化学必修 第二册第三节 无机非金属材料巩固练习

第三节 无机非金属材料

基础达标

一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)

1．下列说法正确的是(　C　)

A．石英玻璃、玛瑙、水泥和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

B．红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰品的主要成分都是硅酸盐

C．氢氟酸能够雕刻玻璃

D．硅酸具有酸的通性，能使石蕊溶液变红

解析：石英玻璃、玛瑙的成分是SiO2，不属于盐，A不正确；红宝石的主要成分为三氧化二铝、珍珠的主要成分为CaCO3、水晶的主要成分为SiO2、钻石为碳单质，均不属于硅酸盐，B不正确；氢氟酸能与玻璃的成分之一SiO2发生反应：4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O，C正确；硅酸具有酸的通性，例如能与碱反应，但其难溶于水，不能使石蕊溶液变色，D错。

2．下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　C　)

A．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸

B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在具有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，然后再通入CO2

D．由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知，硅酸的酸性强于碳酸

解析：陶瓷、玻璃、水泥的主要成分都是硅酸盐，还含有的SiO2能与氢氟酸反应，A项错误；硅酸钠是一种黏合剂，能将玻璃塞和瓶体粘在一起，不便于打开，B项错误；D项中的反应能发生是因为生成的CO2气体不断逸出，不能说明硅酸的酸性强于碳酸。

3．下列溶液中①硅酸钠溶液　②氢氟酸　③氢氧化钠溶液

④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是(　A　)

A．①③  B．②④

C．②③  D．①④

解析：氢氟酸腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶。氯化钠溶液可以用玻璃试剂瓶和磨口玻璃塞，硅酸钠是一种黏合剂，可以用玻璃试剂瓶，不能用磨口玻璃塞。氢氧化钠与玻璃中的主要成分SiO2反应生成硅酸钠，因此也不能用磨口玻璃塞。

4．兵马俑中所用颜料成分大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　C　)

A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2

B．性质稳定，不易脱色

C．易溶于强酸溶液和强碱溶液

D．x等于6

解析：硅酸铜钡中各元素化合价：   ，由化合物中各元素正负化合价代数和等于零得：2＋2＋4×2－2x＝0，x＝6。化学式为BaCuSi2O6用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，因兵马俑至今仍保留蓝紫色，说明它性质稳定，不易脱色。硅酸盐除了钾盐、钠盐一般都不溶于水，BaO·CuO·2SiO2与强碱溶液不反应，与强酸反应，最后仍有不溶的SiO2存在。

5．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是(　D　)

A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出

B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解

C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成

D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解

解析：SiO2不溶于除氢氟酸以外的酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸，且CaCO3溶于盐酸时会有气泡产生，SiO2能溶于NaOH溶液。

6．由二氧化硅制高纯硅的流程如下，下列判断中错误的是(　D　)

A．①②③均属于氧化还原反应

B．H2和HCl均可循环利用

C．SiO2是一种坚硬难熔的固体

D．SiHCl3摩尔质量为135.5 g

解析：反应①②③中，都有元素化合价的升降，均属于氧化还原反应，A正确；生成的H2和HCl分别在反应③②中应用，B正确；SiO2的熔沸点很高，C正确；摩尔质量的单位是g·mol－1，D错误。

二、非选择题

7．在半导体工业中有这样一句话：“从沙滩到用户”。

其中由粗硅制纯硅的常用方法为Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。若在25 ℃ 101 kPa条件下反应生成HCl气体49 L(注：25 ℃ 101 kPa条件下气体摩尔体积为24.5 L·mol－1)，则：

(1)反应生成HCl气体的质量为__73_g__，两反应共转移电子的个数为__4_NA__。

(2)反应生成的HCl气体溶于127 mL水中，得到密度为1.20 g·mL－1的盐酸，此盐酸的物质的量浓度为__12_mol·L－1__。

(3)“从沙滩到用户”涉及多个反应，其中制取粗硅的反应方程式为__SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑__。纯净的石英与烧碱反应可以制得水玻璃，反应的离子方程式为__SiO2＋2OH－===SiO＋H2O__。

解析：(1)25 ℃ 101 kPa条件下气体摩尔体积为24.5 L·mol－1,49 L HCl气体的物质的量为2 mol，其质量为2 mol×36.5 g·mol－1＝73 g，两个反应共转移电子个数为4 NA。(2)溶质质量为73 g，水的质量为127 g，所以溶液体积为＝ L，则盐酸的物质的量浓度是＝12 mol·L－1。(3)制取粗硅是用碳还原二氧化硅，其方程式为SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，石英的主要成分是SiO2，与烧碱反应制取水玻璃，反应的离子方程式为SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。

8．稻壳，是大米外面的一层壳。可以用来做酱油、酒以及发电，装成袋也可以种植平菇。稻壳是由外颖、内颖、护颖和小穗轴等几部分组成，外颖顶部之外长有鬓毛状的毛。

高纯二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的成分为：

通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。

请回答下列问题：

(1)根据氧化物的性质进行分类，稻壳灰中涉及的氧化物最多有几类？__3__。

(2)步骤①中涉及SiO2的什么性质？写出有关离子反应方程式。__酸性氧化物的性质　SiO2＋2OH－===SiO＋H2O__。

(3)通过流程分析滤渣A的成分是什么？__Fe2O3、C__。

(4)写出步骤③反应的化学方程式。__H2SiO3H2O＋SiO2__。

(5)实验室进行步骤③用到的仪器有哪些？__坩埚钳、酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角__。

解析：(1)二氧化硅为酸性氧化物，氧化钠、氧化钾、氧化铁为碱性氧化物，氧化铝为两性氧化物，所以最多涉及3种氧化物；(2)二氧化硅为酸性氧化物，与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，离子方程式：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O；(3)氧化钠、氧化钾均能与水反应生成可溶性碱，氧化铝为两性氧化物能够与强碱反应生成可溶性偏铝酸盐，二氧化硅为酸性氧化物与氢氧化钠反应生成可溶性硅酸钠，三氧化二铁与氢氧化钠不反应，所以过滤得滤渣A为Fe2O3、C；(4)硅酸不稳定，受热易分解生成二氧化硅和水，方程式：H2SiO3H2O＋SiO2；(5)灼烧固体需要的仪器有：坩埚钳、酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角。

能力提升

一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)

1．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃。下列关于水玻璃的说法中，正确的是(　BD　)

A．水玻璃是一种纯净物

B．水玻璃可做木材防火剂

C．水玻璃与盐酸反应所得的胶状物是二氧化硅

D．滴有酚酞的水玻璃呈红色，说明水玻璃呈碱性

解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，是一种混合物；由于Na2SiO3的热稳定性极好，又不能燃烧，所以常用做木材防火剂；Na2SiO3溶液中滴入盐酸发生反应：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3(胶体)＋2NaCl；Na2SiO3溶液能使无色酚酞溶液变红色，说明水玻璃显碱性。

2．硅被誉为无机非金属材料的主角。下列物品用到硅单质的是(　C　)

A．陶瓷餐具  B．石英钟表

C．计算机芯片  D．光导纤维

解析：陶瓷餐具的成分为硅酸盐，石英和光导纤维的主要成分是二氧化硅。

3．下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是(　AD　)

A．二氧化硅可用于制造半导体材料

B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷

C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面

D．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆

解析：高钝硅用于制半导体，光导纤维主要成分是SiO2，不导电，所以选AD。

二、非选择题

4．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。

请回答下列问题。

(1)写出各物质的化学式：A__SiO2__；B__CaSiO3__；C__Na2SiO3__；D__Si__；E__H2SiO3__。

(2)写出反应①的化学方程式：__SiO2＋2CSi＋2CO↑__该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__1∶2__。

(3)写出反应④的离子方程式：__Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑__。

(4)写出反应⑤的离子方程式：__SiO＋Ca2＋===CaSiO3↓__。

(5)H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：__SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO(或SiO＋2CO2＋2H2O===2HCO＋H2SiO3↓)__。

解析：解答本题的“突破口(1)”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口(2)”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。从而推知B为CaSiO3，C为Na2SiO3，D为Si，E为H2SiO3。

5．硅酸钠被列为“我国优先发展的精细化学品”和“今后我国无机化工产品发展重点”之一。如图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铁等杂质)制备硅酸钠的工艺流程简图：

(1)要将洗出液中的溶质析出，采用的方法是蒸发结晶，则蒸发时用到的主要仪器有__蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、三脚架__。

(2)图中加入NaOH溶液，发生反应的离子方程式为__SiO2＋2OH－===SiO＋H2O__。

(3)洗涤石英砂的目的是__除去石英砂表面的氯化钠__，过滤Ⅰ所得残渣为__Fe2O3__(写化学式)。

解析：(2)NaOH与SiO2反应生成Na2SiO3。(3)石英砂中含有易溶于水的NaCl，故水洗石英砂的目的是除去可溶性的NaCl杂质；氧化铁不溶于NaOH溶液，故过滤Ⅰ得到的残渣为氧化铁。

6．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备高纯硅的主要步骤如下：

①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2

③SiHCl与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。

请回答下列问题。

(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为__SiO2＋2CSi＋2CO↑__。

(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点－33℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为__分馏(或蒸馏)__。

(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下图(热源及夹持装置略去)

①装置B中的试剂是__浓硫酸__。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__。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是__有固体生成__，装置D不能采用普通玻璃管的原因是__在该反应温度下，普通玻璃管会软化__。装置D中发生反应的化学方程式为__SiHCl3＋H2Si＋3HCl__。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及__排尽装置内的空气__。

④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是__bd__(填字母)。

a．碘水　　　b．氯水　　　　c．NaOH溶液　　　　d．KSCN溶液

e．Na2SO3溶液

解析：解决分离沸点不同的液体方法就是分馏；根据题干“SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃”可知道H2的作用之一就是排尽装置内空气，防止SiHCl3自燃，而且H2必须是干燥的，可知B的作用就是干燥H2，所以选用浓H2SO4。由于通入D中应是稳定的SiHCl3与过量H2的气流。所以C装置要加热，并且是水浴加热。由D装置应加热到1 000～1 100 ℃，所以必须用石英管。鉴定是否含铁单质，用稀盐酸溶解后生成Fe2＋，如果选用NaOH会将生成的Si也溶解，所以考虑转化为Fe3＋后再检验，故选b、d。