第4章 第16讲 无机非金属材料 化学与可持续发展（word练习）-【导学教程】2025年化学新编高考大一轮总复习（人教单选版）

[对应学生用书P356] 1．5G网络让手机“飞”起来了。手机芯片的核心是硅板，其成分是(　　) A．SiO2　　　　　　 B．Si C．H2SiO3 D．Na2SiO3 解析　手机芯片的核心是硅板，其成分是Si单质，故B项正确。 答案　B 2．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡，下列说法错误的是(　　) A．陶瓷、玻璃和水泥均属于无机非金属材料 B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3 C．高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能 D．陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成 解析　Fe2O3为红色粉末，陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分不可能为Fe2O3，故B错误。 答案　B 3．化学知识与科技、生产、生活有密切的关系。下列叙述中正确的是(　　) A．“天宫二号”空间站的太阳能电池帆板，其主要材料含有晶体硅 B．2022年北京冬奥会开幕式演出服用到的石墨烯发热材料属于有机高分子材料 C．储存针剂使用的高纯度硼硅玻璃瓶中含有的Na2O·B2O3·SiO2是一种复杂的氧化物 D．C919国产大飞机风挡结构部分使用的有机玻璃属于硅酸盐材料 解析　石墨烯是碳单质，被用作智能发热材料，属于新型无机非金属材料，故B错误；硼硅玻璃中含有的Na2O·B2O3·SiO2是用氧化物形式表示的硼硅酸盐，不是氧化物，故C错误；有机玻璃的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物，属于高分子材料，故D错误。 答案　A 4．“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 解析　碳基能源主要指煤、石油、天然气，我国的煤炭储量及开发技术均优于石油，A正确；硅在地壳中的含量仅次于氧，从沙滩到用户，硅由SiO2转化为硅单质，发生了还原反应，B正确；氟化氢可与玻璃容器中的二氧化硅发生反应，D错误。 答案　D 5．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是(　　) A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差 C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同 解析　无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。 答案　B 6．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、水晶饰物都是硅酸盐制品　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维　④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 解析　几乎所有的岩石和矿物都含有硅酸盐或者二氧化硅，则硅是构成一些岩石和矿物的基本元素，故①正确；水泥、玻璃是硅酸盐制品，水晶的主要成分是二氧化硅，故②错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，故③错误；陶瓷的主要原料是黏土，则陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料，故④正确。 答案　C 7．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘了我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是(　　) A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 解析　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；制普通硅酸盐水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。 答案　C 8．下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　) A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸 B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 C．二氧化硅能与碳酸钠固体在高温时发生反应 D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅 解析　二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，故A错误；二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，故B错误；在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；由化学方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 mol气体时，得到0.05 mol即1.4 g硅，故D错误。 答案　C 9．下列说法中正确的是(　　) A．单质氧化物酸或碱盐，碳、硅单质均可以按上述关系进行转化 B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现右图所示的转化关系 C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中 D．向Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液、Ca(OH)2溶液中分别通入过量CO2，溶液均有白色沉淀 解析　A项，SiO2与H2O不反应；B项，SiO2不能直接转化为H2SiO3，H2SiO3也不能转化为Si；D项，Ca(OH)2溶液中通入过量CO2，无沉淀生成。 答案　C 10．白炭黑(可用SiO2·nH2O表示其组成)可广泛应用于日用化工、橡胶制品、电子工业等许多领域。以硅酸钠和二氧化碳为原料制备白炭黑的工艺流程如下： 下列说法错误的是(　　) A．硅酸钠水溶液必须用带玻璃塞的试剂瓶盛装 B．沉淀反应的离子方程式为SiO＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋CO C．蒸发“滤液”所得晶体中含有离子键和极性共价键 D．用稀盐酸洗涤沉淀的目的是除去沉淀表面的CO 解析　硅酸钠水溶液能黏合玻璃塞与玻璃瓶内颈，故不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装，A错误；硅酸的酸性比碳酸弱，故可用在水玻璃中通入二氧化碳的方法制备硅酸，离子方程式为SiO＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋CO，B正确；蒸发滤液得到Na2CO3·xH2O，其中Na＋与CO之间为离子键，CO内存在C—O极性键，水分子内存在H—O键为极性键，C正确；CO在酸性条件下不能大量存在，故用稀盐酸洗涤沉淀可除去沉淀表面的CO，D正确。 答案　A 11．实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备纯硅的装置如下图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是(　　) A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔 解析　本题制备纯硅的反应为H2＋SiHCl3Si＋3HCl，此反应应在装置Ⅳ中进行。装置Ⅰ的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的目的是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸；装置Ⅲ的目的是使SiHCl3气化，与氢气充分混合，因此应在热水浴中加热，A项错误；实验时应先打开活塞K，通入氢气，排除装置中的空气，防止加热时遇O2发生爆炸，B项错误；硅不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被H2O2氧化成的Fe3＋与KSCN溶液反应，溶液变红，可以鉴定是否含有铁单质，C项正确；饱和食盐水与电石反应制备乙炔，反应迅速放出大量热且生成微溶的氢氧化钙，因此不能用启普发生器进行实验，D项错误。 答案　C 12．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下： 已知：流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是(　　) A．电弧炉中发生的反应为C＋SiO2CO2↑＋Si B．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯 C．每生成1 mol高纯硅，需要44.8 L Cl2(标准状况) D．该工艺Si的产率高，符合绿色化学要求 解析　电弧炉中发生的反应为SiO2＋2CSi＋2CO↑，A错误；流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，因此进入还原炉之前需要蒸馏提纯，B正确；流化床反应中有多种含氯副产物，因此生成1 mol高纯硅，需要的氯气体积大于44.8 L，C错误；由已知可知流化床反应的产物中有多种副产物生成，不符合原子经济性原则，D错误。 答案　B 13．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。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如下所示： 回答下列问题： (1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是________________________________________，还可使用__________代替硝酸。 (2)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__________、__________(写化学式)。 解析　(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，为了不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2(或H2SiO3)，SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。(3)加入氨水调节溶液的pH＝4～5的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。 答案　(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2　(2)SiO2(或H2SiO3)　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)　(3)防止胶体生成，易沉淀分离　Al(OH)3　Fe(OH)3 14．高纯硅是制作光伏电池的关键材料，下图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图： 已知：①流化床反应器内的主反应：Si＋3HClSiHCl3＋H2； ②还原炉内的主反应：SiHCl3＋H2Si＋3HCl； ③SiHCl3极易水解：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl。 回答下列问题： (1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是__________(填字母)。 A．Al B．Al2O3 C．CuO D．NaHCO3 SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为__________。 (2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为_______________________________。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________。 (3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是___________________________________(答出两条即可)。 (4)流化床反应器中除SiHCl3外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用蒸馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是________________________________________________________________________。 (5)上述操作流程中可以循环利用的物质是______。 解析　(1)铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，故A不符合题意；氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，故B符合题意；氧化铜与氢氧化钠溶液不反应，故C不符合题意；碳酸氢钠与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，故D符合题意。SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸为HF，HF属于共价化合物，其电子式为。 (2)二氧化硅与碳在高温条件下反应生成粗硅和CO：SiO2＋2CSi＋2CO↑，石英砂和焦炭生成SiC的反应为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，C元素化合价由0价降低为－4价，由0价升高为＋2价，C既是氧化剂又是还原剂，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。 答案　(1)BD　　(2)SiO2＋2CSi＋2CO↑　1∶2　(3)防止SiHCl3发生水解；防止硅被氧化；防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条即可)　(4)各组分沸点相差较大 (5)H2、HCl 学科网（北京）股份有限公司 $$