 3．下列有关碳和碳的化合物的说法中，错误的是(　　) A．金刚石和石墨物理性质不同，是因为它们的碳原子排列方式不同 B．一氧化碳、二氧化碳、葡萄糖都属于有机物 C．木炭、一氧化碳在一定条件下都能与氧化铜反应 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 解析：B　[石墨中存在层状结构，金刚石是空间网状结构，所以它们的碳原子排列方式不同，物理性质不同，故A正确；一氧化碳、二氧化碳是碳的氧化物不属于有机化合物，葡萄糖属于有机化合物，故B错误；C、CO具有还原性，CuO具有氧化性，在加热条件下，木炭、一氧化碳都能与氧化铜发生反应，故C正确；绿色植物的光合作用是把二氧化碳和水转化为储存能量的有机物，并释放出氧气，所以大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用，故D正确。] 4．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种短周期主族元素R，它们能发生如图所示的转化关系，已知A、B、D、E四种物质均难溶于水，单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气。下列说法正确的是(　　) A．反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1 B．化合物A既能溶于NaOH溶液，又能溶于HF C．反应④的离子方程式为2R＋2OH－＋2H2O===2RO＋3H2↑ D．化合物C的溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应 解析：B　[反应①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，由方程式可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，A项错误；SiO2既能与NaOH溶液反应，又能溶于HF，B项正确；反应④的离子方程式为Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑，C项错误；反应①产生的气体是CO，Na2SiO3溶液与CO不反应，D项错误。] 5．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　) ①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素　②水泥、玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维　④普通玻璃是氧化物，成分可表示为SiO2　⑤粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 A．①②　　　　　 B．①②③ C．①②③④ D．②③④⑤ 解析：A　[硅元素在自然界以化合态存在，是构成一些岩石和矿物的基本元素，①正确；水泥、玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品，②正确；光导纤维的成分是SiO2，高纯度的硅单质广泛用于制作光能电池以及半导体等，③错误；玻璃是混合物，④错误；粗硅制备单晶硅的反应是Si＋2Cl2SiCl4、SiCl4＋2H2Si＋4HCl，过程中涉及氧化还原反应，⑤错误。] 6．水泥主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示： 以下判断不正确的是(　　) A．沉淀A的主要成分是SiO2 B．沉淀B的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3 C．KMnO4法测定的离子方程式为2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O D．草酸钙沉淀生成后必须过滤、洗涤，附在沉淀上的草酸铵溶液会导致测定结果偏低 解析：D　[水泥的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝等金属的氧化物，加入氯化铵、盐酸和硝酸，由于二氧化硅与酸不反应，则得到的沉淀A为SiO2，滤液中含有Ca2＋、Fe3＋、Al3＋等离子，加入氨水调节pH为4～5，可生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，加热的目的是防止生成胶体而难以分离，滤液主要含有Ca2＋，加入草酸铵可生成草酸钙沉淀，加入硫酸用高锰酸钾滴定，草酸钙沉淀上有草酸铵溶液，会导致测定结果偏高。] 7．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，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产品 B．青石棉能完全溶解在NaOH溶液中 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：B　[青石棉是一种硅酸盐产品，A项正确；从青石棉的组成上看，铁的氧化物不能与NaOH溶液反应，所以青石棉不能完全溶解在NaOH溶液中，B项错误；青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，C项正确；1 mol青石棉与足量硝酸反应时，3 mol Fe2＋→Fe3＋，失去3 mol电子，还原产物只有NO，故1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原，D项正确。] 8．下列离子方程式中书写正确的是(　　) A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3↓ B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO C．二氧化硅与氢氟酸反应：SiO2＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2O D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 解析：D　[离子方程式为SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO，A项错误；CO2过量，离子方程式为CO2＋OH－===HCO，B项错误；HF是弱酸，应写分子式，C项错误；SiO2溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O，D项正确。] 二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意 9．二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(各种转化见图)。下列说法正确的是(　　) A.SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B．SiO2和Si都是光导纤维材料 C．硅胶吸水后可重复再生 D．图中所示转化反应都是非氧化还原反应 解析：C　[A.两性氧化物的定义为与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，所以SiO2不是两性氧化物，SiO2属于酸性氧化物，A错误；B.SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B错误；C.硅胶表面积大，吸附力强，硅胶吸附水分后，可通过热脱附方式将水分除去而重复使用，C正确；D.图中二氧化硅与氢氟酸、氢氧化钠、碳酸钠的反应，硅酸钠与盐酸的反应，硅酸的分解，硅酸的生成，元素的化合价都没有发生变化，是非氧化还原反应，而Si与Cl2反应产生SiCl4的反应及SiCl4与H2反应产生Si单质的反应属于氧化还原反应，因此反应不全是非氧化还原反应，D错误。] 10．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　) 选项 操作及现象 溶液 A 通入CO2，溶液变浑浊 饱和Na2CO3溶液 B 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO )2溶液 D 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 澄清石灰水 解析：B　[A项，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，因而会析出NaHCO3晶体，正确；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失，错误；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色，正确；D项，首先CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊，正确。] 11．向某碳酸钠溶液中逐滴加1 mol·L－1的盐酸，测得溶液中Cl－、HCO的物质的量随加入盐酸体积的关系如图所示，其中n2∶n1＝3∶2，则下列说法中正确的是(　　) A．Oa段反应的离子方程式与ab段反应的离子方程式相同 B．该碳酸钠溶液中含有0.5 mol Na2CO3 C．b点的数值为0.6 D．b点时生成CO2的物质的量为0.3 mol 解析：BC　[结合图像知Oa段反应为CO＋H＋===HCO，a点后：HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，A项错误；由加入a L盐酸时生成HCO为0.5 mol，则n(HCl)＝0.5 mol可知，n(Na2CO3)＝0.5 mol，B项正确；由n2∶n1＝3∶2，可推知n2＝0.6 mol，n1＝0.4 mol，C项正确；b点产生n(CO2)＝0.1 mol，D项错误。] 12．用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是(　　) 选项 实验目的 试剂a 试剂b 试剂c 装置 A 验证非金属性： S>C>Si 稀硫酸 Na2CO3 Na2SiO3溶液 B 制备纯净的NO 浓硝酸 Fe 水 C 检验溶液X中 含有CO 盐酸 溶液X 澄清石灰水 D 除去Na2SO4 中的Na2SO3 氯水 混合物 NaOH溶液 解析：A　[H2SO4和Na2CO3反应制得CO2，CO2和Na2SiO3溶液反应生成H2SiO3，证明酸性：H2SO4>H2CO3>H2SiO3，则非金属性：S>C>Si，A项正确；常温下，Fe遇浓硝酸钝化，B项错误；溶液X中可能含有HCO、HSO、SO，C项错误；氯水将Na2SO3氧化为Na2SO4，引入杂质Cl－，D项错误。] 三、非选择题 13．(2023·山东卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为－126.5℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题： (1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为________；判断制备反应结束的实验现象是__________________。图示装置存在的两处缺陷是________________________。 (2)已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为________________。 (3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。 m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①________，②________(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2 g，从下列仪器中选出①，②中需使用的仪器，依次为________(填标号)。测得样品纯度为________(用含m1，m2的代数式表示)。 解析：三氯甲硅烷的制备实验。(1)利用Si和HCl(气体)的反应制备SiHCl3，实验前要检查装置气密性，故操作(ⅰ)为检查装置气密性。制备反应结束时，Si完全反应，SiHCl3(常温下为无色液体)不再增加，则实验现象是管式炉中固体消失、烧瓶中无液体滴下。装置中冷凝管的作用是冷凝SiHCl3，球形冷凝管中会有较多SiHCl3残留，应该选择直形冷凝管，SiHCl3容易水解，D中水蒸气容易进入C中，C和D之间应增加吸收水蒸气的装置。(2)已知电负性Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H均为－1价，Si为＋4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平反应的化学方程式为SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。(3)由后续操作可知，SiHCl3水解得到的硅酸水合物要先在坩埚中灼烧(得到SiO2)，然后在干燥器中冷却干燥SiO2，使用的仪器分别为A、C。根据原子守恒可得关系式SiHCl3～SiO2，则m1 g样品中SiHCl3的质量为m2 g×，故样品纯度为m2 g×÷m1 g×100%＝×100%。 答案：(1)检查装置气密性　管式炉中固体消失、烧瓶中无液体滴下　使用球形冷凝管冷凝SiHCl3，C和D之间缺少吸水装置 (2)SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O (3)灼烧　冷却干燥　A、C　×100% 14．碳及其化合物在生产、生活中有广泛的用途。 Ⅰ.金刚砂SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。 (1)碳与同周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物R为非极性分子，则Q元素在周期表中的位置为________，R的电子式为________； (2)一定条件下，Na还原CCl4可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收CCl4的实验操作名称为________，除去粗产品中少量钠的试剂为________； (3)碳还原制取SiC，其粗产品中杂质为Si和SiO2。先将20.0 g SiC粗产品加入到过量NaOH溶液中充分反应，收集到0.1 mol氢气，过滤SiC固体11.4 g，滤液稀释到1 L。Si与NaOH溶液反应的离子方程式为________________________，硅酸盐的物质的量浓度为________。 Ⅱ.工业上向氨化的CaSO4悬浊液中通入适量CO2，可制取(NH4)2SO4，其流程如图所示。已知CaSO4的Ksp＝9.1×10－4，CaCO3的Ksp＝2.8×10－4。请回答： (1)向甲中通入过量CO2________(填“有”或“不”)利于CaCO3和(NH4)2SO4的生成，原因是________________________________________________________________________。 (2)直接蒸干滤液得到的(NH4)2SO4主要含有的杂质是________(填含量最多的一种)。 (3)锅炉水垢中含有的CaSO4，可先用Na2CO3溶液浸泡，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3，而后用酸除去。 ①CaSO4转化为CaCO3的离子方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； ②请分析CaSO4转化为CaCO3的原理： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：Ⅰ.(1)与C能形成两种气态化合物的为O，会形成CO、CO2，其中CO2为非极性分子，则Q为氧，非极性分子CO2的电子式为：； (2)得到的粗产品为不溶于液态CCl4的固体物质，要分离CCl4，可用过滤的方法，除去粗产品中少量钠可用水或乙醇； (3)Si与NaOH反应的化学反应方程式为：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，其离子方程式为：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑，由Si～2H2，则粗产品中Si为0.05 mol即0.05×28＝1.4 g，所以SiO2为20.0－1.4－11.4＝7.2 g，物质的量为0.12 mol，由Si原子守恒知Na2SiO3的物质的量为0.05 mol＋0.12 mol＝0.17 mol，溶液体积为1 L，浓度为0.17 mol·L－1； Ⅱ.(1)CO2与CO反应转化为HCO，从而使CO浓度减小，不利于CaSO4转化为CaCO3；所以通入过量的CO2不利于CaCO3和(NH4)2SO4的生成； (2)溶液中存在CO、SO、NH，直接蒸干滤液得到的(NH4)2SO4主要含有的杂质是(NH4)2CO3； (3)①Na2CO3与CaSO4反应生成CaCO3和Na2SO4，化学方程式为：CaSO4(s)＋CO(aq)CaCO3(s)＋SO(aq)； ②已知CaSO4的Ksp＝9.1×10－4，CaCO3的Ksp＝2.8×10－4，CaSO4存在沉淀溶解平衡CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq)，加Na2CO3溶液后，CO与Ca2＋结合生成溶度积更小的CaCO3沉淀，溶液中Ca2＋浓度减少，使CaSO4的溶解平衡向溶解的方向移动，从而转化为CaCO3。 答案：Ⅰ.(1)第二周期ⅥA族  (2)过滤　水或乙醇　 (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ 0．17 mol·L－1 Ⅱ.(1)不　通入过量的CO2会使CO转化为HCO，从而CO浓度减小，不利于CaSO4转化为CaCO3　(2)(NH4)2CO3 (3)①CaSO4(s)＋CO(aq)CaCO3(s)＋SO(aq)　②CaSO4存在沉淀溶解平衡CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq)，当加入Na2CO3溶液后，CO与Ca2＋结合生成溶度积更小的CaCO3沉淀，溶液中Ca2＋浓度减少，使CaSO4的溶解平衡向溶解的方向移动 15．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。 (1)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H2的保护下，使SiCl4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1 420 ℃，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 ______________________________________。 ②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)＋3O2(g)　ΔH＝－727.5 kJ·mol－1，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”)。 (3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅： ①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。 ②假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是_____________________________________________________________。 解析：(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。(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氧气转化为水蒸气，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，氢氟酸能腐蚀氮化硅。(3)①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和氢气：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。②反应生成1 mol 纯硅需补充HCl(－3)mol，需补充H2(－1)mol 补充HCl与H2的物质的量之比为5∶1。 答案：(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl (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，导致硅熔化成团，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硝酸 (3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ ②5∶1 学科网（北京）股份有限公司 $$