無機(jī)非金屬材料(精練)-(人教版必修第二冊)解析

5.3無機(jī)非金屬材料【合格性測試】1．下列物質(zhì)中，不含有硅酸鹽的是()A．水玻璃 B．硅芯片C．黏土 D．普通水泥【答案】B【解析】水玻璃是Na2SiO3的水溶液，黏土和普通水泥的主要成分都是硅酸鹽，硅芯片的主要成分是硅單質(zhì)。2．下列敘述中，正確的是()A．自然界中存在大量的單質(zhì)硅B．水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅C．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)活潑，能跟酸或堿溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D．自然界中硅元素都存在于石英中【答案】B【解析】自然界中硅元素含量很高，但都以化合態(tài)形式存在，A項錯誤；二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，其為酸性氧化物，可以和堿溶液反應(yīng)，除與HF反應(yīng)外，不與其他酸反應(yīng)，C項錯誤；硅元素是親氧元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在，D項錯誤。3．下列敘述正確的是()A．Na2SiO3是硅酸鹽，所以不溶于水B．電影銀幕用水玻璃浸泡，主要是為了防腐C．建筑工業(yè)常用水玻璃作黏合劑D．用水玻璃浸泡鐵道的木制枕木，主要是為了防火【答案】C【解析】Na2SiO3既是硅酸鹽，又是鈉鹽，硅酸鹽大多難溶于水，而鈉鹽均易溶于水，Na2SiO3能溶于水；浸泡銀幕主要是為了防火，而浸泡枕木主要是為了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合劑。4．下列說法正確的是()A．硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通信B．工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品C．水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D．粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)【答案】A【解析】A項，光導(dǎo)纖維的主要原料是SiO2；B項，石英SiO2不能和鹽酸反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)；C項，瓷盤是硅酸鹽制品，水晶的成分是SiO2，不是硅酸鹽制品；D項，粗硅制單晶硅的反應(yīng)為Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2，SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl，二者均是氧化還原反應(yīng)。5．制取下列物質(zhì)不需要用石灰石作原料的是()A．硅酸B．水泥C．玻璃D．生石灰【答案】A【解析】硅酸由可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制得。6．根據(jù)陶瓷的生產(chǎn)原理，可以得出硅酸鹽工業(yè)的一般特點(diǎn)是()①以含硅物質(zhì)作為原料②主要產(chǎn)物是硅酸鹽③反應(yīng)條件是高溫④反應(yīng)原理是復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化A．只有①③ B．只有②③C．①②③④ D．只有③④【答案】C【解析】傳統(tǒng)陶瓷多是將黏土與水的混合物通過高溫?zé)Y(jié)制成。其生產(chǎn)過程中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化和物理變化。故①②③④均正確。7．下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中不正確的是()A．CO2和SiO2都能與堿及堿性氧化物反應(yīng)B．CO2和SiO2都能與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸C．CO2和SiO2都能與焦炭反應(yīng)生成COD．SiO2可用于制光導(dǎo)纖維，干冰可用于人工降雨【答案】B【解析】CO2能與水反應(yīng)生成碳酸，但SiO2不能與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，B錯誤。8．開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說法正確的是()A．石墨烯是新型無機(jī)非金屬材料B．納米材料屬于膠體C．硅酸鹽材料只含有非金屬元素D．二氧化硅常用作光電轉(zhuǎn)換材料【答案】A【解析】納米材料分散到分散劑中，才能形成膠體，B項不正確；硅酸鹽材料不一定只含有非金屬元素，可能含Ca、Al等金屬元素，C項不正確；硅常用作光電轉(zhuǎn)換材料，D項不正確。9．硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。下列敘述中正確的是()A．汽車中小擺件“蘋果花”的動力是以Si為原料制作的太陽能電池B．晶體硅主要用途是制造光導(dǎo)纖維C．硅是地殼中含量最多的元素D．硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，因此硅在自然界中以游離態(tài)形式存在【答案】A【解析】晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，主要用途是制作太陽能電池、集成電路，A正確，B錯誤；氧是地殼中含量最多的元素，C錯誤；硅是親氧元素，在自然界中只以化合態(tài)形式存在，D錯誤。10．A、B、C、D、E代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似。請?zhí)羁眨?1)組成A單質(zhì)的元素的最高化合價為________。(2)B的化學(xué)式為______，B和碳反應(yīng)生成A和E的化學(xué)方程式為_________。(3)C的化學(xué)式為______________，D的化學(xué)式為______________。【答案】(1)＋4價(2)SiO2SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(3)CaSiO3Na2SiO3【解析】由本題題眼“A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似”，推知A為硅；根據(jù)框圖B＋碳→Si＋E，B既能與氧化鈣反應(yīng)又能與氫氧化鈉反應(yīng)，推知B為二氧化硅，進(jìn)一步推知C為硅酸鈣，D為硅酸鈉，E為一氧化碳?！镜燃壭詼y試】11．下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法不正確的是()A．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，具有極大的強(qiáng)度C．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽【答案】D【解析】新型無機(jī)非金屬材料的主要成分并不是硅酸鹽，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，故D項錯誤。12．化學(xué)在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究中具有重要的作用。下列說法正確的是()①石英的主要成分是二氧化硅②三峽大壩使用了大量水泥，水泥是硅酸鹽材料③太陽能電池的主要成分是硅，太陽能電池在生活中的應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能④二氧化硅的熔點(diǎn)高，硬度大，所以可用來制造電子部件和光學(xué)器件⑤水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品A．①②③ B．②④⑤C．③④⑤ D．①②③④【答案】A【解析】石英的主要成分是二氧化硅；水泥屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品；太陽能電池的主要成分是硅；水晶項鏈的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盤是硅酸鹽制品；硅是半導(dǎo)體材料，可制造電子部件，二氧化硅光學(xué)性能優(yōu)良，可制光學(xué)器件。綜上所述，選A。12．已知滑石粉的化學(xué)式為Mg3Si4O10(OH)2，色白、滑爽、柔軟、耐火。下列有關(guān)說法不正確的是()A．滑石粉屬于無機(jī)硅酸鹽類物質(zhì)B．滑石粉組成可表示為3MgO·4SiO2·H2OC．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔軟、耐火性D．滑石粉可能會與氫氟酸、NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)【答案】C【解析】硅酸鹽是由硅、氧元素與其他元素組成的一類無機(jī)物的總稱，故滑石粉屬于無機(jī)硅酸鹽類物質(zhì)，A正確；可以將硅酸鹽改寫成氧化物的形式，B正確；爽身粉中添加滑石粉，主要是利用它的滑爽、柔軟、干燥的特點(diǎn)，與耐火性無關(guān)，C錯誤；滑石粉中可能含有SiO2，可以與氫氟酸、NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)，D正確。13．《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎。近年來科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價)，下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是()A．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色C．易溶解于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿D．x等于6【答案】C【解析】“硅酸銅鋇”能穩(wěn)定存在說明其性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色，不易與酸、堿反應(yīng)；硅酸銅鋇中Ba為＋2價，Cu為＋2價，Si為＋4價，則x＝6。因此，A、B、D均正確。14．下表各組物質(zhì)中，滿足如圖所示一步轉(zhuǎn)化關(guān)系的選項是()選項XYZACCOCO2BSiSiO2H2SiO3CNaNaOHNa2CO3DMgMgSO4Mg(OH)2【答案】A【解析】C不完全燃燒得到CO，CO繼續(xù)燃燒生成CO2，Mg在CO2中燃燒可得到C，A正確；B項，SiO2不能一步轉(zhuǎn)化為H2SiO3，H2SiO3也不能一步轉(zhuǎn)化為Si；C項，Na2CO3不能一步轉(zhuǎn)化為Na；D項，Mg(OH)2不能一步轉(zhuǎn)化為Mg。15．下列有關(guān)說法中錯誤的是()A．氫氟酸不能盛放在玻璃試劑瓶中B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸鹽C．灼燒NaOH固體時不能使用瓷坩堝，因為坩堝中的SiO2能與NaOH反應(yīng)D．由沙子制備光伏材料時的反應(yīng)之一為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑【答案】B【解析】A項，氫氟酸能腐蝕玻璃，所以氫氟酸不能盛放在玻璃試劑瓶中，正確；B項，水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸鹽，錯誤；C項，瓷坩堝是硅酸鹽產(chǎn)品，坩堝中的SiO2能與NaOH反應(yīng)，正確；D項，沙子的主要成分是SiO2，光伏材料的成分是晶體硅，由沙子制備光伏材料時的反應(yīng)之一為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，正確。16．鋁硅合金具有熔點(diǎn)低、凝固時收縮率小等優(yōu)點(diǎn)，適合鑄造?，F(xiàn)取試樣10.0g，放在純凈氧氣中完全燃燒，燃燒后的固體經(jīng)稱量發(fā)現(xiàn)比原來試樣增重9.23g，由此計算硅鋁合金中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為()A．12.3%B．15.4%C．13.4%D．17.0%【答案】C【解析】鋁、硅燃燒反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為4Al＋3O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2Al2O3，Si＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))SiO2。固體增重質(zhì)量就是參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量。設(shè)Si的質(zhì)量為xg，則Al的質(zhì)量為(10－x)g，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式知，鋁消耗的氧氣的質(zhì)量為96(10－x)÷108，硅消耗的氧氣的質(zhì)量為32x÷28,96(10－x)÷108＋32x÷28＝9.23g，解得x≈1.34g，硅鋁合金中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.34g÷10.0g×100%＝13.4%。17．晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用過量的碳還原二氧化硅制得粗硅，同時得到一種可燃性氣體；②粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3(Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2)；③SiHCl3與過量的H2在1100℃的溫度下反應(yīng)制得純硅，已知SiHCl3能與水劇烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。(1)第一步制取粗硅反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________________________________________________________________________。(2)粗硅與HCl氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7℃)，提純SiHCl3采用的方法為__________________________。(3)實驗室用SiHCl3與過量的H2反應(yīng)制取純硅裝置如圖所示(加熱和夾持裝置略去)：①裝置B中的試劑是________，裝置C中的燒杯需要加熱，目的是____________________。②反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是________________________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是__________________________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________________________________。③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及______________________________________?！敬鸢浮?1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(2)分餾(或蒸餾)(3)①濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化②有固體物質(zhì)生成在題給反應(yīng)溫度下(1100℃)，普通玻璃管會軟化SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣【解析】(3)①因SiHCl3能與水劇烈反應(yīng)，故裝置A中產(chǎn)生的H2必須干燥，因此裝置B中的試劑為濃H2SO4，且裝置C中的燒杯需加熱，其目的是使SiHCl3汽化，加快其與H2的反應(yīng)速率。②石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)為硅，故裝置D中有固體產(chǎn)生；由題給信息可知，制純硅的反應(yīng)條件為1100℃，此溫度下普通玻璃管容易軟化。③因高溫下H2與O2反應(yīng)容易爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣。18．硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發(fā)由來已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。(1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是________。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有________________。(3)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)上提純硅有多種技術(shù)路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：發(fā)生的主要反應(yīng)電弧爐SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑流化床反應(yīng)器Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2還原爐SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________；碳化硅又稱________，其晶體結(jié)構(gòu)與________相似。②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和________。物質(zhì)SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點(diǎn)/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9【解析】(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，因此得到的金屬狀物質(zhì)可能為含有硅、碳的鐵合金。(2)生產(chǎn)普通玻璃的主要原料為石英砂、純堿和石灰石。(3)①石英砂與焦炭反應(yīng)制取SiC的化學(xué)方程式為SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑，SiC俗名金剛砂，結(jié)構(gòu)類似于金剛石。②根據(jù)沸點(diǎn)的不同可選擇蒸餾法提純SiHCl3。【答案】(1)含有硅、碳的鐵合金(或硅鐵)(2)石英砂、純堿和石灰石(3)①SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑金剛砂金剛石②精餾(或蒸餾)19．晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅。②粗硅與干燥的Cl2反應(yīng)制得SiCl4：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(加熱))SiCl4。③SiCl4被過量的H2在1000～1100℃時還原制得純硅。某同學(xué)從資料中查知：SiCl4的熔點(diǎn)為－70℃，沸點(diǎn)為57.6℃，其在