第5章 第22讲 碳、硅 无机非金属材料（Word练习）-【精讲精练】2027年高考化学一轮复习（人教版）

**基本信息** 聚焦碳硅及其化合物，以高考真题及模拟题为载体，通过物质成分判断、性质分析及工业流程题，构建从基础概念到实际应用的完整知识网络，强化化学观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |物质成分与材料判断|5题（如文物材料、科技材料）|结合真实情境的物质成分推断|从物质组成（SiO₂、硅酸盐等）到材料分类（金属材料、无机非金属材料）| |化学方程式与性质分析|5题（如离子方程式正误、性质辨析）|化学方程式书写与性质应用判断|基于元素周期律推导碳硅及其化合物性质，建立结构-性质-用途关联| |工艺流程与转化关系|2题（硅提纯、氮化硅制备）|工业流程分析与转化关系综合题|从实验室制备到工业生产，体现物质转化规律与实验探究能力|

说明：选择题每题3分；非选择题共22分；本试卷共52分。 一、选择题：每小题只有一个选项符合题目要求。 1．(2025·河北衡水二模)河北省历史悠久，文物资源丰富。下列文物材料的主要成分是SiO2的是(　　) 选项 A.错金银虎噬鹿屏风座(战国中山王) B.定窑白瓷—孩儿枕 文物 选项 C.正定隆兴寺的汉白玉观音像 D.邯郸娲皇宫北齐摩崖石刻(石英砂岩) 文物 解析　“错金银虎噬鹿屏风座”主要成分是金属材料，A错误；“定窑白瓷”主要成分是硅酸盐，B错误；汉白玉主要成分是碳酸钙，C错误；故选D。 答案　D 2．(2025·陕晋宁青卷)“国之重器”是我国科技综合实力的结晶。下述材料属于金属材料的是(　　) A．“C919”大飞机用的氮化硅涂层 B．“梦想”号钻探船钻头用的合金 C．“望宇”登月服用的聚酰亚胺隔热层 D．“雪龙2”号破冰船制淡水用的反渗透膜 解析　氮化硅属于新型无机非金属材料，聚酰亚胺、反渗透膜属于有机高分子材料，A、C、D不符合题意；合金属于金属材料，B符合题意。 答案　B 3．下列化学(或离子)方程式表示或说法错误的是(　　) A．焦炭与石英砂制备粗硅反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑ B．氮化硅陶瓷、超导陶瓷、透明陶瓷均是新型无机非金属材料 C．Na2SiO3溶液中通入过量CO2：SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO D．铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 解析　过量CO2与SiO反应应生成HCO(因CO2过量时酸性强，无法生成CO)，离子方程式为：SiO＋2CO2＋2H2O===2HCO＋H2SiO3↓，故选C。 答案　C 4．下列说法错误的是(　　) A．(2025·湖北卷)室温下SiO2与碳不发生反应，高温下可生成Si和CO B．(2025·浙江1月卷)SiC的碳、硅原子间通过共价键形成空间网状结构，硬度大，故SiC可用作砂轮磨料 C．(2025·广东卷)固态硬盘芯片常使用单晶硅作为基础材料，单晶硅是一种共价晶体 D．(2024·贵州卷)用氢氟酸雕刻玻璃：SiO2＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2O 解析　氟化氢是弱酸，不能拆写成离子，用氢氟酸雕刻玻璃：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；故选D。 答案　D 5．近年来，我国在航空航天、通信、环保等领域取得了举世瞩目的成就。下列说法正确的是(　　) A．富勒烯、石墨烯和碳纳米管等碳纳米材料均属于新型无机非金属材料 B．Si3N4俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料 C．“神舟十四号”载人飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐 D．二氧化硅常被用于制造光缆，是由于其导电能力强 解析　富勒烯、石墨烯和碳纳米管都是由碳元素组成的单质，均属于新型无机非金属材料，A正确；碳化硅俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料，B错误；高温结构陶瓷的主要成分是氮化硅等，属于新型无机非金属材料，C错误；二氧化硅不导电，可用于制造光缆是由于其能够传导光信号，D错误。 答案　A 6．(2025·广东珠海开学考试)部分含Ca或含C物质的物质类别与相应化合价的关系如图所示。下列推断不合理的是(　　) A.可存在b→c→e→i的转化 B．a可能由电石与水反应制备 C．d可能为二元弱酸 D．能与H2O反应生成h的物质只有g 解析　由图可知，a为HC≡CH或等符合通式(CH)n的氢化物，b为C，c为CO，d为H2C2O4(草酸)，e为CO2，f为Ca，g为CaO，h为Ca(OH)2，i为钙盐。b→c→e→i的转化关系为CCOCO2CaCO3，A正确；电石(CaC2)与水反应可以生成HC≡CH，B正确；H2C2O4为二元弱酸，C正确；CaO与水反应可以生成Ca(OH)2，单质Ca与H2O反应也能生成Ca(OH)2，D错误。 答案　D 7．(2024·四川成都模拟)下列有关C、Si及其化合物的叙述错误的是(　　) A．石墨、碳纳米管、富勒烯是同素异形体 B．Si3N4是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机 C．SiO2制成玻璃纤维，由于导电能力强而被用于制造芯片 D．玻璃、水泥、陶瓷其成分均含有硅酸盐 解析　SiO2制成玻璃纤维，由于导光能力强而被用于制造光缆，SiO2不能导电，制造芯片的是晶体硅，故选C。 答案　C 8．高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程如下： (已知电负性：H—2.1、Si—1.8、Cl—3.0，NA为阿伏加德罗常数的值) 下列说法正确的是(　　) A．由生成粗硅的反应可推知还原性：C>Si B．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 C．上述工艺生产中循环使用的物质除H2外，还有HCl D．还原炉中生成1 mol Si时，相应反应转移电子数为2NA 解析　生成粗硅的反应为SiO2＋2CSi＋2CO↑，CO气体逸出促进反应发生，并不能说明碳的还原性强于硅，而根据元素周期律可知，第ⅣA族元素从上到下金属性逐渐增强，则Si的还原性强于C，A错误；SiO2与HF的反应为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O，四氟化硅不属于盐，该反应不能说明SiO2为碱性氧化物，SiO2能和NaOH等碱反应生成硅酸盐和水，属于酸性氧化物，B错误；流化床反应器中发生反应Si＋3HClSiHCl3＋H2，还原炉中发生反应SiHCl3＋H2Si＋3HCl，所以该工艺生产中循环使用的物质除H2外，还有HCl，C正确；由电负性数据可知SiHCl3中H为－1价，Si为＋4价，结合C项分析可知，还原炉中生成1 mol Si转移电子数为4NA，D错误。 答案　C 9．下列说法正确的是(　　) 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如图所示的转化关系 C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中 D．向Na2SiO3溶液、Na[Al(OH)4]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．(2025·山西吕梁三模)下列除标注出的物质外，其余物质均含有同一种元素，它们在一定条件下的转化关系如图所示，Q为单质。下列说法正确的是(　　) A．图中涉及的反应均为非氧化还原反应 B．T的溶液可用作木材防火剂 C．纯净的Q可用于制作光导纤维 D．M既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以M是两性物质 解析　M高温下与CaCO3、Na2CO3反应生成CO2，且能和CaO反应生成R，高温下与C反应生成CO和N，结合元素守恒，推断M为SiO2。N与Cl2高温生成P，P与H2高温生成Q(单质)和HCl，推断N为Si(粗硅)，P为SiCl4，Q为Si(纯硅)。M与Na2CO3反应生成CO2和T，推断T为Na2SiO3(硅酸钠)；M与CaCO3反应生成CO2和R，推断R为CaSiO3(硅酸钙)。图中N(Si)与Cl2反应生成P(SiCl4)，P(SiCl4)与H2反应生成Q(Si)和HCl，这两个反应中Si、Cl、H元素化合价均发生变化，属于氧化还原反应，A错误；T为Na2SiO3(硅酸钠)，其水溶液可用作木材防火剂，B正确；Q为Si单质，光导纤维的主要成分是SiO2，而非Si单质，C错误；M为SiO2，SiO2与HF反应生成SiF4和H2O(SiF4不是盐)，SiO2是酸性氧化物，并非两性物质，D错误。 答案　B 二、非选择题 11．(6分)(2023·山东卷改编)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，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题： 制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)检查装置气密性；(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。 (1)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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4分) (2)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高温灼烧，②冷却、干燥，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________(填字母)。(2分) 解析　(1)已知电负性：Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H为－1价，Si为＋4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。(2)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。 答案　(1)SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O　(2)AC 12．(16分)(2026·河南郑州开学考试)氮化硅(Si3N4)陶瓷材料硬度大、熔点高，不溶于水。一种工业上直接氮化法制备Si3N4的流程如下： 已知：常温下Si3N4不溶于稀酸(除氢氟酸)；高温下Si3N4能与氧气反应；焦性没食子酸溶液可用于吸收空气中的少量氧气。 回答下列问题： (1)Si位于元素周期表中__________区；基态N原子的价电子排布式为__________。(4分) (2)高温氮化炉中主要反应的化学方程式为______________________________________ _____________________________________________________________________。(3分) (3)酸洗时选用__________(填“盐酸”“硝酸”或“硫酸”)，理由是________________________________________________________________________。(3分) (4)关于上述流程，下列说法正确的是__________(填字母)。(2分) a．石英砂和碳粉需粉碎至细颗粒(10～50μm)，目的是提高反应速率 b.净化步骤，将空气依次通入焦性没食子酸溶液和无水CuSO4，除尽其中的氧气和水蒸气 c．高温转化中，发生的主要反应为SiO2＋CSi＋CO2↑ (5)上述流程中会得到α­Si3N4和β­Si3N4两种产物，已知α­Si3N4向β­Si3N4的转变通常在1400 ℃以上开始，并随着温度升高而加速。为了提高产物中β­Si3N4的含量，则后处理的方法为__________。(2分) (6)常温下，可用NF3(熔点：－206.8 ℃，沸点：－129 ℃)对氮化硅(Si3N4)材料进行刻蚀，氮化硅材料表面不留任何残留物，用化学方程式解释原因：___________________________ _____________________________________________。(2分) 解析　(1)Si位于元素周期表中p区；基态N原子的价电子排布式为2s22p3。 (2)高温氮化炉中主要反应的化学方程式为3Si＋2N2Si3N4。 (3)酸洗时选用硝酸，因为稀硝酸可将Fe、Cu氧化为硝酸盐溶解在水中，而Si3N4不与稀硝酸反应。 (4)a.颗粒越小，接触面积越大，反应速率越快，正确；b.无水CuSO4只能检验水蒸气，不能除尽水蒸气，错误；c.高温转化中，SiO2与C高温还原生成Si和CO，主要反应为SiO2＋2CSi＋2CO↑，错误；故选a。 (5)根据题目信息可知，高温(1400 ℃以上)条件下，α­Si3N4向β­Si3N4转变，故为了提高产物中β­Si3N4的含量应该选择1400 ℃以上煅烧。 (6)用NF3对氮化硅(Si3N4)材料进行刻蚀，氮化硅材料表面不留任何残留物，说明全部生成气体，化学方程式为Si3N4＋4NF3===3SiF4＋4N2。 答案　(1)p　2s22p3　(2)3Si＋2N2Si3N4　(3)硝酸　稀硝酸溶解铁、铜等金属杂质，不溶解Si3N4　(4)a　(5)1400 ℃以上煅烧　(6)Si3N4＋4NF3===3SiF4＋4N2 学科网（北京）股份有限公司 $