内容正文:
假期作业11 无机非金属材料
1.材料的分类
材
料
金属材料→
金属→
合金→
无机非
金属
材料
→
传统的无机
非金属材料
→
陶瓷→
水泥→
玻璃→
新型无机
非金属材料
→
硅和二氧化硅→
碳纳米材料→
富勒烯→
石墨烯→
碳纳米管→
新型陶瓷→
2.高纯硅的制备
石英砂
焦炭
1800~2000℃
→粗 硅
HCl
300℃
→SiHCl3
H2
1100℃
→高
纯硅
◆[知识点1] 无机非金属材料
1.化学与生产生活、科技密切相关,下列说法
正确的是 ( )
A.5G技术将成为半导体行业的驱动力,半导
体核心器件芯片的主要成分是二氧化硅
B.电动汽车代替燃油汽车是必然趋势,电
动汽车电池工作时正极发生还原反应
C.规范佩戴口罩能有效防止新型冠状病毒肺
炎感染传播,制作口罩的原料之一聚丙烯
的结构简式为 CH2 CH2 CH2
D.北京冬奥会运动员穿着的石墨烯运动衣
具有透气、保温性好等优良性能,石墨烯
属于有机高分子化合物
2.近年来,具有特殊性质的新型无机非金属材
料迅速发展,下列有关新型无机非金属材料
的叙述不正确的是 ( )
A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材
料,可用于制造发动机部件,其化学式
为Si3N4
B.利用二氧化硅的半导体性能,可以制成
太阳能电池
C.碳化硅的硬度大、熔点高,可用于制作高
温结构陶瓷和轴承
D.富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分
子的总称,属于新型无机非金属材料
3.下列叙述正确的是 ( )
A.高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化
碳,说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强
B.陶瓷、玻璃、水泥容器都能储存氢氟酸
C.石灰抹墙、水泥砌墙的硬化原理相同
D.玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧
化碳
4.硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和
硅酸盐约占地壳质量的90%以上.
(1)下列物质不属于硅酸盐的是
(填标号).
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 与氢
氧化钠溶液反应的化学方程式为
,工艺师常用 (填物质名
称)来雕刻玻璃.
(3)用Na2SiO3 水溶液浸泡过的棉花不易燃
烧,说 明 Na2SiO3 可 用 作 .
Na2SiO3 可通过SiO2 与纯碱混合高温熔融
反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用
的是 (填标号).
A.普通玻璃坩埚
B.石英玻璃坩埚
C.氧化铝坩埚
D.铁坩埚
(4)工业上常利用反应2C+SiO2
高温
Si+
2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合
价升高的物质是 (填化学式,下
同),氧化剂是 .
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◆[知识点2] 硅及其化合物
5.硅及其化合物的应用范围很广.下列说法
正确的是 ( )
A.单质硅能与氢氟酸反应,则单质硅也可
以与盐酸反应
B.光导纤维是一种新型无机非金属材料,
其主要成分为SiO2
C.通过反应SiO2+2C
高温
Si+2CO↑可以
说明非金属性C>Si
D.SiO2 既能与强碱溶液反应,又能与氢氟
酸反应,所以SiO2 是两性氧化物
6.用胶头滴管向用石蜡围成“Spark”凹槽内注
入某溶液,即可在玻璃上刻蚀出“Spark”的
字样,则该溶液是 ( )
A.盐酸 B.氢氟酸
C.烧碱 D.饱和食盐水
7.下列有关硅及其化合物的说法中正确的是
( )
A.在 粗 硅 的 制 取 中 发 生 反 应2C+SiO2
高温
2CO↑+Si
,硅元素被还原,所以碳
的还原性比硅的还原性弱
B.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠溶
液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中
C.用SiO2 制取硅酸,应先使二氧化硅与氢
氧化钠溶液反应,然后通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2
高温
CO2↑+Na2SiO3
可知,硅酸的酸性强于碳酸的酸性
8.制造硅半导体材料首先要制备纯硅,工业上
常用石英砂(主要成分:SiO2)按照如下流程
来制备纯硅.下列说法正确的是 ( )
石英砂
过量焦炭
1800~2000℃
→ 粗硅
HCl
300℃
→SiHCl3
过量H2
1100℃
→ 纯硅
步骤Ⅰ 步骤Ⅱ 步骤Ⅲ
A.步骤Ⅰ中,焦炭作燃料
B.步骤Ⅱ是非氧化还原反应
C.整个流程中只有 H2 可以循环使用
D.SiHCl3(沸点为33.0℃)中含有少量的
SiCl4(沸点为67.6℃),通过蒸馏(或分
馏)可提纯SiHCl3
9.太阳能电池是通过光电效应或者光化学效
应直接把光能转化成电能的装置.第一代
电池的光电转换材料是单晶硅.某单晶硅
制备工艺中涉及的主要物质转化如下:
石英砂
(主要成分
为SiO2)
C
2000℃
ⅰ
→ 粗硅
HCl
300℃
ⅱ
→ SiHCl3(g)
H2
1100℃
ⅲ
→ 高纯硅
下列事实能作为“非金属性C比Si强”的证
据的是 ( )
A.ⅰ中,C做还原剂,能置换出Si
B.碳酸的酸性强于硅酸
C.碳酸的热稳定性弱于硅酸
D.碳化硅(SiC)的结构类似金刚石,硬度大
10.氮化硅高温陶瓷材料是现代重要的结构陶
瓷,因其具有硬度大、熔点高、化学性质稳
定等特点而受到广泛关注.工业上普遍用
图所示流程进行生产:
SiO2
C
高温
→ 粗硅
HCl
高温
→SiHCl3
H2
①
→
高纯
度硅 1300℃
③
→
氮化硅
陶瓷高纯
度N2
浓硫酸
→A
NH3
△②
→CuO
(1)SiO2 和C反应除了得到粗硅外,还有
可能得到一种硬度也很大的物质,是生成
粗硅还是生成该物质主要是由 决
定的.
(2)反应①的条件是 .
(3)写出反应②的化学方程式:
.
43
(4)A中可能的杂质有 .
(5)现在用四氯化硅、氮气、氢气在稀有气
体保护下加强热,得到纯度较高的氮化硅,
其反应的化学方程式为
.
◆[知识点3] 碳及其化合物
11.将过量的CO2 分别通入:①CaCl2 溶液、
②浓Na2SiO3 溶液、③Ca(OH)2 溶液、④
饱和Na2CO3 溶液.最终溶液中有白色沉
淀析出的是 ( )
A.①②③④ B.②④
C.①②③ D.②③
12.(备选双选)华为公
司中央研究院瓦特
实验室在日本世界
电池大会上推出世
界首个石墨烯锂离子电池.石墨烯可看作
是石墨的层状结构一层一层地剥开得到的
单层碳原子,它既是最薄的材料,也是最强
韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高出
百倍,同时表现出良好的导电性能(如图).
下列关于石墨烯的说法正确的是 ( )
A.石墨烯是一种新型的纳米化合物
B.石墨烯与C60互为同素异形体
C.石墨烯的结构中部分原子可能处于同
一平面内
D.石墨制取石墨烯的过程是化合反应
13.某同学为验证盐酸、碳酸和硅酸的酸性强
弱,用如图所示装置进行实验:
试回答下列问题.
(1)装置Ⅰ中滴加盐酸后,产生的现象是
;装置Ⅱ的作用
是 ,其中
可能发生反应的离子方程式是
.
(2)装置Ⅲ中的现象是 ,反应的化
学方程式是
.
(3)该实验的实验结论是 .
水晶、玛瑙为什么绚丽多彩
水晶、玛瑙一向以它们的绚丽多彩而博得
人们的喜爱,它们为什么会如此多彩呢? 通过
化学分析和光谱鉴定发现,使其五彩缤纷的是
某些金属元素.由于它们所含的金属量有多
有少,而且有的只含有一种金属元素,有的则
含有几种金属元素,因此颜色也就各不相同.
如翡翠中含有铬元素,朱丹色的红玛瑙里含有
铁元素.这些藏在宝石内部的金属,吸收了光
线里的一部分色光,把其余的色光反射出来,
所以,太阳光谱的所有颜色都在各种宝石的身
上互相替换着.
还有些水晶、玛瑙看起来非常漂亮,有的
却是经过人工染色的.宝石染色的方法有时
还很别致.今天,随着科学技术的不断发展,
人们又邀请了镭射线和紫外线来参加宝石的
染色工作.并且,宝石已不只是充当装饰品,
而更多的作为钟表和精密仪表的轴承材料.
53
(2)装置 A中盛装浓氨水的仪器名称为分液漏斗;橡皮管a
的作用是平衡气压,使氨水能顺利滴下;
(3)E的作用是吸收氨气,导管要长的原因是防止 E中浓硫
酸倒吸进入装置 D,影响测定结果;
(4)G读数换算成标准状况下的气体体积为V L,即n(N2)
= V22.4mol
,称得干燥管D增重mg,则n(H2O)=
m
18mol
,
则氨分子中氮、氢的原子个数比=氮、氢的物质的量之比=
2V
22.4mol∶
2m
18 mol=9V∶112m
;若不用 E,则有氨气溶于
F,为维持压强,部分氮气无法进入 F,所测得氮气体积偏
小,氮、氢的原子个数比偏小.
答案:(1)打开 K1 滴加浓氨水,再打开 K2 2NH3+3CuO
△
N2+3H2O+3Cu
(2)分液漏斗 平衡气压,使氨水能顺利滴下
(3)防止E中浓硫酸倒吸进入装置 D,影响测定结果
(4)9V∶11.2m 偏小
假期作业11
1.B [A.半导体核心器件芯片的主要成分是硅,A错误;B.电
动汽车电池工作时正极发生还原反应,B正确;C.聚丙烯的
结构简式为 ,C错误;D.石墨烯属于无机非金
属材料,D错误.]
2.B [A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,可用于制
造发动机部件,其化学式为Si3N4,A 正确;B.利用硅的半导
体性能,可以制成太阳能电池,B错误;C.碳化硅硬度大、熔
点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承,C正确;D.富勒烯
是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,属于新型无机非
金属材料,D正确.]
3.D [B.陶瓷、玻璃、水泥溶器所含材质物质中都含有 SiO2,
能与氢氟酸反应;C.石灰硬化的原理是 Ca(OH)2 与 CO2 反
应生成 CaCO3,而水泥硬化过程中发生复杂的物理变化和
化学变化.]
4.解析:(1)生石灰是 CaO,为碱性氧化物且不含 Si,不属于硅
酸盐.(2)SiO2 与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 SiO2+
2NaOHNa2SiO3+H2O.由于 SiO2 能溶于氢氟酸,因
此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃.(3)Na2SiO3 水溶液又称
“水玻 璃”且 有 阻 燃 的 功 能,因 此 可 用 作 防 火 剂,SiO2 和
Na2CO3 在高温下反应生成 Na2SiO3 和CO2,故含SiO2 的材
料(普通玻璃、石英玻璃)以及 Al2O3 等都能与 Na2CO3 在高
温下反应,故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱.(4)该反应
中 C被 氧 化,SiO2 中 +4 价 的 硅 被 还 原,因 此 SiO2 作 氧
化剂.
答案:(1)D (2)SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O 氢氟
酸 (3)防火剂 D (4)C SiO2
5.B [单质硅能与氢氟酸反应,具有亲氟性,但不能与盐酸反
应,故 A错误;二氧化硅具有导光性,是光导纤维的主要成
分,故B正确;该反应的发生是因为生成气体 CO,气体从体
系中逸出,促进了反应的进行,不能说明非金属性 C>Si,故
C错误;SiO2 与氢氟酸反应,体现硅元素的亲氟性,而非碱
性氧化物的性质,故 D错误.]
6.B [能腐蚀玻璃的是氢氟酸,反应的化学方程式为SiO2+4HF
SiF4↑+2H2O.]
7.C [A.在反应2C+SiO2
高温
2CO↑+Si中 Si元素的化合
价由+4降到0,SiO2 为氧化剂,被还原,Si为还原产物,C
元素的化合价由0升到+2,C为还原剂,还原剂的还原性大
于还原产物 的 还 原 性,所 以 碳 的 还 原 性 比 硅 的 还 原 性 强,
A错误;B.因为 Na2SiO3 溶液是一种黏合剂,所以不能用带
磨口玻璃塞的试剂瓶盛放 Na2SiO3 溶液,B错误;C.SiO2 不
能直接与水反应,所以制取硅酸可用可溶性硅酸盐与 CO2
(或盐酸)反 应:Na2SiO3 +CO2(少)+H2O Na2CO3 +
H2SiO3↓(或 Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓),C正
确;D.反应 Na2CO3+SiO2
高温
CO2↑+Na2SiO3 能在高温
下进行,主要是因为产物中有气体生成,气体从反应体系中
逸出,有利于反应的进行,与酸性无关,D错误.]
8.D [步骤Ⅰ中,SiO2 与焦炭反应生成Si和 CO,焦炭作还原
剂,A 错 误;步 骤 Ⅱ 中 Si与 HCl在 300 ℃ 下 反 应 生 成
SiHCl3,属于氧化还原反应,B错误;整个流程中 H2 和 HCl
都可循环利用,C错误;SiHCl3 和SiCl4 的沸点相差较大,可
采用蒸馏的方法提纯SiHCl3,D正确.]
9.B [A.ⅰ中 C在高温下还原二氧化硅为硅单质,同时生成
一氧化碳逸出使得反应能够进行,不能说明“非金属性 C比
Si强”,A错误;B.非金属性越强,其最高价氧化物对应的水
化物的酸性越强,碳酸的酸性强于硅酸,能说明“非金属性 C
比Si强”,B正确;C.非金属性越强,其简单氢化物稳定性越
强;而碳酸的热稳定性弱于硅酸,不能说明“非金属性 C 比
Si强”,C错误;D.碳化硅(SiC)的结构类似金刚石,硬度大,
与晶体类型有关,不能说明“非金属性 C比Si强”,D错误.]
10.解析:(1)SiO2 与 C在高温下反应,会因 C的用量不同而使
产物不同:SiO2+2C
高温
Si+2CO↑或 SiO2+3C
高温
SiC
+2CO↑.(2)反应①的条件是高温和隔绝空气.(3)反应
②中 CuO与 NH3 反应生成 A,A 经浓硫酸干燥得到高纯
度 N2,据此推测②中 NH3 被氧化为 N2,则 CuO 被还原为
Cu,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式:3CuO
+2NH3
△
3Cu+N2 +3H2O.(4)A中 可 能 的 杂 质 有
NH3 和 H2O.(5)用SiCl4、N2、H2 在稀有气体保护下加强
热,得到纯度较高的Si3N4,结合得失电子守恒和原子守恒
写出化学方程式:3SiCl4+2N2+6H2
高温
Si3N4+12HCl.
答案:(1)C的用量 (2)高温和隔绝空气
(3)3CuO+2NH3
△
3Cu+N2+3H2O
(4)NH3 和 H2O
(5)3SiCl4+2N2+6H2
高温
Si3N4+12HCl
11.B [根据酸与盐反应的规律,CO2 通入CaCl2 溶液不反应,
无明显现象;过量的 CO2 通入浓 Na2SiO3 溶液中有白色沉
淀 H2SiO3 生成;CO2 通入 Ca(OH)2 溶液至过量会发生反
应 Ca(OH)2+CO2 CaCO3↓+H2O,CaCO3+H2O+
CO2 Ca(HCO3)2,最终生成 Ca(HCO3)2 而无沉淀;过
量 CO2 通 入 饱 和 Na2CO3 溶 液 中 Na2CO3 +H2O+CO2
2NaHCO3↓,生成的 NaHCO3 质量增加,水被消耗且
溶解度比 Na2CO3 溶解度小而有结晶析出.]
12.BC [A.石墨烯是由一种元素组成的纯净物,属于单质,故
错误;B.石墨烯与 C60是由碳元素组成的不同的单质,互为
同素异形体,故正确;C.石墨烯可看作是石墨的层状结构一层
一层地剥开得到的单层碳原子,所以石墨烯的结构中部分碳
原子处于同一平面,故正确;D.石墨制成石墨烯,反应物与生
成物均是一种,所以不属于化合反应,故错误.]
13.解析:(1)碳酸钠和盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳,现
象为固体溶解并有气泡产生;装置Ⅱ的作用是吸收 CO2 中
混有的 HCl气体,反应生成氯化钠、水和二氧化碳,反应的
离子方程式为 HCO-3 +H+ H2O+CO2↑.(2)二氧化
碳和硅酸钠溶液反应生成硅酸,现象为有白色胶状沉淀生
成,反 应 的 化 学 方 程 式 为 Na2SiO3 +CO2 + H2O
Na2CO3+H2SiO3↓.(3)根据强酸制取弱酸的规律可以
得出酸性强弱顺序为盐酸>碳酸>硅酸.
答案:(1)固体溶解并有气泡产生 吸收 CO2 中混有的
HCl气体 HCO-3 +H+ H2O+CO2↑
(2)有 白 色 胶 状 沉 淀 生 成 Na2SiO3 +CO2 +H2O
Na2CO3+H2SiO3↓ (3)酸性:盐酸>碳酸>硅酸
假期作业12
1.D [过程Ⅰ,H2 和 O2 中的化学键断裂吸收能量,属于吸热
过程,A正确;过程Ⅲ,形成水分子中化学键的过程释放能量,
属于放热过程,B正确;H2 和 O2 反应生成 H2O,所有旧化学键
都断裂,且形成了新化学键,C正确;该反应中的能量转化形式
有化学能转化为化学能、化学能转化为热能等,D错误.]
2.D [A.铁、碳与氯化铁溶液组成原电池,铁极失去电子发生
氧化反应,A正确;B.铁、银与硫酸铜溶液组成的原电池中,
银极 得 电 子 为 正 极,Cu2+ 和 电 子 均 向 正 极 移 动,B 正 确;
C.由图知反应物总能量高于生成物总能量,该反应为放热
反应,盐酸与氢氧化钠反应为放热反应,其能量变化可用上
图简单表示,C正确;D.2H2+O2
点燃
2H2O 的能量变化如
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