5.3+无机非金属材料 课时练习（含解析） 高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

5.3 无机非金属材料 课时练习 2022—2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修二
一、单选题
1．中华文化源远流长、博大精深，下列文物主要是由硅酸盐材料制成的是（　　）
A．新石器时代鸡形陶壶 B．商代的司母戊鼎
C．北宋的清明上河图 D．西汉的素纱禅衣
2．2023年，我国具有独立知识产权的“龙芯”21岁了。下列对硅单质及其化合物的有关叙述正确的是（　　）
A．石英可以用来生产玻璃
B．二氧化硅具有半导体性能，常用于制作光导纤维
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D．可用作黏合剂、木材防火剂的原料，实验室保存溶液应用玻璃塞
3．下列有关氧化物的性质与用途具有对应关系的是（　　）
A．CaO具有吸水性，常用于食品干燥剂
B．是黄绿色气体，可用于自来水消毒
C．MgO是碱性氧化物，可作为耐高温材料
D．熔点高，可用来制造通讯光缆
4．含硅元素的物质有很多用途，下列说法错误的是（　　）
A．硅晶片是生产芯片的基础材料，其主要成分为
B．高压输电线路使用的陶瓷绝缘材料属于硅酸盐材料
C．水玻璃是硅酸钠的水溶液，可用作木材防火剂的原料
D．高温超导陶瓷具有超导性，可应用于电力和交通领域
5．硅是信息技术的关键材料，下列产品不是以硅为主要材料制成的是（　　）
A．光导纤维 B．计算机芯片
C．光电池 D．半导体晶体管
6．下列关于二氧化硅的说法错误的是(　　)
A．二氧化硅是一种非金属氧化物
B．二氧化硅不存在单个的分子
C．二氧化硅中硅元素与氧元素的质量比为7∶8
D．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成
7．下列各组物质中，满足表中图示物质在一定条件下一步转化关系的组合有（　　）
序号 X Y Z W
① Si Na2SiO3 H2SiO3 SiO2
② Na NaOH Na2CO3 NaCl
③ Cl2 Ca(ClO)2 HClO HCl
④ Fe FeCl3 FeCl2 Fe(OH)2
A．②③ B．①③④ C．①④ D．①②③
8．下列解释事实的方程式中，正确的是（　　）
A．工业制粗硅：SiO2+C Si+CO2↑
B．向铜粉中滴加稀硝酸产生气体：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O
C．浓硝酸通常显黄色：4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O
D．硫在纯氧中点燃发出蓝紫色火焰：2S+3O2 2SO3
二、综合题
9．硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。回答下列问题：
（1）Si是良好的半导体材料，试写出硅单质的一种用途：　 　。
（2）SiO2是玻璃的主要成分之一，烧碱溶液对玻璃有腐蚀性，写出SiO2与烧碱溶液反应的离子方程式为　 　。
（3）Na2SiO3溶液俗称　 　，往Na2SiO3溶液中通入足量CO2气体发生的现象是：　 　。
（4）工业上常用焦炭和二氧化硅在高温条件下制备粗硅，该反应的化学方程式为　 　。
10．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
（1）SiO2是玻璃的成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为　 　，工艺师常用　 　(填物质名称或化学式)来雕刻玻璃。
（2）用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3的用途可作　 　的原料。
（3）工业上常用2C＋SiO2 Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中有元素化合价升高的物质是　 　(填化学式，下同)，氧化剂是　 　。
11．从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下：
请回答下列问题：
（1）流程甲加入盐酸后生成Al3+的离子方程式为　 　。
（2）流程乙加入烧碱后生成SiO32-的离子方程式为　 　。
（3）验证滤液B含Fe3+，可取少量滤液并加入　 　(填试剂名称)。
（4）滤液E、K中均含有的溶质是　 　(填化学式)，写出该溶质的一种用途：　 　。
三、推断题
12．从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下：
请回答下列问题：
（1）固体A的主要成分是　 　(写名称)；
（2）铝土矿与过量烧碱反应的离子方程式为　 　、　 　；
（3）电解熔融氧化铝可制得两种单质，写出该反应化学方程式　 　；
（4）写出滤液D和过量CO2反应的离子方程式　 　；
（5）指出流程乙的一个缺点是　 　；
（6）氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应，制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X．已知每转移6.02×1023个电子，有0.5mol化合物X生成，此反应的化学方程式　 　。
四、实验探究题
13．某化学兴趣小组为探究元素性质的递变规律，设计了如下系列实验。
（1）Ⅰ.将大小、形状相同的钠、钾、镁、铝各0.01mol分别投入足量的0.1mol·L-1的盐酸中，写出与盐酸反应最快的金属发生反应的离子方程式：　 　。
（2）将NaOH溶液与NH4Cl溶液混合生成NH3·H2O，从而验证NaOH的碱性大于NH3·H2O,继而可以验证Na的金属性大于N，你认为此设计是否合理 　 　（填“合理”或“不合理”），说明理由：　 　。
（3）Ⅱ.利用如图所示装置可以验证非金属性的变化规律。
实验室中现有药品Na2S、KMnO4、浓盐酸、MnO2，选择合适药品设计实验验证氯的非金属性大于硫：装置B中所装药品为　 　 ，装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成，离子方程式为　 　。
（4）若要证明非金属性：C＞Si，则A中加　 　.B中加Na2CO3，C中加Na2SiO3溶液，观察到C中的实验现象为有白色沉淀物生成，C中发生反应的离子方程式为　 　（假设所通气体是过量的）。
14．用SiHCl3在加热条件下与过量H2反应制备纯硅的装置如图（热源及夹持装置略去）：
已知：SiHCl3沸点为33℃，能与和H2O强烈反应，在空气中易自燃；
请问答：
（1）依次连接的合理顺序为　 　。
（2）操作时应先打开装置　 　（选填“C”或“D”）中分液漏斗的旋塞，理由是　 　。
答案解析部分
1．【答案】A
【解析】【解答】A．新石器时代鸡形陶壶属于陶器，玻璃、水泥、陶瓷都属于硅酸盐产品，A符合题意；
B．商代的司母戊鼎属于青铜器，青铜是合金，属于金属材料，B不符合题意；
C．清明上河图绘制在绢帛上，绢帛是动物源的天然纤维，主要成分是蛋白质，C不符合题意；
D．西汉的素纱禅衣是蚕丝制品，主要成分是蛋白质，D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】A．玻璃、水泥、陶瓷都属于硅酸盐产品；
B．合金属于金属材料；
C．天然纤维主要成分是蛋白质；
D．蚕丝主要成分是蛋白质。
2．【答案】A
【解析】【解答】A．玻璃的主要成分为二氧化硅，石英的主要成分为二氧化硅，故石英可以用来生产玻璃，A符合题意；
B．二氧化硅是制备半导体材料硅的原料，本身不具备半导体性能，B不符合题意；
C．常温下，硅可与强碱、HF反应，C不符合题意；
D．具有粘性，使用玻璃塞会使瓶塞与瓶身粘住，所以实验室保存溶液应用橡胶塞，D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】A、二氧化硅可以制取玻璃；
B、二氧化硅可以制作光导纤维；
C、硅可以和强碱和氟化氢反应；
D、硅酸钠的保存应该用橡胶塞，否则会使瓶身和瓶塞粘住。
3．【答案】A
【解析】【解答】A．CaO具有吸水性能和水反应，常用于食品干燥，A符合题意；
B．具有强氧化性，可用于自来水消毒，B不符合题意；
C．MgO熔点高、耐高温，可作为耐高温材料，C不符合题意；
D．做成的纤维具有良好的透光性，可用来制造通讯光缆，D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】A．利用CaO具有吸水性能和水反应；
B．利用具有强氧化性，与颜色无关；
C．利用MgO熔点高；
D．利用具有良好的透光性。
4．【答案】A
【解析】【解答】A． 硅晶片主要成分为Si，光导纤维的主要成分为 ，A符合题意；
B． 玻璃、陶瓷和水泥属于硅酸盐材料，B不符合题意；
C． 水玻璃是硅酸钠的水溶液，用水玻璃浸泡过的木材不容易着火，可用作木材防火剂的原料，C不符合题意；
D． 高温超导陶瓷是一种新型陶瓷，耐高温具有超导性，可应用于电力和交通领域，D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】生产芯片的是硅单质，而制备光导纤维的是二氧化硅，其他均正确
5．【答案】A
【解析】【解答】A．光导纤维的成分是SiO2，故选A；
B．计算机芯片的成分是晶体硅，故不选B；
C．光电池的成分是晶体硅，故不选C；
D．半导体晶体管的成分是高纯度的晶体硅，故不选D；
故答案为：A
【分析】光导纤维的原材料是二氧化硅，硅的用途是太阳能电池板、计算机芯片、以及半导体材料
6．【答案】D
【解析】【解答】A. 二氧化硅是由Si和O两种元素组成的氧化物，Si是非金属元素，因此是一种非金属氧化物，A不符合题意；
B. 二氧化硅属于原子晶体，不存在单个的分子，B不符合题意；
C. 二氧化硅的化学式为SiO2，其中硅元素与氧元素的质量比为28∶32＝7∶8，C不符合题意；
D. 二氧化硅属于原子晶体，不存在分子，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】选项B和D是解答的难点，注意C和Si虽然处于同一主族，但二氧化碳和二氧化硅的性质以及结构差别很大。二氧化碳形成的是分子晶体，存在二氧化碳分子。二氧化硅晶体中，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧原子位于正四面体的4个顶角上，“SiO2”只能表示化学式，不能表示分子式。
7．【答案】D
【解析】【解答】①Si Na2SiO3 H2SiO3 SiO2 Si，满足表中图示物质在一定条件下一步转化关系；
②Na NaOH Na2CO3 NaCl Na，满足表中图示物质在一定条件下一步转化关系；
③Cl2 Ca（ClO）2 HClO HCl Cl2，满足表中图示物质在一定条件下一步转化关系；
④Fe与Cl2反应可生成FeCl3，FeCl3与Fe反应可得到FeCl2，FeCl2与氢氧化钠生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁得不到Fe，故不满足题意；
故答案为：D。
【分析】①硅与氢氧化钠生成硅酸钠，与盐酸反应生成硅酸，受热分解成二氧化硅，与碳共热反应生成硅单质；
②钠与水生成氢氧化钠，通二氧化碳生成碳酸钠，与盐酸反应生成氯化钠，电解成钠；
③氯气与熟石灰生成次氯酸钙，与二氧化碳生成次氯酸，见光分解成氯化氢气体，二氧化锰反应生成氯气；
④铁与氯气生成氯化铁，溶液种与铁单质生成氯化亚铁，与氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁；
8．【答案】C
【解析】【解答】A.碳与二氧化硅反应只能生成一氧化碳，故A不符合题意
B.稀硝酸的氧化产物是NO，故B不符合题意
C.浓硝酸显黄色的原因是由于见光分解生成了二氧化氮故C符合题意
D.硫在氧气中燃烧得到的是二氧化硫，故D不符合题意
故答案为：C
【分析】浓硝酸呈黄色的原因为浓硝酸分解，生成了二氧化氮，从而使溶液颜色变黄
9．【答案】（1）做计算机的芯片或太阳能电池
（2）SiO2+2OH-=SiO+H2O
（3）水玻璃；有白色不溶物生成
（4）2C+SiO2Si+2CO ↑
【解析】【解答】(1)Si是良好的半导体材料，故硅单质可用于做计算机的芯片或太阳能电池。
(2)SiO2是酸性氧化物，可以与等碱溶液反应发生盐和水， SiO2与烧碱溶液反应的离子方程式为SiO2+2OH-=SiO+H2O。
(3)Na2SiO3溶液俗称水玻璃。硅酸的酸性小于碳酸，往Na2SiO3溶液中通入足量CO2气体生成硅酸沉淀和碳酸氢钠，发生的现象是：有白色不溶物生成。
(4)焦炭和二氧化硅在高温条件下反应得到CO和硅，该反应的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO ↑。
【分析】（1）根据硅是良好的半导体进行分析。
（2）注意SiO2难溶于水，不可拆；Na2SiO3能溶于水，要拆成离子形式。
（3）CO2与Na2SiO3反应生成难溶物H2SiO3，注意由于CO2足量，所以另一产物是NaHCO3，而不是Na2CO3。
（4）注意反应条件及产物中气体箭头的标注。
10．【答案】（1）2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O；氢氟酸
（2）防火剂
（3）C；SiO2
【解析】【解答】（1）SiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应生成硅酸钠和水，方程式为2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O；HF能腐蚀玻璃，常用其溶液雕刻玻璃；（2）Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，可用作防火剂；（3）反应中C的化合价由0价变为+2价，碳作还原剂；Si的化合价由+4变为0价，二氧化硅作氧化剂。
【分析】（1）SiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应生成硅酸钠和水；（2）Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，可用作防火剂；（3）反应中C的化合价由0价变为+2价，作还原剂；Si的化合价由+4变为0价，作氧化剂。
11．【答案】（1）Al2O3＋6H+ ＝2Al3+＋3H2O
（2）SiO2＋20H-＝SiO32-＋H2O
（3）硫氰化钾溶液
（4）NaHCO3；治疗胃酸过多
【解析】【解答】根据以上分析可知A为SiO2，滤液B含有氯化铝、氯化铁、氯化镁等，C为氢氧化铁、氢氧化镁，D含有氢氧化钠、偏铝酸钠、氯化钠，E中含有NaCl、NaHCO3，F为Al（OH）3，X为Fe2O3、MgO等，Y为氢氧化钠、偏铝酸钠，Z为Al（OH）3，K中含有NaHCO3，则：（1）Al2O3与盐酸反应生成氯化铝和水，氧化物不能拆，离子方程式为：Al2O3＋6H+ ＝2Al3+＋3H2O；（2）二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，二氧化硅不能拆，故离子反应方程式为：SiO2＋20H-＝SiO32-＋H2O；（3）Fe3+与硫氰化钾溶液反应，使溶液变红色，检验滤液B中是否含Fe3+离子的方法为：取少量滤液B，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液变红色，说明滤液中含Fe3+，溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3+；（4）根据以上分析可知滤液E、K中均含有的溶质是碳酸氢钠，碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多、制纯碱或做发酵粉等。
【分析】由工艺流程甲可知，铝土矿与盐酸反应得固体A和滤液B，则固体A为SiO2，滤液B含有氯化铝、氯化铁、氯化镁等，滤液中加入过量的NaOH，可推知沉淀C为氢氧化铁、氢氧化镁，滤液D含有氢氧化钠、偏铝酸钠、氯化钠，所以向滤液D中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，沉淀F为Al（OH）3，滤液E中含有NaCl、NaHCO3；根据工艺流程乙可知，铝土矿中的Al2O3、SiO2能和氢氧化钠反应，可知固体X为Fe2O3、MgO等，滤液Y为氢氧化钠、偏铝酸钠，滤液中通入过量二氧化碳，沉淀Z为Al（OH）3，滤液K中含有NaHCO3，据此判断。
12．【答案】（1）二氧化硅
（2）SiO2+2OH-= +H2O；Al2O3+2OH-= +H2O
（3）2Al2O3(熔融) 4Al+ 3O2↑
（4） +CO2+2H2O=Al(OH)3↓+
（5）沉淀Z中混有H2SiO3，灼烧后，氧化铝中含有二氧化硅杂质
（6）Al2O3+N2+3C 2AlN+3CO
【解析】【解答】(1)根据分析，固体A的主要成分是二氧化硅；(2)铝土矿中Al2O3、SiO2均与强碱反应，生成偏铝酸盐和硅酸盐，反应的离子方程式分别为：Al2O3+2OH-= +H2O、SiO2+2OH-= +H2O；(3)电解熔融氧化铝可制得金属铝和氧气，反应化学方程式2Al2O3(熔融) 4Al+ 3O2↑；(4)向滤液D中通入足量的二氧化碳气体，生成了Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为 +CO2＋2H2O=Al(OH)3↓+ ；(5)SiO2、Al2O3均与强碱反应生成硅酸钠和偏铝酸钠，过滤，滤液中通入足量的二氧化碳，反应生成了Al(OH)3沉淀和硅酸，灼烧后，得到氧化铝和二氧化硅，即氧化铝中含有二氧化硅杂质；(6)氧化铝与焦炭的混合物在氮气中高温加热反应，制得新型非金属材料AlN与一种中学常见气体X，根据元素守恒可以知道X中应含有氧元素和碳元素，已知每转移6.02×1023个电子即1mol电子，有0.5mol化合物X生成，由电子转移守恒，可得在X中C的化合价为 =2，所以X是CO，所以该反应的化学方程式为Al2O3+N2+3C 2AlN+3CO。
【分析】流程甲：铝土矿中加入过量的稀盐酸，SiO2与盐酸不反应，Al2O3、Fe2O3、MgO均可与盐酸反应生成相应的氯化物，反应的离子方程式为Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；MgO+2H+=Mg2++H2O；反应液中加入过量烧碱，Al3+变为 ，Mg2+、Fe3+变为Mg(OH)2和Fe(OH)3沉淀，过滤后，滤液中通入足量的二氧化碳气体，生成了Al(OH)3沉淀；反应方程式为 +CO2＋2H2O=Al(OH)3↓+ 。流程乙：铝土矿中加入过量的氢氧化钠溶液，Fe2O3、MgO与氢氧化钠不反应，SiO2、Al2O3均与强碱反应生成硅酸钠和偏铝酸钠，过滤，滤液中通入足量的二氧化碳，反应生成了Al(OH)3沉淀和硅酸。
13．【答案】（1）2K+2H+=2K++H2↑
（2）不合理；用碱性强弱比较金属性强弱时，一定要比较元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，NH3·H2O不是N元素的最高价氧化物对应的水化物
（3）KMnO4；S2-+Cl2=S↓+2Cl-
（4）稀硫酸（或“稀H2SO4”）；SiO +2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2HCO
【解析】【解答】（1）金属活动性：K>Na>Mg>Al，因此反应最快的金属为K，其反应的离子方程式为：2K+2H+=2K++H2 ↑ ；
（2）不合理； 用碱性强弱比较金属性强弱时，一定要比较元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，NH3·H2O不是N元素的最高价氧化物对应的水化物；
（3）欲证明氯的非金属性大于硫，可通过Cl2与Na2S的置换反应进行验证，因此A、B装置应反应产生Cl2，故B装置中所装药品为KMnO4，A装置所装药品为浓盐酸，二者反应产生Cl2；C装置所装药品为Na2S溶液，Cl2与Na2S溶液反应生成淡黄色固体硫，该反应的离子方程式为：Cl2+S2-=2Cl-+S↓；
（4）欲证明非金属C>Si，则可通过H2CO3与Na2SiO3溶液反应生成H2SiO3沉淀进行验证，因此A装置中应加稀硫酸，与B中的Na2CO3反应生成CO2，CO2进入C装置中，与Na2SiO3溶液反应，产生H2SiO3沉淀，该反应的离子方程式为：SiO32-+2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2HCO3-；
【分析】（1）根据金属活动性确定反应最快的金属，从而写出反应的离子方程式；
（2）由碱性强弱得出金属性强弱时，应用最高价氧化物对应水化物的碱性进行比较；
（3）欲证明氯的非金属性大于硫，可通过Cl2与Na2S的置换反应进行验证；
（4）欲证明非金属C>Si，可通过“强酸制弱酸”原理进行实验；
14．【答案】（1）DBCAE或DBCABE
（2）D；SiHCl3在空气中易自燃，实验时先通一段时间氢气排除装置内空气
【解析】【解答】⑴先是氢气发生装置，再是干燥装置，再是将汽化装置，再是反应装置，再是尾气处理装置，也可以先干燥后再处理尾气，因此依次连接的合理顺序为DBCAE或DBCABE；故答案为：DBCAE或DBCABE。⑵由于SiHCl3沸点为33℃，能与和H2O强烈反应，在空气中易自燃，整个装置需要先排除装置内空气，因此操作时应先打开装置D中分液漏斗的旋塞，理由是SiHCl3在空气中易自燃，实验时先通一段时间氢气排除装置内空气；故答案为：D；SiHCl3在空气中易自燃，实验时先通一段时间氢气排除装置内空气。
【分析】A装置主要是SiHCl3与过量H2在加热条件下反应制备纯硅，B主要是干燥气体，C主要是将SiHCl3转变为气体在A中反应，D是氢气发生装置，E尾气处理装置。