2021届高考化学复习：专题一 含硅矿物与信息材料(有答案和详细解析)

专题一含硅矿物与信息材料（有答案和详细解析）

一、选择题

1．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )

A．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料

B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化

C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦

D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐

答案 D

解析D项，沙子的主要成分是SiO2，错误。

2．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )

A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化

B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料

C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物

D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸

答案 C

解析不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，故A正确；新型无机非金属材料主要有先进陶瓷、非晶体材料、人工晶体、无机涂层，无机纤维等，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，故B正确；瓷器主要是黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，故C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，故D正确。

3．新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示。

下列有关说法正确的是( )

A．石墨烯是一种新型化合物

B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物

C．二者和石墨都是碳的同素异形体

D．氧化石墨烯具有一定的亲水性

答案 D

解析石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以具有一定的亲水性，D 正确。

4．气凝胶是一种世界上最轻的固体，也被称为“固态烟”，非常坚固耐用，它可以承受相当于自身重量几千倍的压力，最高能承受1 400 ℃的高温，绝热性能十分优越，其主要成分是二氧化硅等。下列说法正确的是( )

A．该材料具有良好的导电性

B．二氧化硅可用于制作光导纤维

C．二氧化硅耐所有的酸或碱

D．水泥的主要成分是二氧化硅

答案 B

解析气凝胶的主要成分是二氧化硅，二氧化硅不导电，A项不正确；二氧化硅可溶于强碱和氢氟酸，C 项不正确；水泥的主要成分是硅酸盐，D项不正确。

5．下列除杂方法正确的是( )

A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去

B．CO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热

C．CO2中含有HCl杂质，可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶

D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤

答案 B

解析A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶；D项，Na2CO3与CO2反应生成NaHCO3。

6．锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)与碳、硅两元素同位于第ⅣA族，其原子序数按锗、锡、铅的顺序依次增大，则下列推断一定不正确的是( )

A．铅可形成PbO、PbO2两种氧化物

B．锗与盐酸不反应，锡、铅能与盐酸反应

C．锗、锡、铅的＋4价氢氧化物的碱性：Ge(OH)4＜Sn(OH)4＜Pb(OH)4

D．锗、锡、铅的金属性依次减弱

答案 D

解析Pb在第ⅣA族，有＋2、＋4两种化合价因而可形成PbO、PbO2两种氧化物，A正确；锡、铅均排在金属活动性顺序中氢的前面，因而可与盐酸反应，B正确；同一主族从上到下元素的金属性依次增强，因而Ge(OH)4、Sn(OH)4、Pb(OH)4的碱性依次增强，C正确、D错误。

7．中国的瓷器驰名世界，传统陶瓷是以黏土[主要成分为Al2Si2O5(OH)4]等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品。下列有关说法不正确的是( )

A ．黏土也是制备玻璃的原料之一

B ．黏土的主要成分可以表示为Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O

C ．陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料

D ．传统陶瓷材料的成分与新型陶瓷材料的成分不同

答案 A

解析 制备玻璃的主要原料是石英、石灰石与纯碱，不包括黏土，A 项错误。

8．化学家Seidel 指出Si 与NaOH 溶液的反应，首先是Si 与OH －反应生成SiO 4－4，然后SiO 4－4迅速水解生

成H 4SiO 4。下列有关说法正确的是( )

A ．原硅酸钠(Na 4SiO 4)能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na 4SiO 4为弱电解质

B ．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品

C ．2HCl ＋Na 2SiO 3===H 2SiO 3↓＋2NaCl 说明Cl 的非金属性强于Si

D ．半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅

答案 D

解析 原硅酸钠(Na 4SiO 4)是强电解质，A 项错误；石英玻璃的主要成分是SiO 2，不属于硅酸盐产品，B 项错误；HCl 不是Cl 的最高价氧化物对应的水化物，无法通过盐酸与硅酸钠的反应比较Cl 、Si 的非金属性强弱，C 项错误。

9．关于硅酸胶体的制备，课本上有：“在试管中加入3～5 mL Na 2SiO 3溶液(饱和Na 2SiO 3溶液按1∶ 2或1∶3 的体积比用水稀释)，滴入1～2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止”的描述，下列说法中正确的是( )

A ．发生的反应方程式为：

Na 2SiO 3＋2HCl===H 2SiO 3＋2NaCl

B ．可用过滤的方法除去胶体中的杂质

C ．所得的硅酸胶体带有负电荷

D ．用激光笔照射该液体时，会产生一条明亮的光路

答案 D

解析 发生反应的方程式为：Na 2SiO 3＋2HCl===H 2SiO 3(胶体)＋2NaCl ，A 错误；胶体可以透过滤纸，不能用过滤的方法除去胶体中的杂质，B 错误；胶体不带电，C 错误；用激光笔照射该液体时，会产生一条明亮的光路，即丁达尔效应，D 正确。

10．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( )

A ．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中

B ．反应①Na 2SiO 3＋H 2O ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓，反应②Na 2CO 3＋SiO 2=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生

C ．陶瓷、玻璃都能贮存氢氟酸

D ．祖母绿的主要成分为Be 3Al 2Si 6O 18，用氧化物形式表示为3BeO·Al 2O 3·6SiO 2

答案 D

11．下列离子方程式中书写正确的是( )

A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO2－3＋H2SiO3

B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：

Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO－3

C．二氧化硅与氢氟酸反应：

SiO2＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2O

D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：

SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O

答案 D

12．青石棉(crocidolite)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Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸处理时，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：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O

C．1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用，至少需消耗8.5 L 2 mol·L－1 HNO3溶液

D．1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量氢氟酸作用，至少需消耗7 L 2 mol·L－1 HF溶液

答案 B

解析青石棉既不能燃烧，也不溶于水；将Na2Fe5Si8O22(OH)2改写成氧化物的形式，即为

Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，其中的Na2O、FeO、Fe2O3、SiO2均能与氢氟酸发生复分解反应，而Na2O、Fe2O3可与硝酸发生复分解反应，FeO与硝酸发生氧化还原反应：3FeO＋10HNO3 ===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，SiO2与硝酸不反应，根据1 mol青石棉中各氧化物与HF、HNO3反应的情况及反应时的物质的量之比可判断C、D错误。

13．寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是( )

A．寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触

B．寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物

C．潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质

D．置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质

答案 C

解析根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A对；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B对；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C错；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D对。

14．将含有0.1 mol SiO2的铝、硅混合物分别与足量NaOH溶液、盐酸混合，充分反应后前者可得到11.2 L气体(标准状况)，后者可得到6.72 L气体(标准状况)，则参加反应的n(HCl)与n(NaOH)之比为( ) A．1∶1 B．1∶2

C ．2∶1

D ．3∶1

答案 A 解析 混合物与足量NaOH 溶液反应生成的n (H 2)1＝11.2 L 22.4 L·mol －1

＝0.5 mol ，混合物与足量盐酸反应生成的n (H 2)2＝ 6.72 L 22.4 L·mol －1＝0.3 mol ，混合物中只有铝能与盐酸反应，由此可求出n (Al)＝23

n (H 2)＝0.2 mol ，硅、铝均能与NaOH 溶液反应且铝与NaOH 溶液反应放出的氢气也是0.3 mol ，故硅与NaOH 溶液反应放出的氢气是0.2 mol ，由此可求出n (Si)＝0.1 mol 。铝完全反应消耗0.6 mol HCl ，三种物质与NaOH 溶液反应，消耗0.6 mol NaOH ，故n (HCl)∶n (NaOH)＝1∶1。

15．在含2 mol NaOH 、1 mol Na 2SiO 3的溶液中滴加稀盐酸至过量，下列关于沉淀质量(m )与盐酸体积(V )之间关系的图像正确的是( )

答案 C

解析 在氢氧化钠、硅酸钠的混合溶液中滴加稀盐酸，因为硅酸能和氢氧化钠反应，所以氢氧化钠优先反应。NaOH ＋HCl===NaCl ＋H 2O ，Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓。硅酸不溶于盐酸，2 mol NaOH 与2 mol HCl 完全反应，1 mol Na 2SiO 3与2 mol HCl 完全反应，本题选C 。

二、非选择题

16．A 、B 、C 、D 、E 五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R 表示)的单质能与NaOH 溶液反应生成盐(Na 2RO 3)和氢气。

请回答下列问题：

(1)写出各物质的化学式：A________，B________，C________，D________，E________。

(2)写出反应①的化学方程式：______________________，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______。

(3)写出反应④的离子方程式：_____________________________。

(4)写出反应⑤的离子方程式：_______________________________。

(5)H 2CO 3的酸性强于E ，请用离子方程式予以证明：______________________。

答案 (1)SiO 2 CaSiO 3 Na 2SiO 3 Si H 2SiO 3

(2)SiO 2＋2C=====高温

Si ＋2CO↑ 1∶2

(3)Si ＋2OH －＋H 2O===SiO 2－3＋2H 2↑

(4)SiO 2－3＋Ca

2＋===CaSiO 3↓ (5)SiO 2－3＋CO 2＋H 2O===H 2SiO 3↓＋CO 2－3 解析 解答本题的“突破口(1)”是非金属元素R 的单质能与NaOH 溶液反应生成盐(Na 2RO 3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口(2)”是反应条件“高温”，A 在高温条件下，能与焦炭、CaCO 3发生反应，则A 为SiO 2。从而推知B 为CaSiO 3，D 为Si ，E 为H 2SiO 3。

17．某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。

已知：PdCl 2溶液可用于检验CO ，反应的化学方程式为

CO ＋PdCl 2＋H 2O===CO 2＋2HCl ＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。

(1)实验前要通入足够长时间的N 2，其原因是____________________。

(2)装置B 的作用是____________________。

(3)装置C 、D 中所盛试剂分别为________、________，若装置C 、D 中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为________________________。

(4)该装置的缺点是_____________________________________。

(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC 。取18 g SiO 2和8.4 g 焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L ，假定气体产物只有CO ，固体产物只有Si 和SiC ，则Si 和SiC 的物质的量之比为________。

(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：__________________________________。

答案 (1)将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气等对实验产生干扰 (2)作安全瓶，防止倒吸 (3)澄清石灰水 PdCl 2溶液 3SiO 2＋4C=====高温

2CO 2↑＋2CO↑＋3Si

(4)缺少尾气吸收装置 (5)2∶1 (6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸

解析 (1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验前要通入足够长时间的N 2将装置中的空气排尽。

(2)根据装置图可知，B 装置作安全瓶，防止倒吸。

(3)碳与二氧化硅反应可能生成CO 也可能生成CO 2，所以C 装置用来检验CO 2，D 装置用来检验CO ，所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl 2溶液；若装置C 、D 中溶液均变浑浊，说明既有CO 2又有CO ，由于两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO 2＋4C=====高温2CO 2↑＋2CO↑＋3Si 。

(4)CO 有毒，不能直接排放到空气中，而该装置缺少尾气吸收装置吸收未反应的CO 。

(5)18 g SiO 2是0.3 mol ,8.4 g C 是0.7 mol ，充分反应后收集到13.44 L(0.6 mol )气体，假定气体产物只有CO ，固体产物只有Si 和SiC ，则有

SiO 2 ＋ 2C =====高温

2CO↑ ＋ Si

0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol

Si ＋ C =====高温 SiC

1 1 1

0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol

Si 和SiC 的物质的量之比为0.2 mol∶0.1 mol ＝2∶1。

(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，将CO 2气体通入硅酸钠溶液，发生反应CO 2＋H 2O ＋Na 2SiO 3 ===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓，溶液变浑浊，说明酸性H 2CO 3>H 2SiO 3。

18．光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅(一种无机涂层)的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)反应Ⅰ的化学方程式为2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑，其中还原剂为________(填化学式)，该反应涉及的副反应可能有(碳不足)C ＋SiO 2=====高温Si ＋CO 2↑和(碳足量)__________。

(2)经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下： 组分名称

SiCl 4 SiHCl 3 SiH 2Cl 2 HCl BCl 3 PCl 3 质量分数

0.545 0.405 0.046 2 0.000 3 0.001 93 0.001 57 沸点/℃

57.6 31.8 8.2 －85 12.5 75.5

图中 “操作X”的名称为________；PCl 3的电子式为________。

(3)已知反应Ⅳ的化学方程式为3SiCl 4＋4NH 3=====1 400 ℃Si 3N 4＋12HCl ，则反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为________。若向一2 L 恒容密闭容器中投入1 mol SiCl 4和1 mol NH 3,6 min 后反应完全，则0～6 min 内，HCl 的平均反应速率为________mol·L －l ·min －l 。

答案 (1)C 3C ＋SiO 2=====高温SiC ＋2CO↑ (2) 精馏(或蒸馏或分馏)

(3) 制取盐酸(或其他合理

答案) 0.25 解析 (1)反应Ⅰ的化学方程式为2C ＋ SiO 2=====高温

Si ＋2CO↑，其中碳元素化合价升高，还原剂为C 。碳足量时，生成的CO 2与碳反应生成CO ，方程式为3C ＋SiO 2=====高温SiC ＋2CO↑。(2)根据表中数据可知物质的沸

点相差较大，因此图中“操作X”的名称为精馏(或蒸馏或分馏)；PCl3是共价化合物，电子式为。

(3)根据方程式可知反应Ⅲ和Ⅳ中尾气是氯化氢，用途为制取盐酸。根据方程式可知反应中四氯化硅过量，生成氯化氢是3 mol，浓度是3 mol÷2 L＝1.5 mol·L－1，则0～6 min内，HCl的平均反应速率为1.5 mol·L －1÷6 min＝0.25