三年模拟一年创新2022届高考化学专题十四碳硅及其化合物无机非金属材料全国通用

专题十四碳、硅及其化合物无机非金属材料A组　专项基础训练一、选择题1.（2022·洛阳统考，6）下列物质性质与应用的因果关系正确的是（　　）A.焦炭具有强还原性，高温下能将二氧化硅还原为硅B.晶体硅用于制作半导体材料是因其熔点高、硬度大C.二氧化锰具有强氧化性，故能将双氧水氧化为氧气D.Fe比Cu活泼，所以FeCl3溶液可以腐蚀线路板上的Cu解析　A项，发生反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑，焦炭表现出强还原性，正确；B项，晶体硅用于制作半导体材料是因为具有特殊的导电性，与熔点、硬度无关，错误；C项，MnO2是双氧水分解的催化剂，没有体现氧化性，错误；D项，发生反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，说明氧化性：Fe3＋>Cu2＋，还原性：Cu>Fe2＋，与Fe、Cu活动性无关，错误。答案　A2.（2022·乌鲁木齐检测，8）下列推断正确的是（　　）A.SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应B.Na2CO3和NaHCO3都是盐，都能与CaCl2溶液反应C.CO和NO都是大气污染物，在空气中都能稳定存在D.Al在浓盐酸中会“钝化”，能用铝槽盛放浓盐酸解析　B项，NaHCO3不与CaCl2反应，错误；C项，NO与O2反应生成NO2，不能在空气中稳定存在，错误；D项，铝在浓盐酸中不钝化，直接溶解，不能用铝槽盛放浓盐酸，错误。答案　A3.（2022·郑州质检，4）甲、乙、丙三种不同物质如图转化关系：则甲不可能是（　　）甲乙丙甲A.Al2O3B.SiO2C.NH4ClD.CO2解析　A、B、D的转化关系分别为：\nAl2O3NaAlO2Al（OH）3Al2O3、SiO2Na2SiO3H2SiO3SiO2、CO2Na2CO3NaHCO3CO2，C项中NH4ClNH3·H2ONH4Cl，无法实现转化关系。答案　C4.（2022·菏泽质检）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，继续通CO2至过量，浑浊消失饱和Na2CO3溶液B通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca（ClO）2溶液C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Ca（OH）2溶液D通入CO2，溶液变浑浊，再加入稀硝酸，沉淀不溶解Na2SiO3溶液解析　CO2通入饱和Na2CO3溶液会生成溶解度小的NaHCO3，以晶体的形式析出，通入CO2过量，晶体也不会消失，A错误；CO2与Ca（ClO）2溶液反应生成CaCO3白色沉淀和具有漂白性的HClO，B正确；Ca（OH）2中通CO2，先生成CaCO3沉淀，CO2过量，则CaCO3转化为Ca（HCO3）2，沉淀消失，再加NaOH，又会生成CaCO3沉淀，C正确；CO2与Na2SiO3溶液反应生成硅酸，硅酸不溶于稀硝酸，D正确。答案　A5.下列说法中正确的是（　　）A.硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中（2022·浙江杭州一模，1）B.高纯硅可以制作太阳能电池，其工作原理与原电池不相同（2022·山东济宁一模，10）C.SiO2可用于制造光导纤维，其性质稳定，不溶于强酸、强碱（2022·河南开封二模，7）D.SiO2具有导电性，可用于制造半导体材料（2022·安徽蚌埠二联，9）\n解析　在自然界中无单质Si，A选项错误；B选项，一个是把光能转化为电能，一个是把化学能转化为电能，正确；C选项，SiO2与强碱反应，错误；D选项，SiO2无导电性，半导体材料是晶体硅，错误。答案　B6.（2022·山东济宁一模，4）下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是（　　）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克服了传统无机非金属材料的许多缺点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都是硅酸盐解析　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、砖瓦、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型材料。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、具有生物功能等。答案　D7.（2022·西安模拟，6）北京奥运金牌“金玉合璧”（如图）上的环形玉是产自新疆的和田玉，和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐。某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2（Si4O11）2（OH）2，下列有关叙述正确的是（　　）A.将该和田玉的化学式改写成氧化物的形式可表示如下：2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2OB.该和田玉能抵抗任何酸或碱的腐蚀C.该和田玉中Fe的化合价为＋2价D.该和田玉是由5种氧化物组成的混合物解析　A项应为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O；B项中HF可与之反应；D项该和田玉属于纯净物。答案　C二、非选择题8.（2022·湖南五市十校联考，16）材料科学是近年来与化学有关的科学研究热点。某新型无机非金属材料K由两种非\n金属元素组成。它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特征。它是以中学化学中常见物质为原料来生产的。下图虚线框内的转化是为探究C的组成而设计的。G、F、H均为难溶于水的白色固体；图中C、H、K均为含A元素。其余物质均为中学化学中常见物质。请回答下列问题：（1）实验室通常用MnO2制取气体B，发生该反应的化学方程式为__________________________________________________________________，为防止气体B污染环境通常用　　　　（填化学式）溶液吸收，反应的离子方程式为__________________________________________________________。（2）化合物H与碳混合加强热可制得单质A，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量比为　　　　。（3）写出反应③的化学方程式3D===K＋8X↑，K的化学式为　　　　，X的电子式为　　　　。（4）K抗腐蚀能力很强，但易被氢氟酸腐蚀，K与氢氟酸反应生成一种气体和一种盐，此盐中存在的化学键类型有_________________________________。（5）写出反应②的化学方程式：_________________________________________________________________________________________________________。解析　由题中信息及框图中物质的转化关系和条件，可知：A为Si，B为Cl2，C为SiCl4，D为Si（NH2）4，K为Si3N4，E为HCl，G为AgCl，F为H2SiO3，H为SiO2，I为Na2SiO3。（4）Si3N4与氢氟酸反应的化学方程式为Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH4F，NH4F中存在的化学键类型有离子键和极性共价键。答案　（1）4HCl（浓）＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2ONaOH　Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O（2）1∶2（3）Si3N4　\n（4）离子键、极性（共价）键（5）SiCl4＋8NH3===Si（NH2）4＋4NH4ClB组　专项能力训练一、选择题1.（2022·景德镇质检，14）A、B、C分别是元素甲、乙、丙的单质，它们都是常见的金属或非金属，D、E、F是常见的三种氧化物，且有如图所示转化关系，则下列说法不正确的是（　　）A.A、B、C中一定有一种是氧元素的单质B.D、E中一定都含有A的元素C.单质B肯定是氧化剂D.若A是非金属，则B一定为金属解析　根据题目信息及元素化合物的性质和转化关系，可以判断A、B、C、D、E、F分别为：C、Mg、O2、CO2、CO、MgO。镁单质具有很强的还原性，肯定不是氧化剂。答案　C2.（2022·河南八市联考，13）把一定量的Na2O2和NaHCO3的混合粉末分为两等份，将其中一份加入到100mL稀盐酸中恰好完全反应，生成的气体干燥后体积为2.24L（标况）；再将此气体通入另一份混合物中，充分反应后最终得到O22.016L（标况），则加入稀盐酸的物质的量浓度是（　　）A.3.4mol/LB.0.2mol/LC.1.8mol/LD.3.6mol/L解析　标况下2.24L（0.1mol）气体是CO2和O2的混合气体，标况下2.016LO2的物质的量是0.09mol，结合2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2，由差量法可知0.1mol混合气体中含有0.02molCO2和0.08molO2，则每份固体混合物中含有0.02molNaHCO3，0.16molNa2O2，依据Na＋守恒可知，与盐酸反应得到的NaCl为0.34mol，再根据Cl－守恒可知，c（HCl）＝c（Cl－）＝＝3.4mol/L。答案　A3.（2022·大连统考）向含有0.2molNaOH和0.1molBa（OH）2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96L（标准状况下）时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2\n气体的体积关系图像正确的是（气体的溶解和离子的水解忽略不计）（　　）解析　本题涉及的化学反应方程式有：Ba（OH）2＋CO2===BaCO3↓＋H2O①2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O②BaCO3＋CO2＋H2O===Ba（HCO3）2③Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3④当未通入CO2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molOH－共0.7mol；当通入2.24LCO2气体时，发生反应①，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.2molOH－；当通入4.48LCO2时，发生反应②，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molCO；当通入6.72LCO2时，发生反应④，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.2molHCO；当通入8.96LCO2时，发生反应③，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molHCO。对比图像可知选项C正确。答案　C4.（2022·四川雅安诊断）二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是（　　）①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2CSi＋2CO↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑a.反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃\nb.反应②中表现了SiO2的氧化性c.反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道理e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应A.aceB.bdeC.cdeD.ab解析　通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a判断错误；③中反应表现的是SiO2的特性，c判断也错；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确；所以选项B正确。答案　B5.（2022·河南洛阳一模）二氧化硅（SiO2）又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，硅及其化合物的转化见下图。下列说法中正确的是（　　）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.在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效。D.图中所示转化反应都是非氧化还原反应解析　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，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B项错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C项正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误。答案　C二、非选择题6.（2022·郑州质检，18）金属铅为带蓝色的银白色重金属，其单质及化合物可用于铅蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料。回答下列问题：（1）铅蓄电池是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：\nPb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O。写出放电时负极的电极反应式______________________________________________________________。（2）早在古代，硫酸铅就被用作白色颜料，但用这种颜料作出的画天长日久会变为黑色，经检测其成分为PbS。古画修复师在变黑处涂抹H2O2后即可将颜色修复，用化学方程式表示古画修复颜色的原理__________________________________________________________________。（3）PbO与次氯酸钠溶液反应可以制得PbO2，写出该反应的离子方程式__________________________________________________________________。（4）PbO2在加热过程中发生分解的失重曲线如下图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%（×100%）的残留固体，若a点固体表示为PbOx或mPbO2·nPbO，列式计算x＝　　　　，m∶n＝　　　　。解析　（1）Pb为负极发生氧化反应生成PbSO4：Pb－2e－＋SO===PbSO4。（2）H2O2氧化PbS生成PbSO4，H2O2作氧化剂，还原产物为H2O：PbS＋4H2O2===PbSO4＋4H2O。（3）PbO被ClO－氧化为PbO2，ClO－被还原为Cl－。（4）PbO2分解的化学方程式：PbO2PbOx＋O2↑，知PbO2失重质量即为生成O2的质量；取m（PbO2）＝239，则生成m（O2）＝×32，根据题意有×32＝239×4.0%，解得x，然后根据PbOx与mPbO2·nPbO中O和Pb原子个数比相等求得m∶n的值。答案　（1）Pb－2e－＋SO===PbSO4（2）PbS＋4H2O2===PbSO4＋4H2O（3）PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－（4）根据PbO2PbOx＋O2↑，有×32＝239×4.0%\nx＝1.4，根据mPbO2·nPbO，＝1.4，＝。7.（2022·甘肃天水一中一模，28）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl4、和CO，SiCl4经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备SiCl4的装置示意图。实验过程中，石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物，SiCl4、AlCl3、FeCl3遇水均易水解，有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4AlCl3FeCl3沸点/℃57.7—315熔点/℃－70.0——升华温度/℃—180300请回答下列问题：（1）写出装置A中发生反应的离子方程式：　　　　　　　　　　　，装置D的硬质玻璃管中发生主要反应的化学方程式是__________________________________________________________________。（2）装置C中的试剂是　　　　；D、E间导管短且粗的原因是__________________________________________________________________。（3）G中吸收尾气一段时间后，吸收液中肯定存在OH－、Cl－和SO。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他酸根离子（忽略空气中CO2的影响）。【提出假设】假设1：只有SO；假设2：既无SO也无ClO－；假设3：　　　　。【设计方案，进行实验】可供选择的试剂有：3mol·L－1H2SO4溶液、1mol·L－1NaOH溶液、0.01mol·L－1KMnO4溶液、溴水、淀粉KI溶液、品红溶液等。取少量吸收液于试管中，滴加3mol·L－1H2SO4溶液至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于a、b、c三支试管中，分别进行下列实验。请完成下表：序号操作可能出现的现象结论①向a试管中滴加几滴　　　若溶液褪色则假设1成立\n若溶液不褪色则假设2或3成立①向b试管中滴加几滴　　　若溶液褪色则假设1或3成立若溶液不褪色则假设2成立②向c试管中滴加几滴　　　　则假设3成立解析　（1）装置A中发生反应的离子方程式是MnO2＋2Cl－＋4H＋Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；氯气经过除杂后在D中和SiO2、C在加热条件下进行反应生成SiCl4和CO，反应的化学方程式是SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO。（2）装置B、C中分别为饱和食盐水和浓硫酸，用来除去氯气中的HCl、水蒸气；石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物，若导管较细杂质凝结成固体会堵塞导管。（3）由假设1和假设2得知，要检测的是SO和ClO－，故假设3为只有ClO－。答案　（1）MnO2＋2Cl－＋4H＋Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO（2）浓硫酸　防止生成物中的AlCl3、FeCl3等杂质凝结成固体堵塞导管（3）【提出假设】只有ClO－【设计方案，进行实验】①溴水（或0.01mol·L－1KMnO4溶液）　②品红溶液　③淀粉KI溶液　若溶液变为蓝色热点一　碳及其化合物（2022·新课标Ⅱ7，2022·浙江理综7，2022·江苏化学6）【演练1】碳的同素异形体科学家在不断深入的研究中，发现了一系列新的碳单质，对碳单质的研究已发展成一门独立的科学——碳科学。下列关于碳单质的叙述正确的是（　　）A.碳的各种单质互称为碳的同素异形体B.碳元素的各种单质结构虽然不同，但性质差别不大C.碳元素的单质性质不同，其用途相同D.碳元素的单质只有金刚石、石墨和C60解析　碳元素的单质结构不同，物理性质差别较大，B错误；碳元素单质性质不同，\n用途也不相同，C错误；常见的碳元素单质有金刚石、石墨和C60，但同时还存在其他单质，D错误。答案　A【演练2】CO2与比碳酸弱的酸所对应盐溶液的反应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。再升温至65℃以上，溶液变澄清C6H5ONa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Ca（OH）2溶液解析　A项，，升温至65℃以上，C6H5OH完全溶解，溶液变澄清；B项CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；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；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。答案　B【演练3】CO2与碱溶液反应的计算向300mLKOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，请回答下列问题：（1）由于CO2通入量不同，所得到的白色固体的量及组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。（2）若通入CO2气体2.24L（标准状况），得到11.9g白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量各为多少？所用KOH溶液的物质的量浓度为多少？\n解析　（1）可能发生的反应有：CO2不足时，CO2＋2KOH===K2CO3＋H2O①CO2过量时，CO2＋KOH===KHCO3②其中分别为、1。所以可确定、1为临界点。画数轴：根据数轴、列表得出结果。（2）根据题意，n（CO2）＝＝0.1mol，若生成的固体全部为K2CO3，则其质量为0.1mol×138g·mol－1＝13.8g；若生成的固体全部为KHCO3，则其质量为0.1mol×100g·mol－1＝10g。现固体质量为11.9g。所以，此固体为K2CO3和KHCO3的混合物，设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为amol、bmol，则有：解得a＝b＝0.05，所以，白色固体中m（K2CO3）＝0.05mol×138g·mol－1＝6.9g；m（KHCO3）＝0.05mol×100g·mol－1＝5g，反应中消耗n（KOH）＝2amol＋bmol＝0.15mol。故c（KOH）＝＝0.5mol·L－1。答案　（1）固体组成0<比值<KOH、K2CO3＝K2CO3<比值<1K2CO3和KHCO3≥1KHCO3（2）白色固体为K2CO3和KHCO3的混合物。质量分别为K2CO36.9g和KHCO35g。c（KOH）＝0.5mol·L－1。热点二　硅及其化合物　无机非金属材料（2022·福建理综9，2022·四川理综1，2022·广东理综Ⅱ10，2022·江苏化学4，2022·重庆理综26）【演练4】无机非金属材料月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层5cm厚的沙土中就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[（Mg或Fe）2SiO4]等，\n下列说法或分析不正确的是（　　）A.辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B.斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2C.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气D.橄榄石中铁为＋2价解析　斜长石的氧化物形式应表示为K2O·Al2O3·6SiO2，故B错误。答案　B【演练5】硅及其化合物之间的转化在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质，a溶液焰色为黄色。据此填空：据此填写：（1）B的化学式是　　　　，目前在现代通讯方面B已被作用　　　　的主要原料。（2）B和a溶液反应的离子方程式是_____________________________________________________________________________________________________。（3）A和a溶液反应的离子方程式是_____________________________________________________________________________________________________。（4）C和过量盐酸反应的离子方程式是____________________________________________________________________________________________________________________________________。解析　由CE↓（白色）D＋B及问题（1）可推知C应为Na2SiO3，E为H2SiO3，D为H2O，B为SiO2。进一步可推知A为Si，a溶液为NaOH溶液，F为H2。答案　（1）SiO2　光导纤维（或光纤）（2）SiO2＋2OH－===SiO＋H2O（3）Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑（4）SiO＋2H＋===H2SiO3↓