第五章　第三节　无机非金属材料（含答案）

第三节　无机非金属材料
题组一　传统无机非金属材料
1．(2022·长沙高一月考)硅是带来人类文明的重要元素之一，科学家也提出硅是“21世纪的能源”。这主要是由于硅及其化合物对社会发展所起的巨大促进作用。下列关于硅及其化合物的说法中错误的是(　　)
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路”
C．陶瓷、玻璃、水泥容器均不能贮存氢氟酸
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
2．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图)。下列说法正确的是(　　)
A．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维
C．可用盐酸除去石英(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
题组二　新型无机非金属材料
3．平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了在－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法不正确的是(　　)
A．石墨烯是能导热的金属材料
B．铝合金是密度较小的金属材料
C．碳纤维是无机非金属材料
D．新型材料种类多、用途广
4．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃条件下反应制得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途不可能是(　　)
A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃
C．制永久性模具 D．制造轴承
题组三　硅及其化合物
5．下列有关硅的说法不正确的是(　　)
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
6．下列关于二氧化硅的叙述正确的是(　　)
A．硅原子和碳原子最外层电子数相同，二氧化硅和二氧化碳分子结构也相同
B．二氧化硅能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应，所以二氧化硅是两性氧化物
C．二氧化硅中硅元素为＋4价，二氧化硅具有氧化性
D．在二氧化硅中，每个硅原子结合2个氧原子
7．关于下列反应的叙述正确的是(　　)
A．由SiO2＋2CSi＋2CO↑可推知硅的非金属性比碳强
B．由CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强
C．由Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓可推知碳的非金属性比硅强
D．H2CO3比H2SiO3受热易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强
8．下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)
A．硅在自然界中以游离态和化合态两种形式存在
B．硅晶体是良好的半导体，可用于制造光导纤维
C．木材浸过水玻璃后，不易着火
D．SiO2是酸性氧化物，不与任何酸发生反应
9．(2022·烟台高一期中)由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A．SiO2可用于制造光导纤维
B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4
C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代
D．若在实验室中完成步骤 Ⅲ，一般在蒸发皿中进行
10．下列关于硅酸及其盐的叙述不正确的是(　　)
A．硅酸是一种弱酸，可由其酸性氧化物SiO2与水化合而制得
B．硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸盐
C．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，具有黏合性
D．SO2通入Na2SiO3溶液中产生胶状沉淀，说明酸性H2SO3＞H2SiO3
11．(2020·浙江7月选考，24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是(　　)
A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
12．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。如图所示流程是工业上制取纯硅的一种方法。
请回答下列问题：
(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有____(填序号)。
(2)写出反应①的化学方程式：______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)化合物W的用途很广，可用于制备硅胶和木材防火剂等，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1 373～1 623 K反应，可生成化合物W，则反应的化学方程式是____________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是________(填化学式，下同)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是________________。
13．某实验小组设计了如图装置探究焦炭还原二氧化硅。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。
(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是__________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)装置B的作用是______________________________________________________________。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为____________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为______________________
_______________________________________________________________________________。
(4)该装置的缺点是______________________________________________________________。
(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
14．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下：
a．四氯化硅接触水会发生化学反应；
b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
c．有关物质的物理常数见下表：
物质 SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5
沸点/℃ 57.7 12.8 － 315 －
熔点/℃ －70.0 －107.2 － － －
升华温度/℃ － － 180 300 162
请回答下列问题：
(1)写出装置A中发生反应的化学方程式：___________________________________________，
D中发生反应的化学方程式：____________________________________。
(2)A中g管的作用是_____________________________________________________________，
装置C中的试剂是________，作用是_______________________________________________。
(3)装置E中的h瓶需要冷却的理由是________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是__________(填写元素符号)。
(5)过量的氯气可以用石灰乳来处理，请写出该反应的化学方程式：______________________。
第三节　无机非金属材料
1．D　2.C　3.A　4.B
5．C　[A项，晶体硅常用作制造太阳能电池的材料，实现太阳能转化成电能，正确；C项，硅的化学性质不活泼，在常温下能与F2、HF等物质发生反应，错误；D项，在加热条件下，硅单质能与氯气、氧气等物质发生反应，正确。]
6．C　[在二氧化硅中，每个硅原子与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，形成具有立体网状结构的晶体，不存在单个的二氧化硅分子，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子数目比是1∶2，二氧化碳分子是直线形分子，结构不同，故A、D错误；二氧化硅能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有生成盐，不属于碱性氧化物，与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，不是两性氧化物，故B错误；在高温下，二氧化硅能与单质碳反应生成单质硅和一氧化碳，硅元素的化合价由＋4价降低为0价，二氧化硅具有氧化性，故C正确。]
7．C　[根据反应SiO2＋2CSi＋2CO↑分析，高温下碳的还原性比硅强，但不能说明C、Si的非金属性强弱，选项A错误；反应CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑是在非水溶液状态下进行的，因此无法判断H2SiO3与H2CO3的酸性强弱，选项B错误；碳酸与硅酸钠溶液反应生成硅酸说明H2CO3的酸性比H2SiO3强，由此可知碳的非金属性比硅强，选项C正确；H2CO3比H2SiO3受热易分解，仅能证明H2SiO3比H2CO3稳定，无法判断H2SiO3与H2CO3的酸性强弱，选项D错误。]
8．C　9.D
10．A　[SiO2与水不反应，A项错误。]
11．D　[Ca3SiO5可看作CaSiO3·2CaO，它与NH4Cl固体混合加热反应，生成CaSiO3、CaCl2、NH3和H2O，A正确；Ca3SiO5能够吸水，故需要密封保存，B正确；由于H2SO3的酸性强于H2SiO3，Ca3SiO5与SO2反应可生成CaSO3，C正确；Ca3SiO5与足量盐酸作用，析出H2SiO3沉淀，故所得固体产物主要是H2SiO3，D错误。]
12．(1)①②③　(2)SiO2＋2CSi＋2CO↑　(3)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
(4)CO2　CO2、HCl
13．(1)避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰
(2)作安全瓶，防止倒吸　(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si　(4)无尾气吸收装置　(5)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊
解析　(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中的氧气、水蒸气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸。(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳生成，经检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，先将产生的CO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明酸性：H2CO3>H2SiO3。
14．(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　2Cl2＋SiSiCl4　(2)平衡气压，便于浓盐酸滴落　浓硫酸　干燥氯气　(3)四氯化硅沸点低，需要冷凝收集　(4)Al、P　(5)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
解析　(1)装置A制备氯气，实验室利用浓盐酸和二氧化锰加热制备氯气，则其中发生反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，则D中发生反应的化学方程式为2Cl2＋SiSiCl4。(2)A中g管可以使内外压强相等，便于液体顺利流下；生成的氯气中混有氯化氢和水蒸气，首先利用饱和食盐水除去氯化氢，最后干燥氯气，则装置C中的试剂是浓硫酸，作用是干燥氯气。(3)根据表中数据可知四氯化硅沸点低，因此装置E中的h瓶需要冷却的理由是冷凝收集四氯化硅。(4)根据表中数据可知，BCl3的沸点较低，蒸出四氯化硅时，BCl3也被蒸出；则精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是Al、P。(5)过量的氯气可以用石灰乳来处理，该反应的化学方程式为2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。