2024-2025学年新教材高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素第3节无机非金属材料作业含解析新人教版必修2

PAGEPAGE6第3节无机非金属材料A组·基础达标1．20世纪80年头后，人们发觉和证明碳的另一类单质，它们是由一系列偶数个碳原子组成的分子，其中C60(足球烯，分子中含有30个双键)最具代表性。上图所示为n个C60连接而成的物质X。下列有关说法不正确的是()A．X难溶于水 B．X的熔点比金刚石高C．X是碳的一种同素异形体 D．X的相对分子质量为720n【答案】B【解析】X的熔点比金刚石低。2．下列关于硅及其化合物的说法，不正确的是()A．晶体硅可用作半导体材料B．硅的氧化物都可用作光导纤维的材料C．碳化硅可用作砂纸、砂轮的磨料D．生产玻璃和水泥的原料中都有石灰石【答案】B【解析】硅的单质有晶体硅和无定形硅两种，晶体硅才可用做半导体材料。硅的氧化物中晶体二氧化硅才可用作光导纤维的材料。3．下列叙述中，正确的是()A．自然界中存在大量的单质硅B．石英、水晶的主要成分都是二氧化硅C．二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱溶液发生化学反应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，但都以化合态形式存在，A错误；二氧化硅的性质稳定，C错误；硅元素是亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，D错误。4．材料与化学亲密相关，表中对应关系错误的是()选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C一般水泥、一般玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅【答案】A【解析】刚玉的成分是Al2O3，金刚石的成分是C，A错误。5．下列有关水泥的说法不正确的是()A．制造水泥的主要原料是石灰石、纯碱和黏土B．生产一般水泥的过程中发生困难的物理和化学改变C．生产水泥须要适量石膏D．混凝土指水泥、沙子和碎石的混合物【答案】A【解析】制造水泥的原料中没有纯碱，A错误。6．下列有关硅及其化合物的说法正确的是()A．晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料B．常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在C．SiO2是一种酸性氧化物，能够与水反应生成相应的酸D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸【答案】D【解析】晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质，A错误；虽然常温下硅的化学性质稳定，但自然界中没有游离态的硅，B错误；SiO2不同于其他酸性氧化物，它不溶于水也不与水反应，C错误；SiO2不溶于稀盐酸，可运用稀盐酸除去其中混有的CaCO3，D正确。7．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是()A．加入过量盐酸，视察是否有气泡冒出B．加入过量烧碱溶液，视察是否有固体溶解C．加热至高温，视察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成D．加入过量盐酸搅拌，视察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到NaOH溶液中看其是否溶解【答案】D【解析】SiO2不溶于除氢氟酸以外的任何酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸，且CaCO3溶于盐酸有气泡生成。8．(1)想一想，为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起，然后从所给的4个词中选出一个与它们同类的物质________(填字母，下同)。A．光导纤维 B．有机陶瓷C．人造纤维 D．砖瓦(2)下列物质中，属于新型无机非金属材料的是_____。A．钢化玻璃 B．碳化硼陶瓷C．光导纤维 D．硼酸盐玻璃【答案】(1)D(2)BC【解析】(1)传统的无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷，砖瓦是陶瓷中的一种，所以选D。(2)新型无机非金属材料的品种较多，如高温结构陶瓷和光导纤维等，其中氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等属于高温结构陶瓷，所以选B、C。9．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相像。请填空：(1)组成A单质的元素的最高化合价为________。(2)B的化学式为________，B和碳反应生成A和E的化学方程式为_________________。(3)C的化学式为________，D的化学式为________。【答案】(1)＋4(2)SiO2SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(3)CaSiO3Na2SiO3【解析】由本题题眼“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相像”，推知A为硅；依据框图B＋碳→Si＋E，B既能与氧化钙反应又能与氢氧化钠反应，推知B为二氧化硅，进一步推知C为硅酸钙，D为硅酸钠，E为一氧化碳。B组·实力提升10．我国科学家合成的3nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(反抗变形的实力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是()A．它是制造飞机的志向材料 B．它的主要组成元素是碳元素C．它的结构与石墨相像 D．碳纤维复合材料耐高温【答案】C【解析】石墨的内部结构是层状的，碳纳米管是管状的。11．下列有关说法正确的是()A．CO2与水反应生成碳酸，是酸性氧化物；SiO2不能与水反应生成硅酸(H2SiO3)，不是酸性氧化物B．NaOH溶液不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放C．除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质应选用水D．粗硅制备时，发生的反应为C＋SiO2=Si＋CO2↑【答案】B【解析】酸性氧化物是能与碱反应生成盐和水的氧化物，而不是能与水反应生成酸的氧化物，A错误；玻璃的成分中含二氧化硅，碱性试剂都不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放，B正确；二氧化硅和碳酸钙都不溶于水，不能用水除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质，C错误；粗硅制备时的反应原理是2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，需在高温条件下反应，且产物中生成的是CO，而不是CO2，D错误。12．(2024·全国卷Ⅰ)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着亲密的关系。下列说法错误的是()A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．著名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【答案】A【解析】氧化铁为红色，瓷器青色不是氧化铁形成的，A错误；黏土具有良好的可塑性，可用于烧制陶制品，B正确；陶瓷属于硅酸盐产品，C正确；陶瓷的主要化学成分是硅酸盐，一般不易与酸碱等物质反应，D正确。13．下列表述正确的是()A．化学家采纳玛瑙研钵研磨固体反应物进行无机溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐B．三峡大坝运用了大量水泥，水泥是新型无机盐非金属材料C．一般玻璃质地透亮，有固定熔点D．太阳能电池可采纳硅材料制作，其应用有利于环保、节能【答案】D【解析】玛瑙的主要成分是SiO2，A错误；水泥是传统硅酸盐材料，B错误；一般玻璃属于混合物，没有固定熔点，C错误。14．硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是____________________。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产一般玻璃的主要原料有_______________________________。(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都须要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路途，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：项目发生的主要反应电弧炉SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑流化床反应器Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2还原炉SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为____________________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相像。②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9【答案】(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)(2)石英砂、纯碱和石灰石(3)①SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑金刚砂金刚石②精馏(或蒸馏)【解析】(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，因此得到的金属状物质可能为含有硅、碳的铁合金。(2)生产一般玻璃的主要原料为石英砂、纯碱和石灰石。(3)①石英砂与焦炭反应制取SiC的化学方程式为SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，SiC俗名金刚砂，结构类似于金刚石。②依据沸点的不同可选择蒸馏法提纯SiHCl3。15．清洗和制绒是硅晶片制作的重要步骤之一，硅片化学清洗的主要目的是除去硅片表面杂质(如某些有机物，无机盐，金属、Si、SiO2粉尘等)。常用的化学清洗剂有高纯水、有机溶剂、双氧水、浓酸、强碱等。其中去除硅的氧化物，通常用肯定浓度的HF溶液，室温条件下将硅片浸泡1至数分钟。制绒是在硅片表面形成金字塔形的绒面，增加硅对太阳光的汲取。单晶制绒通常用NaOH、Na2SiO3等混合溶液在75～90℃反应25～35min，效果良好。回答下列问题：Ⅰ．写出晶片制绒反应的离子方程式______________________________。对单晶制绒，1990年化学家Seidel提出了一种电化学模型，他指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiOeq\o\al(4－,4)，然后SiOeq\o\al(4－,4)快速水解生成H4SiO4。基于此原理分析反应中氧化剂为______________。Ⅱ．(1)在工业中利用镁制取硅：____________________________________(写化学方程式)。如图是进行Mg与SiO2反应的试验装置：(2)由于氧气的存在对该试验有较大影响，试验中应通入气体X作为爱护气，试管中的固体药品可选用______________(填序号)。a．Na2SO3b．锌粒c．纯碱(3)试验起