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第四章 非金属及其化合物
第11讲 碳、硅及无机非金属材料（精练）
完卷时间：50分钟
可能用到的相对原子质量：H1 O16 Mg24 Al27 Si28 Fe56
一、选择题（每小题只有一个正确选项，共12*5分）
1．（2021·广东汕头市·高三二模）芯片被誉为“现代工业粮食”，是新一代信息产业的基石。制备芯
片材料高纯硅的装置如下图所示(加热及夹持装置省略)，利用SiHCl 与过量H 在1100～1200℃反应
3 2
(SiHCl 沸点为31.8℃，遇水会强烈水解)，下列说法不正确的是
3
A．装置B中的试剂是浓硫酸
B．实验开始时先打开装置A中的K
1
C．装置C采用常温冷却水，目的是使SiHCl 与H 充分混合
3 2
D．石英管中发生反应SiHCl+H Si+3HCl
3 2
【答案】C
【解析】装置A中Zn与稀硫酸反应产生H，由于SiHCl 遇水强烈水解，故需要对氢气进行干燥，故装置B
2 3
中盛放浓硫酸，装置C采用热水浴加热，使SiHCl 气化，与H 形成混合气体，进入石英管中反应，高温条
3 2
件下，SiHCl 被H 还原为Si。
3 2
A．由分析知，装置B中盛放浓硫酸，起到干燥氢气的作用，A正确；B．实验开始时先打开K，利用生成
1
的H 将装置中的空气排尽，防止加热石英管时因H 不纯而爆炸，B正确；C．由于SiHCl 为液体，实验需
2 2 3
得到SiHCl 气体，故装置C应采用热水浴，使SiHCl 气化，C错误；D．SiHCl 被H 还原为Si，根据元素
3 3 3 2
守恒推知另一产物为HCl，故该反应为：SiHCl+H Si+3HCl，D正确；故答案选C。
3 2
2．（2021·湖北高三零模）水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙(3CaO∙SiO)。将其与适
2
量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下2(3CaO∙SiO)+6HO=3CaO∙2SiO∙3HO+3Ca(OH) ∆H＜0。但
2 2 2 2 2
是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是
A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
【答案】C
【解析】A．水泥由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得，A说法正确；B．水泥生产过程中加入石膏的
目的是为了调节水泥的凝结硬化速度，调整水泥的凝结时间，B说法正确；C．水与硅酸三钙(3CaO∙SiO)发
2
生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，C说法错误；D．硅酸三钙(3CaO∙SiO)与水反应放热，以冰
2
代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡，保证建筑质量，D说法正确；答案为C。
3．（2021·湖南株洲市·高三一模）下列叙述不正确的是
A．硅是应用最广泛的半导体材料 B．硅在自然界中主要以单质形式存在
C．二氧化硅可用于生产玻璃 D．高纯度的硅可用于制造计算机芯片
【答案】B
【解析】A．晶体硅导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最广泛的良好的半导体材料，故A正确；B．硅
是亲氧元素，在自然界中都是以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，故B错误；C．生产玻璃的
主要原料为石英、纯碱和石灰石，高温下，二氧化硅能与碳酸钠、碳酸钙反应，可用于制造玻璃，故C正
确；D．硅的导电性介于导体与绝缘体之间是良好的半导体材料，晶体硅可以用于制造计算机芯片，故D正
确；故选B。
4．（2020·安徽芜湖市·高三月考）下列关于SiO 和CO 的叙述不正确的是
2 2
A．都是共价化合物
B．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D．SiO 可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
2
【答案】C
【解析】A.SiO 和CO 都是共价化合物，A正确；B.都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应产生盐和水，B
2 2
正确；C. SiO 不能溶于水且不能与水反应生成相应的酸，C错误；D. 光在SiO 中可以全反射，因此SiO
2 2 2
可用于制光导纤维，固态CO 容易升华，升华时吸收大量的热，因此干冰可用于人工降雨，D正确；答案选
2
C。
5．（2020·河南安阳市·高三二模）中国是瓷器的故乡，有“瓷都”之称的江西景德镇出产的青花瓷是
瓷器的代表，蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSiO）是瓷器加工中常用的颜料。下列说法正确的是
2 6A．瓷器属于新型无机硅酸盐产品
B．硅酸铜钡还可表示为BaO·CuO·2SiO
2
C．石灰石、黏土是生产瓷器的主要原料
D．瓷器具有较高的强度与硬度
【答案】B
【解析】A．陶瓷为传统无机非金属材料，故A错误；B．硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼
金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡(BaCuSiO)用氧化物形式表示为：
2 6
BaO•CuO•2SiO，故B正确；C．生产陶瓷用到的主要原料为黏土，故C错误；D．瓷器易碎，强度不大，但
2
具有较高的硬度，故D错误；故选：B。
6．（2021·浙江湖州市·高三二模）沸石是一种含水架状结构的多孔性铝硅酸盐晶体，其基本结构单元
是硅氧四面体和铝氧四面体。沸石的化学组成为：M[ (AlO) ·(SiO) ]·z(HO)，其中M为金属阳离
a 2 x 2 y 2
子。下列推测不正确的是
A．沸石的架状结构中存有的空气，可作为气泡的凝结核，能使反应液平稳沸腾
B．若金属阳离子带n个单位正电荷，则x =a·n
C．增大x /y(铝硅比)的值，可以增强沸石的耐酸、耐碱和耐高温的性能
D．沸石具有筛分分子的作用，可用于分离、提纯气体或液体混合物
【答案】C
【解析】A．沸石是一种含水架状结构的多孔性铝硅酸盐晶体，架状结构中存有的空气，可作为气泡的凝
结核，能使反应液平稳沸腾，故A正确；B．若金属阳离子带n个单位正电荷，根据电荷守恒得x =a·n，
故B正确；C．增大x /y(铝硅比)的值，可以改变分子筛的空间结构，从而改变分子筛的稳定性，故C错
误；D．调节硅铝比可以调节分子筛的孔径，根据分子筛孔径大小可以筛分不同大小的分子，可用于分
离、提纯气体或液体混合物，故D正确；故答案为：C。
7．（2021·四川自贡市·高三一模）中国景德镇瓷器精美绝伦，瓷器表面的兔毫釉主要成分为SiO，还
2
含有少量AlO 和FeO。下列说法错误的是
2 3 2 3
A．SiO 属于酸性氧化物
2
B．景德镇瓷器不宜保存酸性或碱性太强物质
C．兔毫釉极易被空气氧化，瓷器不能在空气中久置
D．AlO 中氧的质量分数高于FeO
2 3 2 3
【答案】C
【解析】A．SiO 能与碱反应只生成盐和水，属于酸性氧化物，故A正确；B．SiO 能与碱反应生成盐和
2 2
水，AlO 能与酸和碱反应，FeO 能与酸反应，所以景德镇瓷器不宜保存酸性或碱性太强物质，故B正确；
2 3 2 3C．SiO、AlO 和FeO 的化学性质很稳定，不易被空气氧化，故C错误；D．AlO 中氧的质量分数为
2 2 3 2 3 2 3
FeO 中氧的质量分数为 故D正确；故答案为C。
2 3
8．（2020·湖北黄石市·黄石二中高三三模）X、Y、Z、W为原子序数递增的四种短周期元素，其中Z为
金属元素，W的单质为常见的半导体材料，X、W为同一主族元素。X、Z、W分别与Y形成的最高价化合物
为甲、乙、丙。结合如图转化关系，下列判断正确的是（ ）
A．X的氢化物沸点低于Y的氢化物沸点
B．W的单质可以用作计算机芯片，太阳能电池，丙是玛瑙的主要成分
C．甲、丙、丁均为酸性化合物
D．工业上用X的单质和乙来制取Z单质
【答案】B
【解析】X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素，其中Z为金属元素，可在甲中燃烧生成X的
单质，应为镁与二氧化碳的反应，则Z为Mg，甲为CO，乙为MgO，由此关系可知X为C元素，W的单质为
2
常见的半导体材料，X、W为同一主族元素，则W为Si，Y为O元素，丁为CO，丙为SiO。A. X的氢化物为
2
烃，Y的氢化物为水，烃的种类很多，其沸点不一定低于水，故A错误；B. W为Si，是良好的半导体材
料，可以用作计算机芯片、太阳能电池，丙为二氧化硅，是玛瑙的主要成分，故B正确；C. 丁为CO，不
能与碱反应生成盐和水，所以不是酸性氧化物，故C错误；D. 工业用电解质熔融的氯化镁的方法冶炼镁，
故D错误；故选B。
9．（2020·广东茂名市·高三模拟）玻璃的出现与使用已有四千多年的历史。下列说法正确的是（
）
A．玻璃花纹可以用氢氟酸进行雕刻
B．有机玻璃的主要成分为硅酸钠
C．纯碱和硅单质是制取普通玻璃的主要原料
D．玻璃外观规则，属于晶体，有固定的熔点
【答案】A
【解析】A．玻璃的主要成分是SiO，氢氟酸能与SiO 反应，可以雕刻玻璃，故A正确；B．有机玻璃的主
2 2要成分为聚丙烯酸甲酯，是一种有机高分子材料，硅酸钠是无机物，故B错误；C．制取普通玻璃的主要原
料是无机矿物，如纯碱、石英砂、石灰石等，不含硅单质，故C错误；D．玻璃是混合物，不是晶体，混合
物没有固定的熔点，故D错误；答案选A。
10．（2020·山东潍坊市·高三二模）世界第一条大面积碲化镉薄膜“发电玻璃”生产线最近在成都投
产，该材料是在玻璃表面镀一层碲化镉薄膜，光电转化率高。下列说法错误的是
A．普通玻璃含有二氧化硅 B．该发电玻璃能将光能不完全转化为电能
C．碲化镉是一种有机化合物 D．应用该光电转化技术可减少温室气体排放
【答案】C
【解析】A. 玻璃成分为硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅，故A正确，但不符合题意；B. 该发电玻璃能将光能
转化为电能，但是不能完全转化，存在能量损耗，故B正确，但不符合题意；C. 碲化镉不含碳元素，是一
种无机化合物，不是有机化合物，故C错误，但符合题意；D. 应用该光电转化技术可减少化石燃料的使
用，减少二氧化碳的排放，故D正确，但不符合题意；故选：C。
11．（2020·广东中山市·中山纪念中学高三二模）有以下六种饱和溶液①CaCl；②Ca(OH)；
2 2
③NaSiO；④NaCO；⑤NaAlO；⑥NH 和NaCl，分别持续通入CO，最终不会得到沉淀或析出晶体的是
2 3 2 3 2 3 2
A．①② B．③⑤ C．①⑥ D．④⑥
【答案】A
【解析】①碳酸比盐酸弱，CO 与CaCl 溶液不会反应，无沉淀生成，故①正确；②酸性氧化物能与碱反
2 2
应，过量的CO 与Ca（OH） 反应：Ca（OH）+2CO═Ca（HCO），无沉淀生成，故②正确；③碳酸比硅酸
2 2 2 2 3 2
强，过量的CO 与NaSiO 溶液反应：2CO+NaSiO+2HO ═2NaHCO+HSiO↓，产生硅酸沉淀，故③错误；
2 2 3 2 2 3 2 3 2 3
④过量的CO 通入饱和NaCO 溶液中发生反应：NaCO+HO+CO═2NaHCO↓，因为碳酸氢钠溶解度比碳酸钠
2 2 3 2 3 2 2 3
小，所以有NaHCO 晶体析出，故④错误；⑤NaAlO 溶液通入过量的二氧化碳，由于碳酸酸性比氢氧化铝
3 2
强，所以生成氢氧化铝白色沉淀和碳酸氢钠，2HO+NaAlO+CO=Al（OH）↓+NaHCO，故⑤错误；⑥通入CO
2 2 2 3 3 2
与NH 和NaCl反应生成氯化铵和碳酸氢钠，碳酸氢钠的溶解度较小，则最终析出碳酸氢钠晶体，故⑥错
3
误；故选A。
12．（2020·浙江高三模拟）青石棉（cricidolite）是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹
公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为：NaFeSiO （OH），青石棉用稀硝酸溶液处理
2 5 8 22 2
时，还原产物只有NO，下列说法中正确的是
A．青石棉是一种易燃品，且易溶于水
B．青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：NaO·3FeO·FeO·8SiO·HO
2 2 3 2 2
C．1mol NaFeSiO （OH） 与足量的硝酸作用，至少需消耗8.5 L 2 mol/L HNO 溶液
2 5 8 22 2 3
D．1mol NaFeSiO （OH） 与足量氢氟酸作用，至少需消耗7 L 2 mol/L HF溶液
2 5 8 22 2【答案】B
【解析】A．青石棉属于硅酸盐，不易燃，也不溶于水，A错误；B．青石棉中铁元素的化合价由+2价和+3
价两种，根据原子守恒和化合价不变的思想，化学组成用氧化物的形式可表示为：NaO·3FeO·FeO·
2 2 3
8SiO·HO，B正确；C．8.5 L2 mol·L-1HNO 溶液中硝酸的物质的量为17mol，青石棉用稀硝酸溶液处理
2 2 3
时，亚铁离子被氧化为铁离子，硝酸被还原为一氧化氮，产物为NaNO、Fe（NO）、NO、HO、SiO，1mol
3 3 3 2 2
该物质能和18molHNO 反应，C错误；D．7L2 mol·L-1HF溶液中HF的物质的量为14mol，1mol青石棉能与
3
34mol氢氟酸反应生成四氟化硅，D错误。答案选B。
二、主观题（共3小题，共40分）
13.（14分）研究CO 在海洋中的转移和归缩，是当今海洋科学研究的前沿领域。
2
(1)溶于海水的CO 主要以4种无机碳形式存在，其中 HCO占95%。写出CO 溶于水产生HCO的方程式：
2 2
___________、______________。
(2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。
①写出钙化作用的离子方程式：____________________________。
②同位素示踪法证实光合作用释放出的O 只来自HO。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其
2 2
补充完整：
________＋________ (CHO)＋x18O＋xHO
2 x 2 2
(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可
采用如下方法：
①气提、吸收CO 。用N 从酸化后的海水中吹出CO 并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补
2 2 2
充完整并标出所用试剂。
②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO ，再用x mol·L－1 HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海
3
水中溶解无机碳的浓度＝________mol·L－1。
【答案】（每空2分）(1)CO＋HO HCO、HCO H＋＋HCO
2 2 2 3 2 3
(2)①2HCO＋Ca2＋===CaCO↓＋CO↑＋HO
3 2 2
②xCO 2xHO
2(3)① ②
【解析】(1)CO 溶于水产生HCO的方程式为CO＋HO HCO、HCO H＋＋HCO。
2 2 2 2 3 2 3
(2)①根据题图找出钙化作用的反应物和生成物，可知发生反应的离子方程式为 Ca2＋＋2HCO===CaCO↓＋
3
CO↑＋HO。②根据题图中光合作用及元素守恒可配平，注意18O的标记。
2 2
(3)①酸化海水不能用挥发性的酸，因为要用NaOH溶液吸收CO ，故选用HSO 溶液酸化。②NaHCO ～HCl，
2 2 4 3
海水中溶解无机碳的浓度为＝mol·L－1。
14．（12分）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SiN 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H 的保护下，
3 4 2
使SiCl 与N 反应生成SiN 沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：________________________。
4 2 3 4
(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N 和H 时，铜屑的作用是___________________________，
2 2
硅胶的作用是_________________________________________________。
②在氮化炉中发生反应3SiO(s)＋2N(g)===SiN(s)＋3O(g) ΔH＝－727.5 kJ·mol－1，开始时，严格控
2 2 3 4 2
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”)。
【答案】（每空2分）(1)3SiCl＋2N＋6H===SiN＋12HCl
4 2 2 3 4
(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N 的接触 将体系中的氧气转化为水蒸气，
2
而易被除去(或将整个体系中空气排尽)
③硝酸
【解析】(1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl ＋2N ＋6H===SiN ＋12HCl。(2)①由于氧气和水
4 2 2 3 4
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 N 的接触；
2
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。
15．（2020·浙江省杭州第二中学高三模拟）（14分）化合物 A 由三种短周期元素组成，某兴趣小组进
行了如下实验：
已知：气体甲为纯净物且只含两种元素，在标况下体积为 672 mL；固体甲为常用的耐火材料，溶液乙为
建筑行业中常用的粘合剂。请回答下列问题：
（1）A 的组成元素为_____（用元素符号表示），A 的化学式为_____；
（2）写出A溶于盐酸的化学方程式______________________________。
（3）写出气体甲与 NaOH（aq）反应的离子方程式___________________。
（4）往溶液乙中通入少量 CO 气体发生的化学方程式___________________。
2
（5）高温下A 与足量氯气能发生剧烈爆炸，生成三种常见化合物，试写出相应的化学方程式_____。
【答案】（除标注外，每空2分）（1）Mg、Si、H（3分） MgSiH （3分）
2 4
（2）MgSiH+2HCl=SiH↑+MgCl
2 4 2 6 2
（3）SiH+4OH-+2HO=2 +7H↑
2 6 2 2
（4）NaSiO + CO + HO=NaCO + HSiO↓
2 3 2 2 2 3 2 3
（5）MgSiH+7Cl MgCl+2SiCl+4HCl
2 4 2 2 4
【解析】2.52 gA中加入20 mL3 mol/L的盐酸发生反应生成气体甲为纯净物且只含两种元素，在标况下体
积为672 mL，物质的量 ，气体甲和120 mL1 mol/L的氢氧化钠溶液恰好完全反
应生成气体单质乙和溶液乙，溶液乙为建筑行业中常用的粘合剂，溶液乙为硅酸钠溶液，说明A中含硅元素、氢元素，溶液甲只含一种溶质，加入过量氢氧化钠溶液生成氢氧化物白色沉淀，加热得到白色固体甲
为常用的耐火材料，固体甲应为氧化镁，白色沉淀为Mg(OH)，则判断甲溶液中含Mg元素，为MgCl 溶液，
2 2
计算得到镁的物质的量 ，则A含有的元素为Mg、Si、H元素，气体甲为纯净
物且只含两种元素为Si、H组成，气体物质的量0.03 mol，和120 mL1 mol/L的氢氧化钠溶液恰好完全反
应生成气体单质乙和溶液乙，消耗NaOH物质的量=0.12 L×1 mol/L=0.12 mol，则气体甲和氢氧化钠反应
的物质的量之比为1：4，生成 和氢气，根据原子守恒得到甲为SiH，甲和氢氧化钠溶液反应的离子
2 6
方程式：SiH+4OH-+2HO=2 -+7H↑，n(Si)=0.06 mol，所含氢元素物质的量
2 6 2 2
，n(Mg)：n(Si)：n(H)=0.03mol：
0.06mol：0.12mol=1：2：4，A为MgSiH。
2 4
(1) 根据上述分析， A含有的元素为Mg、Si、H元素；A为MgSiH；故答案为：Mg、Si、H；MgSiH；
2 4 2 4
(2) 根据上述分析，A为MgSiH，气体甲为SiH，溶液甲为MgCl，故A溶于盐酸的化学方程式为
2 4 2 6 2
MgSiH+2HCl=SiH↑+MgCl。
2 4 2 6 2
(3)气体甲为SiH，气体甲和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，离子方程式为：SiH+4OH-+2HO=2
2 6 2 6 2
+7H↑，故答案为：SiH+4OH-+2HO=2 +7H↑；
2 2 6 2 2
(4) 溶液乙为硅酸钠溶液，通入少量二氧化碳反应生成硅酸沉淀和碳酸钠，化学方程式为：NaSiO + CO
2 3 2
+ HO=NaCO + HSiO↓，故答案为：NaSiO + CO + HO=NaCO + HSiO↓；
2 2 3 2 3 2 3 2 2 2 3 2 3
(5) 高温下，A与足量氯气能发生剧烈爆炸，生成三种常见化合物为氯化镁、四氯化硅和氯化氢，反应的
化学方程式：MgSiH+7Cl MgCl+2SiCl+4HCl，故答案为：MgSiH+7Cl MgCl+2SiCl+4HCl。
2 4 2 2 4 2 4 2 2 4
