高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料课时作业

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料课时作业，共9页。试卷主要包含了下列物质中，不含有硅酸盐的是，下列叙述中，正确的是，下列叙述正确的是，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
1．下列物质中，不含有硅酸盐的是( )
A．水玻璃B．硅芯片
C．黏土D．普通水泥
【答案】B
【解析】水玻璃是Na2SiO3的水溶液，黏土和普通水泥的主要成分都是硅酸盐，硅芯片的主要成分是硅单质。
2．下列叙述中，正确的是( )
A．自然界中存在大量的单质硅
B．水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅
C．二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱溶液发生化学反应
D．自然界中硅元素都存在于石英中
【答案】B
【解析】自然界中硅元素含量很高，但都以化合态形式存在，A项错误；二氧化硅的化学性质较稳定，其为酸性氧化物，可以和碱溶液反应，除与HF反应外，不与其他酸反应，C项错误；硅元素是亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，D项错误。
3．下列叙述正确的是( )
A．Na2SiO3是硅酸盐，所以不溶于水
B．电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐
C．建筑工业常用水玻璃作黏合剂
D．用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火
【答案】C
【解析】Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水，Na2SiO3能溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。
4．下列说法正确的是( )
A．硅材料广泛应用于光纤通信
B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
【答案】A
【解析】A项，光导纤维的主要原料是SiO2；B项，石英SiO2不能和盐酸反应，但能与氢氟酸反应；C项，瓷盘是硅酸盐制品，水晶的成分是SiO2，不是硅酸盐制品；D项，粗硅制单晶硅的反应为Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2，SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl，二者均是氧化还原反应。
5．制取下列物质不需要用石灰石作原料的是( )
A．硅酸B．水泥C．玻璃D．生石灰
【答案】A
【解析】硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。
6．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是( )
①以含硅物质作为原料 ②主要产物是硅酸盐 ③反应条件是高温 ④反应原理是复杂的物理变化和化学变化
A．只有①③ B．只有②③
C．①②③④D．只有③④
【答案】C
【解析】传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成。其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。故①②③④均正确。
7．下列关于SiO2和CO2的说法中不正确的是( )
A．CO2和SiO2都能与碱及碱性氧化物反应
B．CO2和SiO2都能与水反应生成相应的酸
C．CO2和SiO2都能与焦炭反应生成CO
D．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
【答案】B
【解析】CO2能与水反应生成碳酸，但SiO2不能与水反应生成相应的酸，B错误。
8．开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是( )
A．石墨烯是新型无机非金属材料
B．纳米材料属于胶体
C．硅酸盐材料只含有非金属元素
D．二氧化硅常用作光电转换材料
【答案】A
【解析】纳米材料分散到分散剂中，才能形成胶体，B项不正确；硅酸盐材料不一定只含有非金属元素，可能含Ca、Al等金属元素，C项不正确；硅常用作光电转换材料，D项不正确。
9．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中正确的是( )
A．汽车中小摆件“苹果花”的动力是以Si为原料制作的太阳能电池
B．晶体硅主要用途是制造光导纤维
C．硅是地壳中含量最多的元素
D．硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在
【答案】A
【解析】晶体硅是良好的半导体材料，主要用途是制作太阳能电池、集成电路，A正确，B错误；氧是地壳中含量最多的元素，C错误；硅是亲氧元素，在自然界中只以化合态形式存在，D错误。
10．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。
请填空：
(1)组成A单质的元素的最高化合价为________。
(2)B的化学式为______，B和碳反应生成A和E的化学方程式为_________。
(3)C的化学式为______________，D的化学式为______________。
【答案】(1)＋4价
(2)SiO2 SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na2SiO3
【解析】由本题题眼“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似”，推知A为硅；根据框图B＋碳―→Si＋E，B既能与氧化钙反应又能与氢氧化钠反应，推知B为二氧化硅，进一步推知C为硅酸钙，D为硅酸钠，E为一氧化碳。
11．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是( )
A．传统无机非金属材料指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大的强度
C．高温结构陶瓷材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
【答案】D
【解析】新型无机非金属材料的主要成分并不是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，故D项错误。
12．化学在生产生活和科学研究中具有重要的作用。下列说法正确的是( )
①石英的主要成分是二氧化硅
②三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
③太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能
④二氧化硅的熔点高，硬度大，所以可用来制造电子部件和光学器件
⑤水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
A．①②③B．②④⑤
C．③④⑤D．①②③④
【答案】A
【解析】石英的主要成分是二氧化硅；水泥属于传统硅酸盐产品；太阳能电池的主要成分是硅；水晶项链的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；硅是半导体材料，可制造电子部件，二氧化硅光学性能优良，可制光学器件。综上所述，选A。
13．已知滑石粉的化学式为Mg3Si4O10(OH)2，色白、滑爽、柔软、耐火。下列有关说法不正确的是( )
A．滑石粉属于无机硅酸盐类物质
B．滑石粉组成可表示为3MgO·4SiO2·H2O
C．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性
D．滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应
【答案】C
【解析】硅酸盐是由硅、氧元素与其他元素组成的一类无机物的总称，故滑石粉属于无机硅酸盐类物质，A正确；可以将硅酸盐改写成氧化物的形式，B正确；爽身粉中添加滑石粉，主要是利用它的滑爽、柔软、干燥的特点，与耐火性无关，C错误；滑石粉中可能含有SiO2，可以与氢氟酸、NaOH溶液发生反应，D正确。
14．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜。近年来科学家才得知大多为硅酸盐，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( )
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱
D．x等于6
【答案】C
【解析】“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应；硅酸铜钡中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6。因此，A、B、D均正确。
15．下表各组物质中，满足如图所示一步转化关系的选项是( )
【答案】A
【解析】C不完全燃烧得到CO，CO继续燃烧生成CO2，Mg在CO2中燃烧可得到C，A正确；B项，SiO2不能一步转化为H2SiO3，H2SiO3也不能一步转化为Si；C项，Na2CO3不能一步转化为Na；D项，Mg(OH)2不能一步转化为Mg。
16．下列有关说法中错误的是( )
A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中
B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐
C．灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚，因为坩埚中的SiO2能与NaOH反应
D．由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑
【答案】B
【解析】A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，所以氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，正确；B项，水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，错误；C项，瓷坩埚是硅酸盐产品，坩埚中的SiO2能与NaOH反应，正确；D项，沙子的主要成分是SiO2，光伏材料的成分是晶体硅，由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，正确。
17．铝硅合金具有熔点低、凝固时收缩率小等优点，适合铸造。现取试样10.0g，放在纯净氧气中完全燃烧，燃烧后的固体经称量发现比原来试样增重9.23g，由此计算硅铝合金中硅的质量分数约为( )
A．12.3%B．15.4%C．13.4%D．17.0%
【答案】C
【解析】铝、硅燃烧反应的化学方程式分别为4Al＋3O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2Al2O3，Si＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))SiO2。固体增重质量就是参加反应的氧气的质量。设Si的质量为xg，则Al的质量为(10－x)g，根据化学反应方程式知，铝消耗的氧气的质量为96(10－x)÷108，硅消耗的氧气的质量为32x÷28,96(10－x)÷108＋32x÷28＝9.23g，解得x≈1.34g，硅铝合金中硅的质量分数为1.34g÷10.0g×100%＝13.4%。
18．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2)；③SiHCl3与过量的H2在1100℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。
(1)第一步制取粗硅反应的化学方程式为______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)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__________________________。
(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是________，装置C中的烧杯需要加热，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不能采用普通玻璃管的原因是__________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是____________________________________________________。
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______________________________________。
【答案】(1)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑ (2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
②有固体物质生成 在题给反应温度下(1100℃)，普通玻璃管会软化 SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl
③排尽装置中的空气
【解析】(3)①因SiHCl3能与水剧烈反应，故装置A中产生的H2必须干燥，因此装置B中的试剂为浓H2SO4，且装置C中的烧杯需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，故装置D中有固体产生；由题给信息可知，制纯硅的反应条件为1100℃，此温度下普通玻璃管容易软化。③因高温下H2与O2反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。
19．硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是________。
(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有________________。
(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
【解析】(1)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，因此得到的金属状物质可能为含有硅、碳的铁合金。
(2)生产普通玻璃的主要原料为石英砂、纯碱和石灰石。
(3)①石英砂与焦炭反应制取SiC的化学方程式为SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，SiC俗名金刚砂，结构类似于金刚石。
②根据沸点的不同可选择蒸馏法提纯SiHCl3。
【答案】(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)
(2)石英砂、纯碱和石灰石
(3)①SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑ 金刚砂 金刚石 ②精馏(或蒸馏)
20．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备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粗硅与干燥的Cl2反应制得SiCl4：Si＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(加热))SiCl4。
③SiCl4被过量的H2在1000～1100℃时还原制得纯硅。
某同学从资料中查知：SiCl4的熔点为－70℃，沸点为57.6℃，其在潮湿的空气中能与水发生反应而变质。该同学设计了以下制取纯硅的实验装置(热源及夹持装置略去)。
请回答下列问题：
(1)为使SiCl4从装置B中逸出与氢气混合，应采取的措施是
_________________________________________。
(2)盛放稀硫酸的仪器名称为________，装置A中发生反应的离子方程式为________________________________________。
(3)装置C能否采用普通玻璃管？________(选填“能”或“不能”)，原因是____________________________。
(4)已知SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢，为防止空气污染，含有SiCl4的尾气要通入盛有________溶液的烧杯中。
(5)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，还应对该装置进行的改进是___________________________。
【答案】(1)对装置B进行水浴加热
(2)分液漏斗 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(3)不能 在1000～1100℃时普通玻璃管会软化
(4)NaOH
(5)在装置A与装置B之间连接一盛有浓硫酸的洗气瓶(或盛有碱石灰的干燥管)
【解析】(1)SiCl4的沸点较低(57.6℃)，欲使其逸出烧瓶与装置C中的H2反应，需对装置B进行水浴加热。
(3)由于H2与SiCl4在1000～1100℃时反应制得纯硅，反应温度高，普通玻璃管在此温度下会软化，因此需要用石英管。
(5)为了防止装置A中的水蒸气进入装置B中，应在装置A、B之间加一干燥装置 。选项
X
Y
Z
A
C
CO
CO2
B
Si
SiO2
H2SiO3
C
Na
NaOH
Na2CO3
D
Mg
MgSO4
Mg(OH)2
发生的主要反应
电弧炉
SiO2＋2Ceq \(=========,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑
流化床
反应器
Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2
还原炉
SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2355
57.6
31.8
8.2
－30.4
－84.9
－111.9