專題03無機非金屬材料（知識串講專題檢測）（原卷版）

專題03無機非金屬材料一、硅酸鹽材料1．從組成上看，無機非金屬材料多含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。2．硅酸鹽材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥等。3．在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。4．下列硅酸鹽材料的主要原料分別是：（1）陶瓷——黏土；（2）玻璃——純堿、石灰石、石英砂；（3）水泥——黏土和石灰石。5．常見的硅酸鹽——Na2SiO3(1)硅酸鈉是一種白色固體，能溶于水，其水溶液俗稱水玻璃。(2)硅酸鈉在空氣中放置易與空氣中CO2反應(yīng)而變質(zhì)：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓。(3)硅酸鈉是制備黏合劑和木材防火劑等的原料。6．硅酸鹽氧化物形式的書寫硅酸鹽由于組成比較復(fù)雜，通常用氧化物的形式表示其組成，改寫時的規(guī)律為：(1)順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水；氧化物之間以“·”隔開。(2)原則：各元素原子總個數(shù)比符合原來的組成，若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成Na2O·Al2O3·6SiO2。(3)規(guī)律：各元素的化合價不能改變。二、新型無機非金屬材料1．硅(1)硅元素在周期表中的位置為第三周期、第ⅣA族，其單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料。(2)硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)常溫下：①與氟氣反應(yīng)：Si＋2F2=SiF4；②與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；③與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。加熱或高溫條件下：①與O2反應(yīng)：Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2；②與Cl2反應(yīng)：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4；③與C反應(yīng)：Si＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC。(3)高純硅的制備原理eq\x(石英砂)eq\o(\o(→,\s\up11(焦炭),\s\do4(1800～2000℃)),\s\do14(①))eq\x(粗硅)eq\o(\o(→,\s\up11(HCl),\s\do4(300℃)),\s\do14(②))eq\x(SiHCl3)eq\o(\o(→,\s\up11(H2),\s\do4(1100℃)),\s\do14(③))eq\x(高純硅)其中涉及的主要化學(xué)反應(yīng)為：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑；②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl。(4)硅的用途高純硅可用于生產(chǎn)計算機芯片和硅太陽能電池。2．二氧化硅(1)存在SiO2的存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石。石英、水晶、瑪瑙、沙子、光導(dǎo)纖維的主要成分均是SiO2。(2)SiO2的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)SiO2中Si原子和O原子形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故不存在單個的SiO2分子。SiO2的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了其具有熔點高、硬度大、難溶于水等特點。(3)SiO2的化學(xué)性質(zhì)(4)用途純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本材料，可以制作光導(dǎo)纖維。3．新型陶瓷(1)新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比，在組成上有很大的變化，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。(2)碳化硅(SiC)碳化硅俗稱金剛砂，它是由碳原子和硅原子通過共價鍵連接而形成，與金剛石的結(jié)構(gòu)類似，硬度很大，具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。(3)新型陶瓷種類：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷。4．碳納米材料(1)富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。(2)碳納米管是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，具有高強度和優(yōu)良的電學(xué)性能。(3)石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強度。一、單選題1．有些科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，下列說法正確的是A．晶體硅具有半導(dǎo)體性質(zhì)，可用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維B．玻璃中含有的SiO2可與NaOH溶液反應(yīng)，故常用NaOH溶液雕刻玻璃紋飾C．碳化硅(SiC)俗稱金剛砂，類似金剛石結(jié)構(gòu)，是一種耐高溫的半導(dǎo)體材料D．陶瓷、水泥、石英玻璃都屬于硅酸鹽材料2．化學(xué)知識與科技、生產(chǎn)、生活有密切的關(guān)系。下列敘述中錯誤的是A．“天宮二號”空間運行的動力源泉——太陽能電池帆板，其核心材料為晶體硅B．“天問一號”火星車使用的保溫材料——納米氣凝膠，具有丁達(dá)爾效應(yīng)C．三星堆二號祭祀坑出土商代的銅人銅像填補了我國考古學(xué)、青銅文化史上的諸多空白。青銅器的出土表明我國商代已經(jīng)掌握冶煉銅技術(shù)D．“北斗系統(tǒng)”組網(wǎng)成功，北斗芯片中的半導(dǎo)體材料為二氧化硅3．欽州坭興陶，學(xué)名為紫泥陶，與江蘇紫砂陶、云南建水陶、重慶榮昌陶并稱中國四大名陶。傳統(tǒng)欽州坭興陶制備工藝主要包括以下幾個步驟：制備坯料→坯體成型→修整坯體→坯體干燥→裝飾坯體→燒制坯體→拋光打磨。下列制陶過程中，涉及化學(xué)變化的是A．坯體成型 B．坯體干燥 C．燒制坯體 D．拋光打磨4．下列說法正確的是A．因為HF與SiO2反應(yīng)，故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記B．下列轉(zhuǎn)化在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)：SiO2SiCl4SiC．SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)，又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物D．Si和SiO2都用于制造光導(dǎo)纖維5．光纖通信70年代后期發(fā)展起來的一種新型通信技術(shù)，目前長距離光纖通信系統(tǒng)已投入使用，光纖通信的光學(xué)纖維是由下列哪種物質(zhì)經(jīng)特殊工藝制成的A．碳 B．二氧化硅 C．鍺 D．硅6．“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金?！痹娋渲械摹吧场钡闹饕煞质?，下列說法錯誤的是A．屬于酸性氧化物，不與任何酸反應(yīng)B．“水玻璃”可以由與NaOH溶液反應(yīng)制得C．是制取傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品玻璃的原料之一D．通常所說的“從沙灘到用戶”，這句話涉及工業(yè)上制備粗硅的工藝7．下列物質(zhì)中按其成分能與玻璃、水泥、陶瓷歸于一類的是A．硅 B．碳化硅 C．硅酸鈉 D．二氧化硅8．下列材料的特性及用途的說法中不正確的是A．光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強，是非常好的通訊材料B．氧化鋁陶瓷具有兩性，不可以用于制耐高溫設(shè)備C．氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來制造軸承D．人造剛玉硬度高，可用來制造剛玉球磨機9．熔融苛性鈉應(yīng)選用的器皿是A．陶瓷坩堝 B．石英坩堝 C．普通玻璃坩堝 D．鐵坩堝10．硅是組成無機非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯誤的是A．氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料，氮化硅的化學(xué)式為B．碳化硅的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承C．光導(dǎo)纖維是一種新型無機非金屬材料，其主要成分為D．氮化硅、氧化鋁、碳化硅和二氧化鋯都可作為制高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的材料11．我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對硅及其化合物的有關(guān)敘述正確的是A．二氧化硅既能與燒堿溶液反應(yīng)又能與氫氟酸反應(yīng)，所以二氧化硅是兩性氧化物B．晶體硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)C．晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，但是它的提煉工藝復(fù)雜，價格極高D．晶體硅和金剛石的硬度都很大12．宋代五大名窯分別為鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“人窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關(guān)于陶瓷的說法不正確的是A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料C．高品質(zhì)的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物D．陶瓷屬于硅酸鹽制品，耐酸堿腐蝕，但是不能用來盛裝氫氟酸13．下列關(guān)于硅酸鹽材料的說法錯誤的是A．生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷B．生產(chǎn)陶瓷的主要原料是黏土C．普通玻璃的主要成分只有SiO2D．普通硅酸鹽水泥的生產(chǎn)以石灰石和黏土為主要原料14．你認(rèn)為下列說法無科學(xué)性錯誤的是①鉛筆芯的原料是重金屬鉛，兒童在使用時不可用嘴吮咬鉛筆，以免引起鉛中毒。②二氧化硅硬度大，故可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。③“汽水”澆灌植物有一定道理，其中二氧化碳的緩釋，有利于植物的光合作用。④硅的提純與應(yīng)用，促進了半導(dǎo)體元件與集成芯業(yè)的發(fā)展，可以說“硅是信息技術(shù)革命的催化劑”。⑤碳酸鋇可作X光透視腸胃的藥劑。⑥富勒烯、石墨烯、碳納米管都是碳元素的單質(zhì)，屬于新型無機非金屬材料。A．①③⑥ B．③④⑥ C．①④ D．②③⑤15．下表各組物質(zhì)(或者它們的溶液)通過一步反應(yīng)可實現(xiàn)如圖所示的轉(zhuǎn)化的是

選項XYZASiNa2SiO3H2SiO3BSH2SSO2CAl2O3NaAlO2Al2(SO4)3DMg(OH)2MgCO3MgCl2A．A B．B C．C D．D二、填空題16．硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。（1）下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽的是。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與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為，工藝師常用(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃。（3）用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應(yīng)制得，高溫熔融純堿時下列坩堝可選用的是。A．普通玻璃坩堝

B．石英玻璃坩堝

C．氧化鋁坩堝

D．鐵坩堝（4）工業(yè)上常利用反應(yīng)2C＋SiO2Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價升高的物質(zhì)是(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是。17．材料與生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，目前使用的材料主要有：金屬材料、傳統(tǒng)無機非金屬材料、新型無機非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等。(1)硅酸鹽材料是重要的傳統(tǒng)無機非金屬材料，也是日常生活、交通工具、建筑行業(yè)等不可缺少的材料之一、下列不屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品的是(填寫序號)。①光導(dǎo)纖維

②水泥

③玻璃

④陶瓷(2)玻璃是重要的建筑和裝飾材料，玻璃屬于(填“純凈物”或“混合物”)。雕花玻璃的花紋是利用氫氟酸對普通玻璃中的二氧化硅的腐蝕作用而制成的，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。(3)氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高，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)獲得氮化硅，該反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)基本類型中的反應(yīng)；已知氮化硅中硅元素的化合價為+4價，則氮化硅的化學(xué)式為。18．高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：

(1)工業(yè)上用石英砂和過量焦炭在電弧爐中高溫加熱生成粗硅的化學(xué)方程式為；當(dāng)有1molC參與反應(yīng)時，該反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是。(2)還原爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：。(3)上述工藝生產(chǎn)中循環(huán)使用的物質(zhì)除外，還有。(4)工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(5)關(guān)于硅及其相關(guān)化合物的敘述正確的是。A．自然界中存在天然游離的硅單質(zhì)B．玻璃、水泥、陶瓷都是傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品C．既能和NaOH溶液反應(yīng)，又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物D．硅元素在金屬與非金屬的分界線處，因此具有弱導(dǎo)電性，一般可用于作為半導(dǎo)體材料E．已知C與Si的最高正價都是正四價，由于，用類比法得知，19．(一)工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：(1)工業(yè)上用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱到1600℃1800℃生成粗硅的化學(xué)方程式為：。(2)在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成SiHCl3的化學(xué)反應(yīng)為：Si+3HClSiHCl3+H2，生成物SiHCl3的結(jié)構(gòu)式為：。(二)某化學(xué)興趣小組利用下列圖示裝置探究氨氣的性質(zhì)。(3)①中濕潤的紅色石蕊試紙變藍(lán)的原因：(用化學(xué)方程式表示)。(4)向②中滴入濃鹽酸，現(xiàn)象為：。(5)將灼熱的鉑絲伸入③中錐形瓶，可觀察到鉑絲保持紅熱，有紅棕色氣體及少量白煙生成。該過程會同時發(fā)生多個反應(yīng)，寫出NH3和O2催化氧化的化學(xué)方程式：，瓶中紅棕色氣體為(填化學(xué)式)。(三)某氨氮廢水(、)的生物法處理流程如圖所示：(6)檢驗氨氮廢水中含有的方法是：。(7)過程Ⅱ在硝化細(xì)菌作用下實現(xiàn)的轉(zhuǎn)化，稱為硝化過程。在堿性條件下