專題03無機(jī)非金屬材料（知識(shí)串講專題檢測(cè)）（原卷版）

專題03無機(jī)非金屬材料一、硅酸鹽材料1．從組成上看，無機(jī)非金屬材料多含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。2．硅酸鹽材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥等。3．在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。4．下列硅酸鹽材料的主要原料分別是：（1）陶瓷——黏土；（2）玻璃——純堿、石灰石、石英砂；（3）水泥——黏土和石灰石。5．常見的硅酸鹽——Na2SiO3(1)硅酸鈉是一種白色固體，能溶于水，其水溶液俗稱水玻璃。(2)硅酸鈉在空氣中放置易與空氣中CO2反應(yīng)而變質(zhì)：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓。(3)硅酸鈉是制備黏合劑和木材防火劑等的原料。6．硅酸鹽氧化物形式的書寫硅酸鹽由于組成比較復(fù)雜，通常用氧化物的形式表示其組成，改寫時(shí)的規(guī)律為：(1)順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水；氧化物之間以“·”隔開。(2)原則：各元素原子總個(gè)數(shù)比符合原來的組成，若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如：鈉長(zhǎng)石NaAlSi3O8不能寫成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成Na2O·Al2O3·6SiO2。(3)規(guī)律：各元素的化合價(jià)不能改變。二、新型無機(jī)非金屬材料1．硅(1)硅元素在周期表中的位置為第三周期、第ⅣA族，其單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料。(2)硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)常溫下：①與氟氣反應(yīng)：Si＋2F2=SiF4；②與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；③與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。加熱或高溫條件下：①與O2反應(yīng)：Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2；②與Cl2反應(yīng)：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4；③與C反應(yīng)：Si＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC。(3)高純硅的制備原理eq\x(石英砂)eq\o(\o(→,\s\up11(焦炭),\s\do4(1800～2000℃)),\s\do14(①))eq\x(粗硅)eq\o(\o(→,\s\up11(HCl),\s\do4(300℃)),\s\do14(②))eq\x(SiHCl3)eq\o(\o(→,\s\up11(H2),\s\do4(1100℃)),\s\do14(③))eq\x(高純硅)其中涉及的主要化學(xué)反應(yīng)為：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑；②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl。(4)硅的用途高純硅可用于生產(chǎn)計(jì)算機(jī)芯片和硅太陽能電池。2．二氧化硅(1)存在SiO2的存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石。石英、水晶、瑪瑙、沙子、光導(dǎo)纖維的主要成分均是SiO2。(2)SiO2的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)SiO2中Si原子和O原子形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故不存在單個(gè)的SiO2分子。SiO2的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了其具有熔點(diǎn)高、硬度大、難溶于水等特點(diǎn)。(3)SiO2的化學(xué)性質(zhì)(4)用途純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本材料，可以制作光導(dǎo)纖維。3．新型陶瓷(1)新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比，在組成上有很大的變化，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。(2)碳化硅(SiC)碳化硅俗稱金剛砂，它是由碳原子和硅原子通過共價(jià)鍵連接而形成，與金剛石的結(jié)構(gòu)類似，硬度很大，具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。(3)新型陶瓷種類：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷。4．碳納米材料(1)富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。(2)碳納米管是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能。(3)石墨烯是只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度。一、單選題1．有些科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，下列說法正確的是A．晶體硅具有半導(dǎo)體性質(zhì)，可用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維B．玻璃中含有的SiO2可與NaOH溶液反應(yīng)，故常用NaOH溶液雕刻玻璃紋飾C．碳化硅(SiC)俗稱金剛砂，類似金剛石結(jié)構(gòu)，是一種耐高溫的半導(dǎo)體材料D．陶瓷、水泥、石英玻璃都屬于硅酸鹽材料2．化學(xué)知識(shí)與科技、生產(chǎn)、生活有密切的關(guān)系。下列敘述中錯(cuò)誤的是A．“天宮二號(hào)”空間運(yùn)行的動(dòng)力源泉——太陽能電池帆板，其核心材料為晶體硅B．“天問一號(hào)”火星車使用的保溫材料——納米氣凝膠，具有丁達(dá)爾效應(yīng)C．三星堆二號(hào)祭祀坑出土商代的銅人銅像填補(bǔ)了我國(guó)考古學(xué)、青銅文化史上的諸多空白。青銅器的出土表明我國(guó)商代已經(jīng)掌握冶煉銅技術(shù)D．“北斗系統(tǒng)”組網(wǎng)成功，北斗芯片中的半導(dǎo)體材料為二氧化硅3．欽州坭興陶，學(xué)名為紫泥陶，與江蘇紫砂陶、云南建水陶、重慶榮昌陶并稱中國(guó)四大名陶。傳統(tǒng)欽州坭興陶制備工藝主要包括以下幾個(gè)步驟：制備坯料→坯體成型→修整坯體→坯體干燥→裝飾坯體→燒制坯體→拋光打磨。下列制陶過程中，涉及化學(xué)變化的是A．坯體成型 B．坯體干燥 C．燒制坯體 D．拋光打磨4．下列說法正確的是A．因?yàn)镠F與SiO2反應(yīng)，故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記B．下列轉(zhuǎn)化在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)：SiO2SiCl4SiC．SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)，又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物D．Si和SiO2都用于制造光導(dǎo)纖維5．光纖通信70年代后期發(fā)展起來的一種新型通信技術(shù)，目前長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)已投入使用，光纖通信的光學(xué)纖維是由下列哪種物質(zhì)經(jīng)特殊工藝制成的A．碳 B．二氧化硅 C．鍺 D．硅6．“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金?！痹娋渲械摹吧场钡闹饕煞质?，下列說法錯(cuò)誤的是A．屬于酸性氧化物，不與任何酸反應(yīng)B．“水玻璃”可以由與NaOH溶液反應(yīng)制得C．是制取傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品玻璃的原料之一D．通常所說的“從沙灘到用戶”，這句話涉及工業(yè)上制備粗硅的工藝7．下列物質(zhì)中按其成分能與玻璃、水泥、陶瓷歸于一類的是A．硅 B．碳化硅 C．硅酸鈉 D．二氧化硅8．下列材料的特性及用途的說法中不正確的是A．光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，是非常好的通訊材料B．氧化鋁陶瓷具有兩性，不可以用于制耐高溫設(shè)備C．氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來制造軸承D．人造剛玉硬度高，可用來制造剛玉球磨機(jī)9．熔融苛性鈉應(yīng)選用的器皿是A．陶瓷坩堝 B．石英坩堝 C．普通玻璃坩堝 D．鐵坩堝10．硅是組成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯(cuò)誤的是A．氮化硅陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料，氮化硅的化學(xué)式為B．碳化硅的硬度大，熔點(diǎn)高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承C．光導(dǎo)纖維是一種新型無機(jī)非金屬材料，其主要成分為D．氮化硅、氧化鋁、碳化硅和二氧化鋯都可作為制高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的材料11．我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電腦芯片“龍芯一號(hào)”的問世，填補(bǔ)了我國(guó)計(jì)算機(jī)制造史上的一項(xiàng)空白。下列對(duì)硅及其化合物的有關(guān)敘述正確的是A．二氧化硅既能與燒堿溶液反應(yīng)又能與氫氟酸反應(yīng)，所以二氧化硅是兩性氧化物B．晶體硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)C．晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，但是它的提煉工藝復(fù)雜，價(jià)格極高D．晶體硅和金剛石的硬度都很大12．宋代五大名窯分別為鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“人窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關(guān)于陶瓷的說法不正確的是A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料C．高品質(zhì)的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物D．陶瓷屬于硅酸鹽制品，耐酸堿腐蝕，但是不能用來盛裝氫氟酸13．下列關(guān)于硅酸鹽材料的說法錯(cuò)誤的是A．生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷B．生產(chǎn)陶瓷的主要原料是黏土C．普通玻璃的主要成分只有SiO2D．普通硅酸鹽水泥的生產(chǎn)以石灰石和黏土為主要原料14．你認(rèn)為下列說法無科學(xué)性錯(cuò)誤的是①鉛筆芯的原料是重金屬鉛，兒童在使用時(shí)不可用嘴吮咬鉛筆，以免引起鉛中毒。②二氧化硅硬度大，故可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。③“汽水”澆灌植物有一定道理，其中二氧化碳的緩釋，有利于植物的光合作用。④硅的提純與應(yīng)用，促進(jìn)了半導(dǎo)體元件與集成芯業(yè)的發(fā)展，可以說“硅是信息技術(shù)革命的催化劑”。⑤碳酸鋇可作X光透視腸胃的藥劑。⑥富勒烯、石墨烯、碳納米管都是碳元素的單質(zhì)，屬于新型無機(jī)非金屬材料。A．①③⑥ B．③④⑥ C．①④ D．②③⑤15．下表各組物質(zhì)(或者它們的溶液)通過一步反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)如圖所示的轉(zhuǎn)化的是

選項(xiàng)XYZASiNa2SiO3H2SiO3BSH2SSO2CAl2O3NaAlO2Al2(SO4)3DMg(OH)2MgCO3MgCl2A．A B．B C．C D．D二、填空題16．硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。（1）下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽的是。A．陶瓷

B．玻璃

C．水泥

D．生石灰（2）SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為，工藝師常用(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃。（3）用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應(yīng)制得，高溫熔融純堿時(shí)下列坩堝可選用的是。A．普通玻璃坩堝

B．石英玻璃坩堝

C．氧化鋁坩堝

D．鐵坩堝（4）工業(yè)上常利用反應(yīng)2C＋SiO2Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是。17．材料與生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，目前使用的材料主要有：金屬材料、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料、新型無機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等。(1)硅酸鹽材料是重要的傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，也是日常生活、交通工具、建筑行業(yè)等不可缺少的材料之一、下列不屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品的是(填寫序號(hào))。①光導(dǎo)纖維

②水泥

③玻璃

④陶瓷(2)玻璃是重要的建筑和裝飾材料，玻璃屬于(填“純凈物”或“混合物”)。雕花玻璃的花紋是利用氫氟酸對(duì)普通玻璃中的二氧化硅的腐蝕作用而制成的，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。(3)氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1300℃反應(yīng)獲得氮化硅，該反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)基本類型中的反應(yīng)；已知氮化硅中硅元素的化合價(jià)為+4價(jià)，則氮化硅的化學(xué)式為。18．高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：

(1)工業(yè)上用石英砂和過量焦炭在電弧爐中高溫加熱生成粗硅的化學(xué)方程式為；當(dāng)有1molC參與反應(yīng)時(shí)，該反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是。(2)還原爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：。(3)上述工藝生產(chǎn)中循環(huán)使用的物質(zhì)除外，還有。(4)工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(5)關(guān)于硅及其相關(guān)化合物的敘述正確的是。A．自然界中存在天然游離的硅單質(zhì)B．玻璃、水泥、陶瓷都是傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品C．既能和NaOH溶液反應(yīng)，又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物D．硅元素在金屬與非金屬的分界線處，因此具有弱導(dǎo)電性，一般可用于作為半導(dǎo)體材料E．已知C與Si的最高正價(jià)都是正四價(jià)，由于，用類比法得知，19．(一)工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：(1)工業(yè)上用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱到1600℃1800℃生成粗硅的化學(xué)方程式為：。(2)在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成SiHCl3的化學(xué)反應(yīng)為：Si+3HClSiHCl3+H2，生成物SiHCl3的結(jié)構(gòu)式為：。(二)某化學(xué)興趣小組利用下列圖示裝置探究氨氣的性質(zhì)。(3)①中濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的原因：(用化學(xué)方程式表示)。(4)向②中滴入濃鹽酸，現(xiàn)象為：。(5)將灼熱的鉑絲伸入③中錐形瓶，可觀察到鉑絲保持紅熱，有紅棕色氣體及少量白煙生成。該過程會(huì)同時(shí)發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，寫出NH3和O2催化氧化的化學(xué)方程式：，瓶中紅棕色氣體為(填化學(xué)式)。(三)某氨氮廢水(、)的生物法處理流程如圖所示：(6)檢驗(yàn)氨氮廢水中含有的方法是：。(7)過程Ⅱ在硝化細(xì)菌作用下實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化，稱為硝化過程。在堿性條件下