碳、硅及无机非金属材料 经典习题(含详解)

碳、硅及无机非金属材料 经典习题1．化学与社会、生活、科技有着密切的联系，下列说法正确的是( )A ．烧制陶瓷和石油的分馏均不涉及化学变化B ．明矾常用于水的净化和消毒杀菌C ．利用高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能D ．航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆，属于新型无机非金属材料 答案 C解析 A 项，烧制陶瓷时黏土中的成分在高温下发生复杂的物理化学变化，而石油的分馏是利用物质的沸点高低进行分离的一种实验操作，不涉及化学变化，故A 错误；B 项，明矾中的Al 3＋发生水解生成Al(OH)3胶体，能够吸附水中的颗粒状杂质，达到净化水的目的，但没有消毒杀菌作用，故B 错误；C 项，利用高纯硅制造的太阳能电池可将太阳的光能转化为电能，故C 正确；D 项，航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆需要有特别强的韧性和强度，耐高温、抗腐蚀，是一种新型金属材料，故D 错误。

2．“神舟”飞船上的太阳能帆板采用了大量先进的复合材料，以便在尽可能提高发电效能的同时，减轻其自身质量，其身价达到了上千万元。

下列说法不符合事实的是( )A ．复合材料的使用可以使太阳能帆板承受超高温B ．复合材料的使用可以使“神舟”飞船质量变轻C ．复合材料的使用可以使太阳能帆板承受超高强度的改变D ．复合材料的使用可以使太阳能帆板承受温差造成的热胀冷缩的难题答案 C3．碳是构成地球生命的一种重要非金属元素，碳单质很早就被人类认识和利用，碳的一系列化合物——有机物，更是生命的根本。

下列有关说法中正确的是( )A ．含碳的化合物数量众多、分布极广B ．向空气中大量排放二氧化碳气体会形成酸雨，破坏建筑物C ．碳单质有多种不同的存在形式，如金刚石、12C 、14C 、C 60等D ．煤、石油属于不可再生资源，天然气、乙醇属于可再生资源答案 A解析 碳是构成有机物的基础元素，有机物的种类繁多，即含碳的化合物数量众多，分布极广，A 项正确；酸雨是SO 2、NO 、NO 2等大量排放形成的，B 项错误；12C 、14C 是碳的两种核素，不是单质，C 项错误；煤、石油、天然气属于不可再生资源，D 项错误。

4．硅及其化合物的应用范围很广。

下列说法正确的是( )A ．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B ．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C ．反应Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑中，Si 为氧化剂D ．硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应答案 A解析 由粗硅制备单晶硅的过程一般为Si ――→Cl 2SiCl 4――→H 2Si ＋HCl ，都是氧化还原反应，B 项错误；硅不能与盐酸反应，D 项错误。

5．碳和碳的化合物间的部分转化关系如图所示，则下列说法正确的是( )A ．由碳酸转化成X 一定要在加热条件下进行B ．由碳转化为X 一定发生的是化合反应C ．物质X 一定是二氧化碳D ．若使一氧化碳转化成X ，只能通过一氧化碳在空气(或氧气)中燃烧获得答案 C解析 由转化关系图可知，碳酸分解生成二氧化碳，二氧化碳与水反应生成碳酸，故X 是二氧化碳，碳能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，C 与少量氧气反应生成CO ，CO 与氧气反应生成二氧化碳，碳酸钙分解生成二氧化碳和CaO ，CaO 与二氧化碳反应生成碳酸钙。

6．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )A ．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si 3N 4B ．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C ．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO 2D ．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2答案 D解析 A 项，在氮化硅中N 元素为－3价，Si 元素为＋4价，则化学式为Si 3N 4，正确；D 项，在SiO 2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。

7．下列说法正确的是( )A ．水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品B ．二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸C ．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强D ．2MgO·SiO 2中的酸根阴离子为SiO 2－4答案 B解析 硅酸盐工业产品是用含硅物质为原料，经高温加热制成的产品。

A 项，水晶、玛瑙不是硅酸盐工业产品；C 项，只能得出高温下硅酸钠比碳酸钠稳定的结论；D 项，酸根阴离子应为SiO 4－4。

8．硅作为一种新型能源被广泛开发利用，下列关于其有利因素的说法中，不正确的是( )A ．硅燃烧的产物对环境产生的污染，容易得到有效控制B ．由Si(s)＋O 2(g)===SiO 2(s) ΔH ＝－858.6 kJ·mol －1可知，硅燃烧放出的热量多C ．自然界中硅的储量丰富，可以从自然界直接获得单质硅D ．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一答案 C解析 自然界中的硅均以化合态存在，故不能从自然界中直接获得单质硅。

9．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 ．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料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解析 硅酸钠溶液呈碱性，故不能保存在磨口玻璃塞试剂瓶中，A 项错误；反应②是在高温下进行的，CO 2为气体，逸出可使平衡正向移动，促使反应继续进行，B 项错误；石英玻璃不属于硅酸盐材料，C 项错误。

10．科学家最近用金属钠还原CCl 4和SiCl 4制得一种一维SiC 纳米棒，相关反应的化学方程式为8Na ＋CCl 4＋SiCl 4===SiC ＋8NaCl 。

下列说法不正确的是( )A ．SiC 和SiO 2中Si 元素的化合价相同B ．上述反应中SiC 既是氧化产物又是还原产物C ．SiO 2制备单质Si 、单质Si 制备SiCl 4均涉及氧化还原反应D ．一维SiC 纳米棒比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力答案 B解析 SiC 和SiO 2中Si 元素的化合价均为＋4，A 项正确；SiC 是还原产物，NaCl 是氧化产物，B 项错误；SiO 2制备单质Si 需加入还原剂，单质Si 制备SiCl 4需加入氧化剂，C 项正确；一维粒子上下表面均能与其他物质接触，比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力，D 项正确。

11．灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H 2、CO 和少量CO 2，为了检验产物中的H 2和CO(设气体均被充分吸收)，设计如下实验装置，下列有关说法错误的是( )A．为了实验安全，应先点燃①处酒精灯，后点燃④处酒精灯B．②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水C．④中黑色固体变红色，即可证明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种D．若用碱石灰替换无水硫酸铜，也可以达到检验H2和CO的目的答案 D解析由图可知，①中C与水蒸气反应生成H2、CO和少量CO2，实验目的为检验产物中的H2和CO，则②中NaOH溶液可除去CO2，③中浓硫酸干燥气体，④中H2和CO均还原CuO，若无水硫酸铜变蓝，则检验出含有氢气，⑤中澄清石灰水变浑浊可检验出含有CO，最后处理尾气。

12．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是()A．SiO2属于两性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞C．硅胶吸水后可重复再生D．图中所示的转化都是氧化还原反应答案 C解析SiO2是酸性氧化物，A错误；Na2CO3溶液呈碱性，试剂瓶不能用玻璃塞，B错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，例如SiO2与NaOH溶液的反应，D错误。

13．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Si3N4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H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。

(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N2和H2时，铜屑的作用是______________，硅胶的作用是________________。

②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)＋3O2(g)ΔH＝－727.5 kJ·mol－1，开始时，严格控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”)。

(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：①整个制备过程必须严格控制无水无氧。

SiHCl 3遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________________。

②假设每一轮次制备1 mol 纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl 的利用率为90%，反应Ⅱ中H 2的利用率为93.75%。

则在第二轮次的生产中，补充投入HCl 和H 2的物质的量之比是______________。

答案 (1)3SiCl 4＋2N 2＋6H 2===Si 3N 4＋12HCl(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 2的接触 将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽) ③硝酸(3)①SiHCl 3＋3H 2O===H 2SiO 3↓＋3HCl ＋H 2↑ ②5∶1解析 (1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl 4＋2N 2＋6H 2===Si 3N 4＋12HCl 。

(2)①由于氧气和水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。