内容正文:
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课时作业20 无机非金属材料
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,
择取无砂黏土而为之”“凡坯既成,干燥之后,
则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青
色),与造砖同法”。下列说法错误的是 ( )
A.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
B.“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学
变化
C.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
D.烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦
2.下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是
( )
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A.①② B.②③
C.①④ D.③④
3.(2023·河南名校联考改编)近年来,我国在航
空航天、通信、环保等领域取得了举世瞩目的
成就。下列说法正确的是 ( )
A.富勒烯、石墨烯和碳纳米管等碳纳米材料均
属于新型无机非金属材料
B.Si3N4 俗称金刚砂,硬度很大,可用作砂纸和
砂轮的磨料
C.神舟十四号载人飞船返回舱外表面使用的
高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
D.二氧化硅常被用于制造光缆,是由于其导电
能力强
4.我国科学家制得了二氧化
硅超分子纳米管,其微观
结构如图所示。下列叙述
错误的是 ( )
A.二氧化硅属于酸性氧化物
B.二氧化硅超分子纳米管不与任何酸反应
C.光导纤维的主要成分是二氧化硅
D.二氧化硅与碱的反应是非氧化还原反应
5.二氧化硅广泛存在于自然界中,在日常生活、
生产、科研及新型材料等方面有着重要的用
途。a~e是对①~⑤反应中SiO2 所表现的化
学性质或作用进行准确判断,其中正确的是
( )
①SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
②SiO2+2C
高温
Si+2CO↑
③SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
④Na2CO3+SiO2
高温
Na2SiO3+CO2↑
⑤SiO2+3C
高温
SiC+2CO↑
a.反应①中SiO2 作为玻璃的成分被消耗,用
于刻蚀玻璃
b.反应②中SiO2 表现出氧化性
c.反应③中SiO2 表现了酸性氧化物的通性
d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发
性的酸酐的原理
e.反应⑤中SiO2 既不是氧化剂也不是还原剂
A.ace B.bde
C.cde D.ab
6.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是指玻璃、水泥、陶瓷
等硅酸盐材料
B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机
非金属材料的缺点,但强度比较差
C.高温结构材料具有耐高温、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
料的主要成分不同
-376-
第四章 非金属及其化合物 3
7.水泥是人类最伟大的发明之一,主要成分为硅
酸三钙(3CaO·SiO2)。将其与适量的水反应,
形 成 相 互 交 联 的 结 构,反 应 式 如 下:
2(3CaO·SiO2)+6H2O3CaO·2SiO2·
3H2O+3Ca(OH)2 (放热反应)。
但是,需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸
气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的
建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法,
有效解决了这一问题,保证了大坝建筑质量。
下列说法错误的是 ( )
A.水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B.水泥生产过程中加入石膏,可以调节水泥的
硬化速率
C.水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D.以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气
产生的气泡
8.科学家用金属钠还原CCl4 和SiCl4 制得一种
一维SiC纳米棒,相关反应的化学方程式为
8Na+CCl4+SiCl4
高温
SiC+8NaCl。下列说
法不正确的是 ( )
A.SiC和SiO2 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.SiO2 制备单质Si、单质Si制备SiCl4 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
9.(2024·广东珠海第二中学月考)二氧化硅与
二氧化碳组成相似,结构不同。下列反应原理
不同的是 ( )
A.SiO2+2C
高温
Si+2CO↑
与NaCl+K
高温
KCl+Na
B.SiO2 +CaCO3
高温
CaSiO3 +CO2 ↑
与
Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3↓ +
Na2CO3
C.SiO2+2OH-SiO2-3 +H2O
与
CO2+
2OH-CO2-3 +H2O
D.SiO2+2C
高温
Si+2CO↑与SiO2+Na2CO3
高温
Na2SiO3+CO2↑
10.高纯硅是典型的无机非金属材料,又称“半导
体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一
场“革命”。它可以按下列方法制备,下列说
法不正确的是 ( )
A.硅是地壳中含量第二的元素,主要以氧化
物、硅酸盐等形式存在于自然界中
B.电 弧 炉 中 的 化 学 方 程 式 为 SiO2+2C
高温
SiC+CO2↑
C.二氧化硅既能与氢氟酸反应又能与氢氧化
钠反应,二氧化硅是典型的酸性氧化物
D.步骤①②③中 HCl和 H2 可以重复使用,
三步反应中Si的化合价均发生了改变
11.实验室用H2 还原SiHCl3(沸点:31.85
℃)制
备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气
处理装置略去)。下列说法正确的是 ( )
A.装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水
B.实验时,应先加热管式炉,再打开活塞K
C.为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质,
需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN
溶液
D.该实验中制备氢气的装置也可用于过氧化
氢与 MnO2 反应制备O2
12.(2023·云南昆明模拟)如图是利用二氧化硅
制备硅及其化合物的流程。下列说法或离子
方程式正确的是 ( )
-377-
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A.SiO2 能与氢氧化钠及氢氟酸反应,属于两
性氧化物
B.Na2SiO3 溶液中通入过量的CO2:SiO2-3 +
CO2+H2OH2SiO3↓+CO2-3
C.图中所有反应均为非氧化还原反应
D.硅胶可用作食品干燥剂
二、非选择题
13.高纯硅是制作光伏电池的关键材料,如图是
一种生产高纯硅的工艺流程示意图:
电弧炉
石英砂、焦炭
↓
流化床反应器→
HCl
↓
H2
↓
还原炉→
H2
↓
HCl
↓
高纯硅→
已知:①流化床反应器内的主反应:Si+3HCl
250~300
℃
SiHCl3+H2;
② 还 原 炉 内 的 主 反 应:SiHCl3 + H2
1
100~1
200
℃
Si+3HCl;
③SiHCl3 极 易 水 解:SiHCl3+3H2O
H2SiO3↓+H2↑+3HCl。
回答下列问题:
(1)石英砂的主要成分为SiO2,SiO2 是一种
酸性氧化物,能与烧碱反应生成盐和水,下列
物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是
(填字母)。
A.Al B.CuO C.NaHCO3
SiO2 能在一种常见的酸中溶解,生成一种气
态含硅物质,这种酸的电子式为
。
(2)电弧炉中生成粗硅,反应的化学方程式为
。若电弧炉中焦
炭过量,还会有SiC生成,石英砂和焦炭生
成SiC的反应中,氧化剂和还原剂的物质的
量之比为 。
(3)整个操作流程都需隔绝空气,原因是
(答出
两条即可)。
(4)流化床反应器中除SiHCl3 外,还可能发
生 副 反 应,生 成 其 他 含 硅 化 合 物 (如
SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等),可以用蒸馏的方
法加以分离,该操作方法的理论依据是
。
(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是
。
14.白炭黑(SiO2·H2O)广泛应用于橡胶、涂料、
印刷等行业,可用蛇纹石[主要成分为
Mg6(Si4O10)(OH)8]来制取,其主要工艺流
程如图所示:
(1)蛇纹石用氧化物形式可表示为
。
(2)碱浸时,为提高其中硅酸盐的浸取率,除
采用合适的液固比和循环浸取外,还可采用
的方法有① ;② (任举两种)。
(3)过滤1得到的滤液的主要成分是
。
(4)滤液与盐酸反应的主要离子方程式为
。
(5)洗涤时,如何证明产品已洗涤干净?
。
-378-
参
考
答
案
气和氧气在催化剂作用下生成一氧化氮,反应的化学方程
式:4NH3+5O2
催化剂
△
4NO+6H2O。(5)①实验操作需
要做对比实验,实验操作可以为将煮沸的硝酸钡溶液更换
为等量的煮沸的水,然后通入足量的二氧化硫测定溶液的
pH变化;②未煮沸的溶液中存在溶解氧,通入SO2,发生反
应SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O2 H2SO4;氯化
钡和硝酸钡溶液的区别在于氯离子不能氧化亚硫酸为硫
酸,且氧气氧化反应的活化能较大,但是溶解的氧气仍会将
亚硫酸氧化为硫酸,只是反应速率慢于硝酸钡存在时的速
率,且600
s时溶液酸性要稍弱;pH 变化见答图。③向煮
沸的Ba(NO3)2 溶液中继续通入SO2 至饱和,硝酸根离子
会氧化亚硫酸为硫酸,硫酸和硝酸钡生成硫酸钡沉淀,故现
象为溶液pH继续减小,溶液中生成白色沉淀。
课时作业20 无机非金属材料
1.C 2.C 3.A 4.B 5.B
6.B 无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非
金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅
酸盐材料,包括玻璃、水泥、陶瓷等;新型无机非金属材料是
指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。
新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比,具有许多
优良性能,如强度高、耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电
效应和生物功能等。
7.C 水泥由石灰石和黏土等混合,经高温煅烧制得,A说法正
确;水泥生产过程中加入石膏的目的是调节水泥的凝结硬化
速率,调整 水 泥 的 凝 结 时 间,B说 法 正 确;水 与 硅 酸 三 钙
(3CaO·SiO2)发生化学反应,生成的产物形成相互交联的
结构,C说法错误;硅酸三钙(3CaO·SiO2)与水反应放热,
以冰代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡,保证建筑质
量,D说法正确。
8.B SiC和SiO2 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;SiO2 制备单质Si
需加入还原剂,单质Si制备SiCl4 需加入氧化剂,C项正确;
一维SiC纳米棒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。
9.B 都是高温条件下同主族元素单质间的置换反应,生成气
体使反应趋于完全,原理相同,故A不符合题意;前者是高温
条件下的固体反应,生成的二氧化碳气体逸出反应体系使反
应趋于完全,后者是溶液中的强酸制弱酸的复分解反应,原
理不同,故B符合题意;二者都是酸性氧化物与碱的反应,原
理相同,故C不符合题意;前者是氧化还原反应,后者是非氧
化还原反应,但本质上两个反应都是高温固相反应,生成气
体使反应趋于完全,原理相同,故D不符合题意。
10.B 硅在地壳中的含量仅次于氧,自然界中都以化合态形式
存在,主要以氧化物、硅酸盐等形式存在于自然界中,A正
确;电弧炉 中 高 温 条 件 下 二 氧 化 硅 和 碳 反 应 生 成 粗 硅 和
CO,反应的化学方程式为SiO2+2C
高温
Si+2CO↑,B不
正确;二氧化硅既能与氢氟酸反应又能与氢氧化钠反应,氢
氟酸与二氧化硅反应,是二氧化硅的特性,二氧化硅是典型
的酸性氧化物,C正确;步骤①②③中 HCl和 H2 可以重复
使用,循环反应,三步反应中Si的化合价均发生了改变,分
别为降低、升高、降低,D正确。
11.C 制备高纯硅的反应为 H2+SiHCl3
高温
Si+3HCl,此反
应应在装置Ⅳ中进行。装置Ⅰ的目的是制取氢气,氢气中
含有水蒸气,对后续实验产生干扰,必须除去,因此装置Ⅱ
的目的是除去氢气中的水蒸气,即装置Ⅱ中盛放浓硫酸;装
置Ⅲ的目的是使SiHCl3 汽化,与氢气充分混合,因此应在
热水浴中加热,A项错误;实验时应先打开活塞 K,通入氢
气,排尽装置中的空气,防止加热时发生爆炸,B项错误;硅
不能与盐酸 反 应,铁 与 盐 酸 反 应 生 成Fe2+,Fe2+ 被 H2O2
氧化成Fe3+,遇KSCN溶液变红,可以鉴定制得的硅中是
否含有铁单质,C项正确;MnO2 为粉末状固体,因此不能
用启普发生器进行实验,D项错误。
12.D 两性氧化物是既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应
生成盐和水的氧化物,SiO2 与 HF反应不生成盐,SiO2 不
是两性氧化物,是酸性氧化物,故 A错误;Na2SiO3 溶液中
通入过量的CO2 生成NaHCO3 和硅酸,其反应的离子方程
式为SiO2-3 +2CO2+2H2OH2SiO3↓+2HCO-3 ,故B
错误;SiO2 与C反应,Si与Cl2 反应等为氧化还原反应,故
C错误;硅胶具有吸水性,且没有毒性,可用作食品干燥剂,
故D正确。
13.(1)C H·· F
··
··
·
·
(2)SiO2+2C
高温
Si+2CO↑ 1︰2
(3)防止SiHCl3 发生水解;防止硅被氧化;防止氢气与氧气
反应而发生爆炸(任写两条即可)
(4)各组分沸点相差较大
(5)H2、HCl
解析:(1)铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢
气,故A不符合题意;氧化铜与氢氧化钠溶液不反应,故B
不符合题意;碳酸氢钠与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和
水,故C符合题意。SiO2 能在一种常见的酸中溶解,生成
一种气态含硅物质,这种酸为 HF,HF属于共价化合物,其
电子式为 H·· F
··
··
·
· 。(2)二氧化硅与碳在高温条件下反应生
成粗硅和CO:SiO2+2C
高温
Si+2CO↑,石英砂和焦炭生
成SiC的反应为SiO2+3C
高温
SiC+2CO↑,C元素化合价
由0降低为-4,由0升高为+2,C既是氧化剂又是还原
剂,氧化剂和还原剂的物质的量之比为1︰2。
14.(1)6MgO·4SiO2·4H2O
(2)①适当升高温度 ②连续搅拌(或适当延长停留时间、
选择合适的氢氧化钠浓度等)
(3)硅酸钠
(4)SiO2-3 +2H+H2SiO3↓
(5)取 少 许 最 后 一 次 洗 涤 液,滴 入2~3滴 硝 酸 酸 化 的
AgNO3 溶液,若不出现白色沉淀,表示已洗涤干净
解析:(1)用氧化物形式表示复杂硅酸盐的化学式时,应按
金属性强弱顺序书写氧化物,中间用“·”隔开,再写非金属
氧化物,H2O放在最后,因此 Mg6(Si4O10)(OH)8 用氧化
物形式表示为6MgO·4SiO2·4H2O。(2)为提高其中硅
酸盐的浸取率,还可采用的方法有适当升高温度、连续搅拌
(或适 当 延 长 停 留 时 间、选 择 合 适 的 氢 氧 化 钠 浓 度 等)。
(3)氢氧化钠和二氧化硅反应生成硅酸钠和水,所以过滤1
得到的滤液的主要成分是硅酸钠。(4)滤液主要成分是硅
酸钠,与盐酸反应生成硅酸和氯化钠,反应的离子方程式
为SiO2-3 +2H+H2SiO3↓。(5)可以检验是否存在氯
离子来检验是否洗涤干净,具体方法是取少许最后一次洗
涤液,滴入2~3滴硝酸酸化的硝酸银溶液,若无白色沉淀
生成,证明已经洗涤干净。
微专题强化练(5) 化学与STSE
1.C 2.A 3.B 4.C 5.B
6.D 光纤的主要材质为二氧化硅,A错误;沥青是由不同相对
分子质量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复
杂混合物,不是天然无机材料,B错误;甘油溶于水,C错误;
淀粉水解的最终产物为葡萄糖,D正确。
7.B 人体缺氟会导致龋齿,因此使用含氟牙膏可预防龋齿,A
正确;小苏打的主要成分是NaHCO3,B错误;食醋的主要成
分为CH3COOH,可与碳酸钙反应生成可溶的醋酸钙、二氧
化碳和水,因此食醋可除去水垢中的碳酸钙,C正确;食品添
加剂加入食品中的目的是改善食品品质和色、香、味以及防
腐、保鲜和加工工艺的需要,所以合理使用有助于改善食品
品质、丰富食 品 营 养 成 分,不 应 降 低 食 品 本 身 营 养 价 值,D
正确。
8.C 含氮、磷元素的大量污水任意排入河流、湖泊,会引起水
体的富营养化,导致出现水华、赤潮等水体污染问题,故A正
确;含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物质,故B
正确;绿色化学是从源头减少或消除环境污染,提高原子利
用率,生产过程对环境友好,而不是“先污染后治理”,故C错
误;乙烯氧化法制环氧乙烷无副产物,现代石油化工采用银
作催化剂,用 乙 烯 氧 化 法 制 环 氧 乙 烷 可 实 现 原 子 利 用 率
100%,故D正确。
9.C 化石能源是指由远古时代的动植物在地壳中经过几亿年
的高温、高压转化而来的燃料,短期内不能再生,包括煤、石
油和天然气,而生物柴油是油脂反应产生的,不是化石能源,
故A正确;生物柴油可由“地沟油”获得,实现了厨余垃圾的
合理利用,故B正确;所有的燃烧都是放热反应,故C错误;
燃烧过程中化学能主要转化为热能和光能,故D正确。
10.D 生物柴油燃烧产生二氧化碳,将废弃油脂转化为生物柴
油不能减少二氧化碳的排放量,A项错误;CaO可与SO2
-599-