文档内容
第十三讲 碳、硅及无机非金属材料
【基础巩固】
1.下列有关碳及其化合物的说法正确的是( )
A.CO 不是导致温室效应的主要气体
2
B.CO和CO 组成元素相同，所以他们的化学性质相同
2
C.金刚石、石墨是碳的单质，而C 是碳的化合物
60
D.在高温条件下，碳能使CO 转变成CO
2
2．二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SiO 所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
2
①SiO＋2NaOH===Na SiO＋HO ②SiO ＋2C=====Si＋2CO↑
2 2 3 2 2
③SiO ＋4HF===SiF ↑＋2HO ④Na CO＋SiO=====NaSiO＋CO↑
2 4 2 2 3 2 2 3 2
⑤SiO＋3C=====SiC＋2CO↑
2
a．反应①中SiO 作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
2
b．反应②中SiO 表现出氧化性
2
c．反应③中SiO 表现了酸性氧化物的通性
2
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理
e．反应⑤中SiO 未参加氧化还原反应
2
A．ace B．bde C．cde D．ab
3.高纯硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法制备：
SiO――→Si(粗)――→SiHCl ――→Si(纯)
2 3
下列说法不正确的是( )
A.步骤①的化学方程式：SiO＋2C=====Si＋2CO↑
2
B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4mol电子
C.步骤③中的反应为氧化还原反应
D.高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO 是制造太阳能电池的基本原料
2
4.(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
5．部分含碳物质的分类与相应碳元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是( )A．a中可能含有非极性键 B．b存在多种同素异形体
C．c不属于酸性氧化物 D．d转化为e可通过化合反应实现
6．实验室用H 还原SiHCl (沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，
2 3
下列说法正确的是( )
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓HSO 、冰水
2 4
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微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D．该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备氨
7.海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球气候变化的关键控制环节。下图为海洋中碳循环
的简单原理图。下列说法错误的是( )
A.海洋碳循环过程中能将太阳能转化为化学能
B.钙化释放CO 的离子方程式：2HCO＋Ca2＋===CaCO ↓＋CO↑＋HO
2 3 2 2
C.影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等
D.光合作用，每生成0.1 mol (CH O) 转移电子数为4N (N 表示阿伏加德罗常数)
2 x A A
8.(2022·湖南百校大联考)以叶蛇纹石[主要成分是Mg(Si O )(OH) ，含少量Fe O、FeO、Al O 等]为原料提
6 4 10 8 2 3 2 3
取高纯硅的流程如下：
下列说法错误的是( )A.反应2的副产物可作燃料 B.反应3和反应4的副产物可循环利用
C.反应2、3、4都是氧化还原反应 D.上述流程中反应3和反应4可在同一容器中进行
9.综合利用CO、CO对构建低碳社会有重要意义。
2
(1)Li O、NaO、MgO均能吸收CO。如果寻找吸收CO 的其他物质，下列建议合理的是________(填字母)。
2 2 2 2
A.可在碱性氧化物中寻找
B.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
C.可在具有强氧化性的物质中寻找
(2)Li SiO 可用于吸收、释放CO ，原理是在500 ℃，CO 与LiSiO 接触后生成LiCO ；平衡后加热至700
4 4 2 2 4 4 2 3
℃ ， 反 应 逆 向 进 行 ， 放 出 CO ， LiSiO 再 生 ， 写 出 CO 与 LiSiO 反 应 的 化 学 方 程 式 ：
2 4 4 2 4 4
____________________。
(3)如图所示，利用缺铁氧化物(如Fe O)可实现CO 的综合利用、构建低碳环保社会。
0.9 2
①过程Ⅰ反应中二氧化碳作________(填“氧化”或“还原”)剂，每生成3 mol的Fe O 可转化CO 的体积
3 4 2
为________(标准状况)。
②请说明该转化的优点：____________________________________________________________________。
10.氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合
成氮化硅粉末的路线如图所示：
――→――→――→――→――→
其中—NH 中各元素的化合价与NH 相同。请回答下列问题：
2 3
(1) 石 英 砂 不 能 与 碱 性 物 质 共 同 存 放 ， 以 NaOH 为 例 ， 用 化 学 方 程 式 表 示 其 原 因 ：
_________________________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH ) 在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为
2 4
_____________________________________。
(4)在高温下将SiCl 在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化
4
合生成A。写出SiCl 与B和C两种气体反应的化学方程式：____________________________________。
4
【拔高练习】
1．“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
2.下列关于硅及其化合物的描述中正确的是( )
A.SiO 硬度大，故可用于制造光导纤维
2
B.在给定条件下，下列物质间转化可实现：CaCO ――→CaO――→CaSiO
3 3
C.硅太阳能电池工作时，光能转化成电能，该过程与氧化还原反应有关
D.在给定条件下，下列物质间转化可实现：SiO――→SiCl ――→Si
2 4
3.水玻璃(Na SiO 溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳
2 3
灰(SiO：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
2
下列说法正确的是( )
A.原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值 B.操作A与操作B完全相同
C.该流程中硅元素的化合价发生改变 D.反应器中发生的反应为氧化还原反应
4.(2021·金华模拟)碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、
电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下
列关于纳米管说法不正确的是( )
A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性
B.碳纳米管拥有极高的熔点
C.纳米管是一种新型有机纳米材料
D.纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
5.(2022·南平期中)我国成功地发射了嫦娥一号探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测等。
月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石
(CaMgSi O)、斜长石(NaAlSi O)和橄榄石[(Mg或Fe)SiO]等。下列说法或分析不正确的是( )
2 6 3 8 2 4
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NaO·Al O·3SiO
2 2 3 2
C.月球表层沙土中含有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气
D.橄榄石中铁元素为＋2价6.(2022·永昌一中月考)关于无机非金属材料下列说法正确的是( )
A.氮化硅陶瓷，光导纤维，石英玻璃都属于新型无机非金属材料
B.硅酸盐中Si和O构成了硅氧四面体，每个Si结合2个O，每个O与4个Si相结合
C.石英、硅太阳能电池、水晶、玛瑙主要成分都是SiO
2
D.钾长石(K Al Si O )写成氧化物的形式为KO·Al O·6SiO
2 2 6 16 2 2 3 2
7．（2023·陕西西安·统考二模）2022年科技创新结出累累硕果，加快实现了高水平建设科技强国。下列有
关说法错误的是（ ）
A．国产航母海上巡航，航母甲板是高强度钢材，钢是一种铁碳合金
B．“华龙一号”核电项目中核反应堆所用铀棒中含有的 U与 U互为同位素
235 238
❑ ❑
92 92
C．“北斗导航”系统应用一体化芯片手机，芯片成分为SiO
2
D．C919大飞机采用的材料中使用了高温陶瓷材料氮化硅，氮化硅属于新型无机非金属材料
8．（2023·全国·统考一模）乙酸硅是白色至米色晶体。某校同学设计实验先制备SiCl ，再由SiCl 与乙酸
4 4
酐反应制备乙酸硅。已知部分物质性质如表：
物质 化学式 熔点 沸点 性质
乙酸硅 (CHCOO) Si 110℃ 148℃ 白色至米色晶体
3 4
四氯化硅 SiCl -70℃ 57.6℃ 极易水解
4
乙酸酐 (CHCO) O -73℃ 140℃
3 2
回答下列问题：
(1)制备SiCl 装置(部分夹持仪器已省略)如图：
4
①A中制取Cl 的反应中，被氧化与未被氧化HCl的物质的量之比为_____(写最简比)，C中盛放的试剂是
2
_____。
②装置D中发生的是置换反应，其化学方程式为_____。
③装置E用冰水浴的目的是_____。④上述设计的装置有一处明显不妥，改进的方法是_____。
(2)制备(CHCOO) Si的反应装置如图所示。将一定量的SiCl 放入三颈烧瓶中，在电磁搅拌下，由滴液漏斗
3 4 4
滴入过量的乙酸酐，关闭活塞。SiCl 和(CHCO) O的反应为放热反应，反应后反应混合物带色，并开始析
4 3 2
出(CHCOO) Si晶体。
3 4
①写出生成(CHCOO) Si的化学方程式：_____(生成物有两种)。
3 4
②完成反应后，将反应混合液放置数日，再用干冰一丙酮浴冷却后，将导管伸入液面以下，_____(结合装
置图填写操作)，获得(CHCOO) Si晶体粗品，若得到较纯的(CHCOO) Si，则下一步操作为_____。
3 4 3 4
9．（2023·陕西铜川·统考二模）碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会
承诺2030年实现“碳达峰”，2060 年实现“碳中和”。为了实现这个目标，加强了对CO 转化的研究，
2
因此CO 的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。根据信息回答下列问题。
2
I．研究表明CO 与CH 在催化剂存在下可发生反应制得合成气：CO(g)+CH (g)❑2CO(g)+2H(g) ΔH
2 4 2 4 2
⇌
一定压强下，由最稳定单质生成1mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。
(1)已知CO(g)、CH(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395kJ·mol-1、-74.9kJ ·mol-1 、-110.4kJ· mol-1，则上述
2 4
反应的 ΔH =________kJ·mol-1。
II．研究表明CO 与H 能发生下列反应：
2 2
反应1：CO(g)+4H(g)❑CH(g)+2HO(g) ΔH =- 154 kJ·mol-1
2 2 4 2 1
⇌
反应2：CO(g)+3H g)❑CHOH(g)+H O(g) ΔH= - 49 kJ·mol-1
2 2( 3 2 2
⇌
(2)在573K时，体积为2L的恒容容器中投入2molCO 和6molH 发生反应2达到平衡。
2 2
①为了提高CHOH产率可以采取的措施有_____________，________ (任写两项措施)。
3
1
②图1中能表示该反应的平衡常数的对数lnK与 (T表示温度)之间的变化关系的曲线是______(填“m”或
T
“n”)。③测得在相同时间内，不同温度下的H 转化率如图2所示，v(a) _____v(c) (填“>”、“<”或“=”)；T
2 逆 逆 2
温度下该反应的平衡常数K值为______(保留两位小数)。
(3)在恒容密闭容器中，反应1按进料浓度比c(CO)：c(H)分别等于1:2、1:5、1:7时，CO 的平衡转化率随
2 2 2
条件X的变化关系如图3所示：
①曲线a的进料浓度比c(CO)：c(H)为____________。
2 2
②条件X是_____ (填“温度”或“压强”)，依据是________。
(4)我国学者探究了BiIn合金催化剂电化学还原CO 生产HCOOH的催化性能及机理，并通过DFT计算催
2
化剂表面该还原过程的物质的相对能量，如图4所示(带“* ”表示物质处于吸附态)。试从图4分析，采用
BiIn合金催化剂既优于单金属Bi催化剂，又优于单金属In催化剂的原因是______________。
