13第13讲　无机非金属材料-【优化指导】2026年化学一轮复习高中总复习·第1轮（云南专版）

跟踪练(13)　无机非金属材料 一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求) 1．在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。请你利用元素周期律的相关知识，预测硅及其化合物的性质。下列说法不正确的是 (　　) A.晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 B.SiO2是酸性氧化物，可以与水反应：SiO2＋H2O===H2SiO3 C.Na2SiO3可溶于水，在水溶液中的电离方程式为Na2SiO3===2Na＋＋SiO D.在高温下，能发生反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，但是不能证明H2SiO3的酸性大于碳酸 B　解析：晶体硅是灰黑色有金属光泽、硬而脆的固体，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；SiO2是酸性氧化物，但二氧化硅不溶于水，不与水反应；Na2SiO3为强电解质，可溶于水，在水溶液中完全电离，电离方程式为Na2SiO3===2Na＋＋SiO；高温下，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑能进行是因为生成了气体，脱离反应体系，不可以证明H2SiO3的酸性大于碳酸。 2．(2021·福建卷)建盏是久负盛名的陶瓷茶器，承载着福建历史悠久的茶文化。关于建盏，下列说法错误的是 (　　) A.高温烧结过程包含复杂的化学变化 B.具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点 C.制作所用的黏土原料是人工合成的 D.属硅酸盐产品，含有多种金属元素 C　解析：制造陶瓷的主要原料是黏土，是从自然界中获取的，而不是人工合成的。 3．(2024·广西来宾示范高中联考)碳纳米管可看作是多层石墨烯无缝卷曲而成的直径为10～20 nm的中空管状结构，下列说法错误的是 (　　) A.石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 B.石墨烯中只存在非极性键 C.碳纳米管是一种胶体 D.石墨烯可用于制造超级电容、电池等 C　解析：同素异形体是同种元素形成的性质不同的单质，石墨烯和碳纳米管互为同素异形体；石墨烯中只存在碳碳键，属于非极性键；碳纳米管是碳单质，为纯净物，不是胶体；石墨烯的电阻率低，热导率高，具有很高的强度，可用于制造超级电容、电池等。 4．晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由石英砂(SiO2)制纯硅的过程如下：SiO2Si(粗)SiCl4SiCl4(纯)Si(纯)。下列叙述错误的是 (　　) A.生成粗硅的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑ B.上述流程中的化学反应均为氧化还原反应 C.气态SiCl4中混有杂质元素的氯化物，提纯SiCl4的方法是将其冷凝成液态后蒸馏 D.H2还原SiCl4时，生成的两种产物分别为固态和气态，容易分离 A　解析：SiO2和焦炭在高温条件下反应生成Si和CO，反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑；SiO2转化为Si(粗)，硅元素的化合价从＋4降低到0，Si(粗)转化为SiCl4，硅元素的化合价从0升高到＋4，SiCl4(纯)转化为Si(纯)，硅元素的化合价从＋4降低到0，上述流程中元素化合价均有变化，化学反应均为氧化还原反应；四氯化硅沸点低，通过冰水装置能使四氯化硅冷却为液体，气态SiCl4中混有杂质元素的氯化物，提纯SiCl4的方法是将其冷凝成液态后蒸馏；H2还原SiCl4时，生成的两种产物分别为硅和氯化氢，硅为固态，氯化氢为气态，容易分离。 5．(2020·浙江7月选考卷)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，下列有关其性质的说法不正确的是 (　　) A.可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O B.具有吸水性，需要密封保存 C.能与SO2反应生成新盐 D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2 D　解析：Ca3SiO5可以表示为CaSiO3·2CaO，CaO与水反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2继续与NH4Cl反应生成CaCl2、NH3和H2O；CaO具有吸水性，推测Ca3SiO5也具有吸水性；CaO是碱性氧化物，与SO2反应生成CaSO3；CaSiO3与盐酸反应生成CaCl2和H2SiO3沉淀，所得固体为H2SiO3。 6．“5G­A与万兆光网商用加速推进，凝结着新时代奋斗者的心血和汗水，彰显了不同凡响的中国风采、中国力量”。制造芯片用到高纯硅，用SiHCl3与过量H2在1 100 ℃反应制备高纯硅的装置如下图所示(热源及夹持装置略去)。 已知：SiHCl3 遇H2O强烈水解，在空气中易自燃。下列说法错误的是 (　　) A.装置b中的试剂是浓硫酸 B.实验时先打开装置c中分液漏斗的旋塞 C.装置c中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 D.装置d不能采用普通玻璃管的原因是高温下普通玻璃管易软化 B　解析：SiHCl3 遇H2O 强烈水解，故通入的H2应干燥，装置 b 中的试剂是浓硫酸；SiHCl3在空气中易自燃，实验前应排尽装置内的空气，应先通H2，后打开装置c中分液漏斗的活塞；SiHCl3呈液态，需转化为蒸气进入石英管中与H2反应，故装置c中的烧瓶需要加热；制高纯硅时温度为1 100 ℃，在该反应温度下，普通玻璃管会软化，故装置d不能采用普通玻璃管。 7．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。工业上制备高纯硅的流程如下图所示。 下列说法不正确的是 (　　) A.步骤①②和③中的反应均为氧化还原反应 B.流程中的H2和HCl可循环利用 C.步骤③中的H2可用焦炭代替 D.由步骤②和③中的反应可知，通过调控反应温度能改变反应进行的方向 C　解析：由图可知，步骤①反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，步骤②反应的化学方程式为Si＋3HClSiHCl3＋H2，步骤③反应的化学方程式为SiHCl3＋H2Si＋3HCl，均有元素化合价的变化；根据流程和节约成本的原则可知，流程中HCl和H2可以循环利用；步骤③中的H2用焦炭代替会产生杂质；由步骤②和③的化学方程式可知，通过调控反应温度能改变反应进行的方向。 8．氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下图所示(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)。 下列叙述不正确的是 (　　) A.“还原”步骤中焦炭主要被氧化为CO B.“高温氮化”步骤中反应的化学方程式为3Si＋2N2Si3N4 C.操作X可以是将原料气通过灼热的铜粉 D.稀酸Y可选用稀硝酸或稀硫酸 D　解析：焦炭与石英砂发生反应SiO2＋2CSi＋2CO↑，焦炭被氧化为CO；“高温氮化”是Si与氮气化合生成Si3N4，反应的化学方程式为3Si＋2N2Si3N4；原料气中含有N2和少量的O2，O2能与Cu反应生成CuO，N2不与Cu反应，则通过操作X可以得到纯净的N2；粗硅中含有少量Fe和Cu，即Si3N4中含有少量Fe和Cu，稀硝酸能与Fe、Cu反应，得到可溶于水的Fe(NO3)3和Cu(NO3)2，可以除去Si3N4中的Fe和Cu，Cu不溶于稀硫酸，故不能用稀硫酸除杂。 二、非选择题 9．硅及其化合物在生产、生活中广泛应用。请按要求回答下列问题。 (1)工业上制备高纯硅的流程如下图所示。 ①根据下图所示物质反应过程中的能量变化，写出用石英砂和焦炭制取粗硅，同时生成CO的热化学方程式：______________________________________。 ②步骤 Ⅱ 产物中含有SiHCl3(沸点为33.0 ℃)，还有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)。若先将步骤 Ⅱ 的产物降至室温，提纯SiHCl3，则提纯方法是________。所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶、尾接管外，还需要________、________。 (2)已知：硅的最高价氧化物对应的水化物有H2SiO3和原硅酸(SiHOOHOHOH)。 常温下，H2SiO3：Ka1＝2.0×10-10、Ka2＝1.0×10-12； H2CO3：Ka1＝4.5×10-7、Ka2＝4.7×10-11。 ①向盛有饱和Na2SiO3溶液(滴有酚酞溶液)的试管中通入过量CO2；充分反应后，用激光笔照射上述液体时发现有光亮的“通路”。预测液体颜色的变化：________________。写出该反应的离子方程式：___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②写出原硅酸脱水得到的产物：__________、________。 答案：(1)①SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)　ΔH＝＋638.4 kJ/mol ②蒸馏(或分馏)　蒸馏烧瓶　直形冷凝管 (2)①溶液红色变浅至褪色　SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3(胶体)＋2HCO ②H2SiO3　H6Si2O7(或SiO2) 解析：(1)①根据两个反应过程中能量变化的图像可知，Si(s)＋O2(g)===SiO2(s)　ΔH＝－859.4 kJ/mol、2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ/mol。根据盖斯定律，用第二个热化学方程式减去第一个热化学方程式可得出所求热化学方程式：SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)　ΔH＝＋638.4 kJ/mol。 ②SiHCl3的沸点为33.0 ℃，SiCl4的沸点为57.6 ℃，HCl的沸点为－84.7 ℃，分离沸点不同的物质的方法是蒸馏或分馏，所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶、尾接管外，还需要蒸馏烧瓶和直形冷凝管。 (2)①Na2SiO3溶液中SiO发生水解使溶液呈碱性，滴加酚酞溶液为红色；随着CO2的通入，CO2与Na2SiO3反应生成H2SiO3，溶液碱性减弱，溶液由红色逐渐变浅至褪色。弱酸的电离平衡常数越大，其酸性越强，可得酸性强弱为H2CO3>H2SiO3>HCO>HSiO，则Na2SiO3溶液与过量CO2反应生成硅酸和碳酸氢钠：SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3(胶体)＋2HCO。 ②原硅酸()脱去一分子水得到的产物是H2SiO3，脱去两分子水得到的产物是SiO2。 学科网（北京）股份有限公司 $$