高中化学人教版（2019）必修2 同步练习 5.3 无机非金属材料

第三节　无机非金属材料基础过关练　　　　　　　　　　　　　　　　题组一　硅酸盐材料1.(2020西藏林芝一中高一期中)下列物质中不含硅酸盐的是(　　)A.陶瓷B.玻璃C.水泥D.生石灰2.(2020福建南平高一月考)制玻璃和水泥的共同的原料是(　　)A.二氧化硅B.碳酸钠C.碳酸钙D.硅酸钠3.(2019山东师范大学附中高一下学情检测)500多年前,一艘载着天然苏打晶体(Na2CO3·10H2O)的商船在航行中搁浅,船员们便在附近的沙滩上用几块苏打晶体支锅煮饭。之后他们惊奇地发现,在苏打与沙粒接触的地方出现了许多晶莹发亮的珠子。回答下列问题:(1)沙滩上沙粒的主要成分为　　　　(填化学式)。 (2)上述晶莹发亮的珠子可能是　　　　(填字母)。 A.水晶颗粒B.无水碳酸钠C.晶体硅D.玻璃珠(3)生成该珠子时发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 (4)氢氟酸是HF的水溶液,可与SiO2反应生成SiF4和H2O。氢氟酸常用作玻璃的蚀刻剂,原因是　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 题组二　晶体硅的制备方法4.习主席在2020年新年贺词中强调“5G商用加速推出,凝结着新时代奋斗者的心血和汗水,彰显了不同凡响的中国风采、中国力量”。制造芯片用到高纯硅,用SiHCl3与过量H2在1100~1200℃反应制备高纯硅的装置如下图所示(热源及夹持装置略去)。已知:SiHCl3遇水剧烈水解,在空气中易自燃。下列说法错误的是(　　)A.装置B中的试剂是浓硫酸B.实验时先打开装置C中分液漏斗的旋塞,C.装置C中的烧瓶需要加热,其目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化D.装置D不能采用普通玻璃管的原因是在反应温度下,普通玻璃管会软化5.(2019河南商丘九校高一上期末联考)由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列说法中错误的是(　　)A.SiHCl3的摩尔质量为135.5gB.H2和HCl均可循环利用C.SiO2是一种坚硬难熔的固体D.①②③均属于氧化还原反应题组三　新型无机非金属材料6.(2020山东济宁实验中学高一开学考试)我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世,填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对硅及其化合物的有关叙述正确的是(　　)A.二氧化硅既能与烧碱溶液反应又能与氢氟酸反应,所以二氧化硅是两性氧化物B.晶体硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质发生反应C.晶体硅是一种良好的半导体材料,但是它的提炼工艺复杂,价格极高D.晶体硅和金刚石的硬度都很大7.(2019安徽六安毛坦厂中学高一上期末)我国已跨入“互联网+”时代,而“互联网”的建设离不开无机非金属材料硅。下列物品中用到硅单质的是(　　)A.陶瓷餐具B.石英钟表C.计算机芯片D.光导纤维8.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,其化学式为Si3N4B.碳化硅(SiC)的硬度大、熔点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承C.光导纤维是一种新型无机非金属材料,其主要成分为SiO2D.二氧化硅为立体网状结构,其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶29.碳纳米材料是近年来人们非常关注的一类新型无机非金属材料,下列关于碳纳米材料的说法中不正确的是(　　)A.C60是富勒烯的代表物,C60的摩尔质量为720g/molB.碳纳米管可用于生产电池和传感器,C.石墨烯与石墨都具有导电性D.石墨烯的性质稳定,在氧气中不能燃烧能力提升练　　　　　　　　　　　　　　　　题组一　硅酸盐材料1.(2020宁夏石嘴山高一期中,)下列有关物质的叙述中,错误的是(　　)A.碳酸钠溶液保存在配有橡胶塞的细口瓶中,氢氟酸通常保存在塑料瓶中B.石灰石是制备玻璃、水泥的原料之一C.水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品D.合金比它的各成分金属的熔点低,硬度大,电解氧化铝可以获得铝单质2.()宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(　　)A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C.高品质的瓷器晶莹剔透,属于纯净物D.陶瓷属于硅酸盐制品,耐酸碱腐蚀,但是不能用来盛装氢氟酸题组二　晶体硅的制备方法3.(2020福建南平高一期中,)晶体硅是一种重要的非金属材料,有科学家认为硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。(1)工业上生产纯硅的工艺流程如下:石英砂粗硅四氯化硅纯硅石英砂的主要成分是SiO2,在制备粗硅时,焦炭的作用是　　　　　　　　　(填“氧化剂”或“还原剂”);在该反应中,若消耗了3.0gSiO2,则转移电子的总数为　　　　　　　　　　　　　　。 (2)某实验室利用SiHCl3(沸点33.0℃)与过量H2在1100~1200℃反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O剧烈反应,在空气中易自燃。装置如图所示(热源及夹持装置略去)。,①装置B中的试剂是　　　　　　　　　　。装置C中的烧瓶需要加热,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;装置D中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③为检验产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需要加入的试剂有　　　　　(填字母)。 a.碘水　　　　　b.氯水c.Na2SO3溶液d.KSCN溶液4.(2020江苏扬州高二期中,)高纯度单晶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”。这种材料可以按下列方法制备:SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)(1)写出步骤①的化学方程式:　。 (2)步骤②经过冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为-84.7℃),提纯SiHCl3的主要化学操作的名称是　　　　;SiHCl3和SiCl4一样遇水可发生剧烈水解,已知SiHCl3水解会生成两种气态产物,请写出其水解的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)请写出二氧化硅与氢氟酸反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 题组三　新型无机非金属材料5.(2020河南省实验中学高一月考,)高纯二氧化硅可用来制造光纤。某蛇纹石的成分见下表:成分SiO2MgONa2OK2OFe2O3质量分数/%59.2038.800.250.500.8通过下图流程可由蛇纹石制备较纯净的二氧化硅。(1)蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有　　　　　　　　　　　(写化学式)。 ,(2)步骤①中涉及SiO2反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)滤渣A的成分有　　　　　　　　(填化学式)。 (4)步骤②中洗涤沉淀的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)步骤③反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;实验室进行步骤③需要用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、玻璃棒和　　　　　　　　　　　　　　　。 ,答案全解全析基础过关练1.D　陶瓷、玻璃、水泥都属于传统无机非金属材料,主要成分都是硅酸盐;生石灰的主要成分为CaO,不属于硅酸盐。2.C　制水泥的原料是黏土和石灰石,制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂,石灰石的主要成分是碳酸钙,故选C。3.答案　(1)SiO2　(2)D(3)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑(4)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O解析　(1)沙滩上沙粒的主要成分为二氧化硅,化学式为SiO2。(2)高温下二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳,硅酸钠与二氧化硅均是玻璃的主要成分,所以题述晶莹发亮的珠子可能是玻璃珠。(3)根据以上分析可知生成该珠子时发生反应的化学方程式为SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑。(4)氢氟酸能与二氧化硅反应生成四氟化硅和水,因此氢氟酸常用作玻璃的蚀刻剂,反应的化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。4.B　SiHCl3遇水剧烈水解,所以H2应干燥,故装置B中的试剂是浓硫酸,A正确;SiHCl3在空气中易自燃,实验前应排尽装置内的空气,所以应先通H2,后打开装置C中分液漏斗的旋塞,B错误;SiHCl3呈液态,需转化为蒸气进入石英管中与H2反应,所以装置C中的烧瓶需要加热,C正确;制高纯硅时,温度在1100~1200℃,所以装置D不能采用普通玻璃管,D正确。5.A　SiHCl3的摩尔质量为135.5g/mol,A项错误;根据生产高纯硅的流程可知,H2和HCl既是反应物,又是生成物,所以H2和HCl可循环利用,B项正确;SiO2硬度大、熔点高,C项正确;反应①②③中均有元素的化合价发生变化,均属于氧化还原反应,D项正确。6.D　二氧化硅虽然既能与烧碱溶液反应又能与氢氟酸反应,但是二氧化硅是酸性氧化物,A错误;晶体硅的化学性质不活泼,但常温下能与氢氟酸反应,B错误;晶体硅是一种良好的半导体材料,是由二氧化硅和碳在高温条件下反应得到粗硅,粗硅和,HCl在加热条件下反应得到三氯硅烷,三氯硅烷与氢气在高温条件下反应得到硅单质,它的提炼工艺不算复杂,价格不高,C错误;晶体硅和金刚石的硬度都很大,D正确。7.C　陶瓷餐具是硅酸盐产品,主要成分为硅酸盐,A错误;石英主要成分为二氧化硅,B错误;硅单质是半导体材料,可以制计算机芯片,C正确;光导纤维的主要成分为二氧化硅,D错误。8.D　A项,在氮化硅中N元素为-3价,Si元素为+4价,则化学式为Si3N4,正确;D项,在SiO2晶体中,硅原子和硅氧单键个数之比为1∶4,错误。9.D　石墨烯是由碳元素组成的单质,它在氧气中可以燃烧,D项错误。能力提升练1.C　碳酸钠溶液显碱性,与SiO2反应,保存在配有橡胶塞的细口瓶中,氢氟酸易与玻璃中的SiO2反应,应保存在塑料瓶中,A正确;制水泥的原料是黏土和石灰石,制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂,B正确;水晶、玛瑙的主要成分是SiO2,不属于硅酸盐产品,C错误;合金的熔点比各成分金属的低,硬度比各成分金属的大,电解氧化铝制得单质铝和氧气,D正确。2.C　瓷器的主要原料是黏土,属于混合物,C错误。3.答案　(1)还原剂　1.204×1023或0.2NA(2)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化　②有固体物质生成　SiHCl3+H2Si+3HCl　③bd解析　(1)由工艺流程可知,制备粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,焦炭为还原剂,1molSiO2参加反应转移的电子数为4mol,反应中消耗了3.0gSiO2,n(SiO2)=3.0g60g/mol=0.05mol,转移电子为0.2mol,即转移电子的总数为1.204×1023或0.2NA。(2)①SiHCl3能与H2O剧烈反应,需要用浓硫酸干燥氢气,反应需要的温度比较高,在D中反应,SiHCl3的沸点较低,C中的烧瓶需要加热是为了使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化;②装置D中有硅单质生成,即有固体物质生成。此反应为SiHCl3+H2Si+3HCl;③亚铁离子的检验通常用的方法是:先向溶液中加入KSCN溶液,溶液不变红,再加入氯水,溶液变红色,即可确定有亚铁离子。4.答案　(1)SiO2+2CSi+2CO↑(2)蒸馏或分馏　SiHCl3+3H2OH2SiO3+H2↑+3HCl↑,(3)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O解析　(1)工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅,反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。(2)由题意可知,SiHCl3(沸点33.0℃)、SiCl4(沸点57.6℃)、HCl(沸点-84.7℃)的沸点不同,根据沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏;SiHCl3水解生成硅酸、氢气和氯化氢,反应的化学方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3+H2↑+3HCl↑。(3)二氧化硅能和氢氟酸反应生成四氟化硅和水,反应的化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。5.答案　(1)Na2O、K2O(2)SiO2+2OH-SiO32-+H2O(3)MgO、Fe2O3(4)向漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀,让水自然流下,重复操作2~3次(5)H2SiO3SiO2+H2O　坩埚钳、三脚架解析　蛇纹石(含SiO2、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3)中加入足量氢氧化钠溶液进行碱浸溶解,SiO2可与氢氧化钠反应生成硅酸钠,Na2O、K2O可与氢氧化钠溶液中的水反应分别生成氢氧化钠和氢氧化钾;MgO、Fe2O3不与氢氧化钠溶液反应,也不溶于水,则滤渣A为MgO、Fe2O3,滤液A中主要含有K+、Na+、OH-、SiO32-,加入过量盐酸消耗OH-,同时SiO32-在酸性条件下转化为H2SiO3沉淀,经过滤、洗涤,得到的滤渣B为H2SiO3,煅烧H2SiO3生成SiO2。(1)根据分析,蛇纹石中含有的可溶性金属氧化物有Na2O和K2O。(2)二氧化硅属于酸性氧化物,可与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水,反应的离子方程式为SiO2+2OH-SiO32-+H2O。(3)氧化钠与氧化钾属于可溶性氧化物,氧化铝属于两性氧化物,二氧化硅属于酸性氧化物,上述四种物质都能溶解在氢氧化钠溶液中,氧化镁和氧化铁属于碱性氧化物且难溶于水,因此,滤渣A的成分有MgO和Fe2O3。(4)洗涤沉淀的方法是:向过滤器中注入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流出后,重复上述操作2~3次。(5)步骤③用煅烧的方法使硅酸,分解生成二氧化硅和水,化学方程式为H2SiO3SiO2+H2O,实验室灼烧固体时需要用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、玻璃棒、坩埚钳和三脚架。