无机非金属材料(精练)-(人教版必修第二册)解析

5.3无机非金属材料【合格性测试】1．下列物质中，不含有硅酸盐的是()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盐，硅芯片的主要成分是硅单质。2．下列叙述中，正确的是()A．自然界中存在大量的单质硅B．水晶、玛瑙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项错误；二氧化硅的化学性质较稳定，其为酸性氧化物，可以和碱溶液反应，除与HF反应外，不与其他酸反应，C项错误；硅元素是亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，D项错误。3．下列叙述正确的是()A．Na2SiO3是硅酸盐，所以不溶于水B．电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐C．建筑工业常用水玻璃作黏合剂D．用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火【答案】C【解析】Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水，Na2SiO3能溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。4．下列说法正确的是()A．硅材料广泛应用于光纤通信B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应【答案】A【解析】A项，光导纤维的主要原料是SiO2；B项，石英SiO2不能和盐酸反应，但能与氢氟酸反应；C项，瓷盘是硅酸盐制品，水晶的成分是SiO2，不是硅酸盐制品；D项，粗硅制单晶硅的反应为Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2，SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl，二者均是氧化还原反应。5．制取下列物质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】硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。6．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是()①以含硅物质作为原料②主要产物是硅酸盐③反应条件是高温④反应原理是复杂的物理变化和化学变化A．只有①③ B．只有②③C．①②③④ D．只有③④【答案】C【解析】传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成。其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。故①②③④均正确。7．下列关于SiO2和CO2的说法中不正确的是()A．CO2和SiO2都能与碱及碱性氧化物反应B．CO2和SiO2都能与水反应生成相应的酸C．CO2和SiO2都能与焦炭反应生成COD．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨【答案】B【解析】CO2能与水反应生成碳酸，但SiO2不能与水反应生成相应的酸，B错误。8．开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是()A．石墨烯是新型无机非金属材料B．纳米材料属于胶体C．硅酸盐材料只含有非金属元素D．二氧化硅常用作光电转换材料【答案】A【解析】纳米材料分散到分散剂中，才能形成胶体，B项不正确；硅酸盐材料不一定只含有非金属元素，可能含Ca、Al等金属元素，C项不正确；硅常用作光电转换材料，D项不正确。9．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中正确的是()A．汽车中小摆件“苹果花”的动力是以Si为原料制作的太阳能电池B．晶体硅主要用途是制造光导纤维C．硅是地壳中含量最多的元素D．硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在【答案】A【解析】晶体硅是良好的半导体材料，主要用途是制作太阳能电池、集成电路，A正确，B错误；氧是地壳中含量最多的元素，C错误；硅是亲氧元素，在自然界中只以化合态形式存在，D错误。10．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似。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价(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似”，推知A为硅；根据框图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。【等级性测试】11．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是()A．传统无机非金属材料指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大的强度C．高温结构陶瓷材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐【答案】D【解析】新型无机非金属材料的主要成分并不是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，故D项错误。12．化学在生产生活和科学研究中具有重要的作用。下列说法正确的是()①石英的主要成分是二氧化硅②三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料③太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能④二氧化硅的熔点高，硬度大，所以可用来制造电子部件和光学器件⑤水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品A．①②③ B．②④⑤C．③④⑤ D．①②③④【答案】A【解析】石英的主要成分是二氧化硅；水泥属于传统硅酸盐产品；太阳能电池的主要成分是硅；水晶项链的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；硅是半导体材料，可制造电子部件，二氧化硅光学性能优良，可制光学器件。综上所述，选A。12．已知滑石粉的化学式为Mg3Si4O10(OH)2，色白、滑爽、柔软、耐火。下列有关说法不正确的是()A．滑石粉属于无机硅酸盐类物质B．滑石粉组成可表示为3MgO·4SiO2·H2OC．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性D．滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应【答案】C【解析】硅酸盐是由硅、氧元素与其他元素组成的一类无机物的总称，故滑石粉属于无机硅酸盐类物质，A正确；可以将硅酸盐改写成氧化物的形式，B正确；爽身粉中添加滑石粉，主要是利用它的滑爽、柔软、干燥的特点，与耐火性无关，C错误；滑石粉中可能含有SiO2，可以与氢氟酸、NaOH溶液发生反应，D正确。13．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜。近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2B．性质稳定，不易脱色C．易溶解于强酸和强碱D．x等于6【答案】C【解析】“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应；硅酸铜钡中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6。因此，A、B、D均正确。14．下表各组物质中，满足如图所示一步转化关系的选项是()选项XYZACCOCO2BSiSiO2H2SiO3CNaNaOHNa2CO3DMgMgSO4Mg(OH)2【答案】A【解析】C不完全燃烧得到CO，CO继续燃烧生成CO2，Mg在CO2中燃烧可得到C，A正确；B项，SiO2不能一步转化为H2SiO3，H2SiO3也不能一步转化为Si；C项，Na2CO3不能一步转化为Na；D项，Mg(OH)2不能一步转化为Mg。15．下列有关说法中错误的是()A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐C．灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚，因为坩埚中的SiO2能与NaOH反应D．由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高温))Si＋2CO↑【答案】B【解析】A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，所以氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，正确；B项，水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，错误；C项，瓷坩埚是硅酸盐产品，坩埚中的SiO2能与NaOH反应，正确；D项，沙子的主要成分是SiO2，光伏材料的成分是晶体硅，由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，正确。16．铝硅合金具有熔点低、凝固时收缩率小等优点，适合铸造。现取试样10.0g，放在纯净氧气中完全燃烧，燃烧后的固体经称量发现比原来试样增重9.23g，由此计算硅铝合金中硅的质量分数约为()A．12.3%B．15.4%C．13.4%D．17.0%【答案】C【解析】铝、硅燃烧反应的化学方程式分别为4Al＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2Al2O3，Si＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SiO2。固体增重质量就是参加反应的氧气的质量。设Si的质量为xg，则Al的质量为(10－x)g，根据化学反应方程式知，铝消耗的氧气的质量为96(10－x)÷108，硅消耗的氧气的质量为32x÷28,96(10－x)÷108＋32x÷28＝9.23g，解得x≈1.34g，硅铝合金中硅的质量分数为1.34g÷10.0g×100%＝13.4%。17．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2)；③SiHCl3与过量的H2在1100℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。(1)第一步制取粗硅反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________。(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为__________________________。(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：①装置B中的试剂是________，装置C中的烧杯需要加热，目的是____________________。②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是__________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是____________________________________________________。③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及______________________________________。【答案】(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(2)分馏(或蒸馏)(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成在题给反应温度下(1100℃)，普通玻璃管会软化SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl③排尽装置中的空气【解析】(3)①因SiHCl3能与水剧烈反应，故装置A中产生的H2必须干燥，因此装置B中的试剂为浓H2SO4，且装置C中的烧杯需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，故装置D中有固体产生；由题给信息可知，制纯硅的反应条件为1100℃，此温度下普通玻璃管容易软化。③因高温下H2与O2反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。18．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，生产普通玻璃的主要原料有________________。(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：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________相似。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【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)生产普通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根据沸点的不同可选择蒸馏法提纯SiHCl3。【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)19．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅。②粗硅与干燥的Cl2反应制得SiCl4：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(加热))SiCl4。③SiCl4被过量的H2在1000～1100℃时还原制得纯硅。某同学从资料中查知：SiCl4的熔点为－70℃，沸点为57.6℃，其在