高中化 3.1 無(wú)機(jī)非金屬材料每課一練 新人教版選修2

第三單元化學(xué)與材料的發(fā)展課題1無(wú)機(jī)非金屬材料(時(shí)間：30分鐘)考查點(diǎn)一傳統(tǒng)硅酸鹽材料1．下列物品或設(shè)備：①水泥路；②門(mén)窗玻璃；③水晶鏡片；④石英鐘表；⑤瑪瑙手鐲；⑥硅太陽(yáng)能電池；⑦光導(dǎo)纖維；⑧計(jì)算機(jī)芯片。所用材料含有SiO2的是()。A．①②③④⑤⑦B．①②⑦⑧C．⑥⑧D．全部解析硅酸鹽工業(yè)的產(chǎn)品水泥、玻璃均含有二氧化硅，另外水晶、石英、瑪瑙、光導(dǎo)纖維的主要成分都是二氧化硅，計(jì)算機(jī)芯片的主要成分是單晶硅。答案A2．漢代器物上的顏料“漢紫”至今尚沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其自然存在的記載。20世紀(jì)80年代科學(xué)家進(jìn)行超導(dǎo)材料研究時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)其成分為紫色的硅酸銅鋇(化學(xué)式：BaCuSi2Ox，Cu為＋2價(jià))，下列有關(guān)“漢紫”的說(shuō)法中不正確的是()。A．用鹽的形式表示：BaSiO3·CuSiO3B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2C．易溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿D．性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色解析“漢紫”能穩(wěn)定存在至今，說(shuō)明其性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色，不易與酸、堿反應(yīng)。“漢紫”中Ba為＋2價(jià)，Cu為＋2價(jià)，Si為＋4價(jià)，則x＝6。答案C3．地殼中含量第一和第二的兩元素形成的化合物，不具有的性質(zhì)是()。A．在一定條件下可與NaOH溶液反應(yīng)B．與碳在高溫下反應(yīng)可制取兩元素中的一種單質(zhì)C．熔點(diǎn)很高，可用作耐火材料D．是酸酐，與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸解析地殼中含量第一和第二的兩種元素分別是氧和硅，形成的主要化合物是SiO2，SiO2是硅酸(H2SiO3)和原硅酸(H4SiO4)的酸酐，但不與水直接反應(yīng)。答案D4．關(guān)于工業(yè)生產(chǎn)的敘述，錯(cuò)誤的是()。A．制普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石、石英B．氨是制作氮肥、硝酸、銨鹽的重要原料C．將二氧化硫催化氧化生成三氧化硫后，在吸收塔內(nèi)用水吸收制得濃硫酸D．制造普通水泥的主要原料是黏土、石灰石解析H2SO4雖然是由SO3和H2O化合制得，但工業(yè)上并不直接用H2O和稀硫酸來(lái)吸收SO3。因?yàn)槟菢尤菀仔纬伤犰F，不利于SO3的吸收，為了盡可能提高吸收效率，工業(yè)上用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3%的濃硫酸作吸收劑。答案C5．在制玻璃的原料中，再加入下列物質(zhì)后，可制得各種不同用途的玻璃：A．氧化亞銅(Cu2O)B．氧化鈷(Co2O3)C．氧化鉛(PbO)D．硼砂(Na2B4O7·10H2O)(1)制造化學(xué)儀器的玻璃需加入的物質(zhì)是______。(2)制造光學(xué)儀器的玻璃需加入的物質(zhì)是______。(3)制造藍(lán)色玻璃需加入的物質(zhì)是____________。(4)制造紅色玻璃需加入的物質(zhì)是____________。解析Cu2O為紅色，Co2O3為藍(lán)色，鉛玻璃中光線(xiàn)折射率大，常制光學(xué)儀器，硼砂玻璃耐驟熱驟冷，常作化學(xué)儀器。答案(1)D(2)C(3)B(4)A6．普通玻璃中，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物質(zhì)的量之比是Na2SiO3∶CaSiO3∶SiO2＝1∶1∶4。(1)若以aNa2O·bCaO·mSiO2形式表示此玻璃的組成，則a∶b∶m＝____________。(2)若要制備1000kg上述玻璃，需要原料各多少千克？共可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO2氣體多少升？解析(1)根據(jù)原子個(gè)數(shù)相等的原則，Na2SiO3∶CaSiO3∶4SiO2等同于Na2O·CaO·6SiO2，即a∶b∶m＝1∶1∶6.(2)制造玻璃的原料是Na2CO3、CaCO3和SiO2，根據(jù)反應(yīng)原理：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。玻璃的化學(xué)式為Na2O·CaO·6SiO2，由元素守恒可得關(guān)系式：Na2O·CaO·6SiO2→Na2CO3→CaCO3→6SiO2→2CO2。據(jù)此可計(jì)算出所需的原料和放出CO2的體積。另外還可以用制造1000kg玻璃所需的原料和1000kg玻璃的差值計(jì)算出CO2的質(zhì)量，繼而計(jì)算其體積。答案(1)1∶1∶6(2)Na2CO3：221.8kg；CaCO3：209.2kg；SiO2∶753.1kg；CO2：9.37×10考查點(diǎn)二新型無(wú)機(jī)非金屬材料7．磷酸鈣陶瓷也是一種新型陶瓷材料，它可以用于制成人造骨骼，這是利用這類(lèi)材料的()。A．耐高溫特性B．電學(xué)特性C．光學(xué)特性D．生物功能解析某些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水、對(duì)人體組織有較好的適應(yīng)性，即具有生物功能。答案D8．有關(guān)材料用途的說(shuō)法中不正確的是()。A．氧化鋁陶瓷可用作高壓鈉燈的燈管B．氮化硅陶瓷可用作陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的材料C．光導(dǎo)纖維可用作遙測(cè)遙控、照明等D．氧化鋁陶瓷可用作半導(dǎo)體材料解析本題考查氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等新型無(wú)機(jī)非金屬材料的知識(shí)。氧化鋁陶瓷屬于高溫?zé)Y(jié)陶瓷，它具有高熔點(diǎn)、高硬度等特性，可制成透明陶瓷，但不能作半導(dǎo)體材料；氮化硅陶瓷具有超硬度、耐磨損、抗冷熱沖擊而不破裂、耐高溫、不易傳熱、抗腐蝕、高溫時(shí)也抗氧化等特性，可用作陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)材料。光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力非常強(qiáng)，可用于醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測(cè)遙控、照明等。答案D9．下列關(guān)于無(wú)機(jī)非金屬材料的說(shuō)法中正確的是()。A．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指：光導(dǎo)纖維、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無(wú)機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽解析A項(xiàng)中光導(dǎo)纖維是新型無(wú)機(jī)非金屬材料；B項(xiàng)中強(qiáng)度比較差是錯(cuò)誤的；D項(xiàng)中新型無(wú)機(jī)非金屬材料中的光導(dǎo)纖維、單晶硅等其成分都不是硅酸鹽。答案C10．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它硬度大、熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1300℃反應(yīng)獲得。(1)根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是________。(填序號(hào))A．制汽輪機(jī)B．制有色玻璃C．制永久性模具D．制造柴油機(jī)(2)寫(xiě)出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖__________，根據(jù)元素周期律知識(shí)，請(qǐng)寫(xiě)出氮化硅的化學(xué)式_______________________________________________________。(3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)，試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式___________________________________。(4)現(xiàn)用四氯化硅與氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________________。解析氮化硅是一種高溫陶瓷材料，具有硬度大，熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)良性質(zhì)，可用于制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件，N元素位于元素周期表第二周期第ⅤA族，Si元素則在第三周期第ⅣA族，非金屬性應(yīng)是N元素比Si元素強(qiáng)，其化學(xué)式可寫(xiě)為：Si3N4，氮化硅可被氫氟酸腐蝕，由Si3N4和HF的性質(zhì)分析，可推知該反應(yīng)不可能是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，其產(chǎn)物只能是SiF4和NH3。SiCl4、N2、H2加強(qiáng)熱時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物之一是Si3N4，可知N2作為氧化劑參與反應(yīng)，那么還原劑只能是H2，H2的氧化產(chǎn)物只能是HCl。答案(1)ACD(2)Si3N4(3)Si3N4＋12HF=3SiF4↑＋4NH3↑(4)3SiCl4＋2N2＋6H2eq\o(=,\s\up7(強(qiáng)熱))Si3N4＋12HCl11．硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用很廣。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過(guò)程示意圖如下：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up16(焦炭),\s\do14(高溫))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up16(HCl),\s\do14(573K以上))eq\x(SiHCl3（粗）)eq\o(→,\s\up16(精餾))eq\x(SiHCl3（純）)eq\o(→,\s\up16(H2),\s\do14(1375K))eq\x(高純硅)①寫(xiě)出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式____________________。②整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水、無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫(xiě)出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式____________________；H2還原SiHCl3過(guò)程中若混有O2，可能引起的后果是____________________。(2)下列有關(guān)硅材料的說(shuō)法正確的是()。A．單質(zhì)硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但可以被強(qiáng)堿溶液腐蝕B．鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅C．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高D．光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2(3)硅酸鈉水溶液俗稱(chēng)水玻璃。取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴加入鹽酸，振蕩。寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并給予解釋(用化學(xué)方程式說(shuō)明)____________________________________________________________。(4)在人體器官受到損傷時(shí)，需要使用一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料來(lái)植入體內(nèi)，這種材料是________(填字母)。A．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷B．生物陶瓷C．導(dǎo)電陶瓷解析①SiHCl3和H2在高溫下反應(yīng)得到高純硅的同時(shí)，可得到HCl，因此化學(xué)方程式為SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1375K))Si＋3HCl，②SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，不難得出另一種物質(zhì)為氫氣，從而寫(xiě)出反應(yīng)化學(xué)方程式，當(dāng)混有氧氣時(shí)，氫氣和氧氣會(huì)發(fā)生反應(yīng)，可能會(huì)引起爆炸，另外，氧氣也可能會(huì)氧化SiHCl3；(2)A、D比較簡(jiǎn)單，屬于正確的說(shuō)法，B中，單晶硅性質(zhì)穩(wěn)定，能與氫氟酸反應(yīng)，而不能與鹽酸反應(yīng)，所以這一說(shuō)法是錯(cuò)誤的；C中要注意玻璃是混合物，不具備固定的熔沸點(diǎn)，所以C錯(cuò)誤；(3)用鹽酸制取硅酸，由于硅酸不溶于水，所以可以看到有白色絮狀沉淀產(chǎn)生，反應(yīng)化學(xué)方程式為Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓；(4)因是植入人體內(nèi)，因此選用生物陶瓷，故選擇B。答案(1)①SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1375K))Si＋3HCl②SiHCl3＋3H2O=H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑高溫下，H2遇O2可能會(huì)引起爆炸；O2可能會(huì)氧化SiHCl3(2)AD(3)生成白色絮狀沉淀，Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓(4)B考查點(diǎn)三單晶硅的制取方法12．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用焦炭在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450～500℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。相關(guān)信息如下：a．四氯化硅遇水極易水解；b．硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；c．有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見(jiàn)下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點(diǎn)/℃57.712.8－315－熔點(diǎn)/℃－70.0－107.2－－－升華溫度/℃－－180300162請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式____________________________。(2)裝置A中g(shù)管的作用是________；裝置C中的試劑是________；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是________________________________________。(3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過(guò)精餾(類(lèi)似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是________(填寫(xiě)元素符號(hào))。(4)為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe2＋，再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是：5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋=5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O滴定前是否要滴加指示劑？________(填“是”或“否”)，請(qǐng)說(shuō)明理由_____