5.3 无机非金属材料 课时优化训练 （含答案）2023-2024学年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——高一化学人教版（2019）必修二课时优化训练
1.石英砂(主要成分为SiO2)是一种常用工业原料,其中常混有少量碳酸钙。要除去石英砂中的少量碳酸钙,应采用的方法是(　　)。
A.用水溶解后过滤分离
B.用稀硫酸溶解后过滤分离
C.用酒精灯加热
D.用稀盐酸溶解后过滤分离
2.下列叙述正确的是(　　)。
①高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅
②SiO2与酸、碱均不反应
③二氧化硅不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器
④SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应
⑤CO2与SiO2化学式相似,物理性质也相同
A.①②③
B.②③
C.①④
D.①②③④⑤
3.作为全球最大的电子产品制造国，中国却有着“芯”病。我国国产芯片自给率不到30%，产值不足全球的7%，市场份额不到10%。下列说法正确的是( )
A.CPU半导体芯片与光导纤维是同种材料
B.水泥和玻璃属于新型硅酸盐材料
C.水晶和陶瓷都是硅酸盐制品
D.粗硅制备单晶硅涉及氧化还原反应
4.下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( )
A.在粗硅的制取中发生反应，硅元素被还原，所以碳的还原性比硅的还原性弱
B.硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中
C.用制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入
D.由可知，硅酸的酸性强于碳酸的酸性
5.“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是( )
A.水泥是人类最早使用的硅酸盐制品
B.制陶瓷的原料为纯碱、石灰石和石英砂
C.玻璃属于硅酸盐制品，通常性质稳定
D.沙子的主要成分为硅酸盐
6.高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。这种材料可以按下列方法制备：（粗）（纯），下列说法正确的是( )
A.步骤①的化学方程式为
B.步骤①②③中每生成或反应1 mol Si，转移
C.能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D.（沸点为33.0 ℃）中含有少量的（沸点为67.6 ℃），通过蒸馏（或分馏）操作可提纯
7.下列除杂方法正确的是( )
A.中含杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去
B.中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管中并加热
C.中含有HCl杂质，可以通过盛有溶液的洗气瓶
D.溶液中含有杂质，可以通入过量的，然后过滤
8.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路线，其中一种工艺流程如图：
下列说法正确的是( )
A.硅在自然界中主要以化合态形式存在
B.电弧炉中的反应为
C.还原炉中，理论上得到的氧化产物与还原产物的物质的量之比为1：3
D.（沸点31.5℃）中含有少量的（沸点57.6℃），通过蒸馏可提纯
9.德国著名行业杂志《应用化学》上刊登的文章介绍：某中德联合研究小组设计制造了一种“水瓶”，用富勒烯（）的球形笼子作“瓶体”，一种磷酸盐作“瓶盖”，恰好可将一个水分子关在里面。下列说法正确的是( )
A.为有机物
B.石墨和互为同位素
C.磷酸钙中所含的元素都是短周期元素
D.一定条件下石墨转化为是化学变化
10.2013年2月，俄罗斯境内有大量陨石坠落，经化学分析，陨石中游离态的铁含量约为10%，此外还有橄榄右（）、亚硫酸盐等成分，下列有关说法正确的是( )
A.此陨石是一种纯度较高的硅酸盐矿石
B.此陨石具有耐酸碱的特性
C.陨石中含有游离态的铁是因为在外太空中铁的活性比地球上铁的活性低
D.橄榄石中Fe的化合价为+2价
11.纯二氧化硅可用如下流程制得。下列说法不正确的是( )
提示：硅酸难溶于水。
A.若X为溶液，则步骤I反应的离子方程式是
B.步骤Ⅱ的反应是
C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用代替
D.步骤Ⅲ若在实验室完成，一般在蒸发皿中进行
12.水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应如下：（放热反应）。但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是( )
A.水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B.石膏可以调节水泥的硬化速率
C.水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D.以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
13.制造芯片用到高纯硅，用与过量在1100~1200 ℃反应制备高纯硅的装置如图所示（热源及夹持装置略去）。
已知：遇水强烈水解，在空气中易自燃。下列说法错误的是( )
A.装置B中的试剂是浓硫酸
B.实验时先打开装置C中分液漏斗的旋塞
C.装置C中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的汽化
D.装置D不能采用普通玻璃管的原因是在反应温度下，普通玻璃管会软化
14.硅酸盐具有特殊的性质与应用，回答下列问题。
（1）硅酸盐材料是传统无机非金属材料，下列物质不属于硅酸盐的是______（填序号）。
①玻璃
②石灰石
③陶瓷
④黏土
⑤砖瓦
⑥水泥
⑦沙子
（2）制备陶瓷和水泥时用到的相同原料是_________。
（3）与在高温下充分反应，可生成标准状况下气体_________L。
（4）我国成功发射了嫦娥一号探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。月球上的主要矿物有辉石（）和橄榄石（）等，则辉石的氧化物形式可表示为_________，斜长石________（填“难”或“易”）溶于水，完全溶解于盐酸中消耗溶质HCl_________mol。
15.高纯二氧化硅可用来制造光纤。某蛇纹石的成分如下表所示：
组分
质量分数/％ 59.20 38.80 0.25 0.50 0.8
通过下图流程可由蛇纹石制备较纯净的二氧化硅：
请回答下列问题。
（1）蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有______（写化学式）。
（2）步骤①中涉及反应的离子方程式为______。
（3）滤渣A的成分有______（填化学式）。
（4）步骤②中洗涤沉淀的方法是______。
（5）步骤③中反应的化学方程式为______；实验室进行步骤③需要用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、玻璃棒和______。
16.晶体硅是一种重要的非金属材料，有科学家认为硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。
（1）工业上生产纯硅的工艺流程如下：
石英砂的主要成分是，在制备粗硅时，焦炭的作用是________（填“氧化剂”或“还原剂”）；在该反应中，若消耗了3.0g，则转移电子的总数为________（设为阿伏加德罗常数的值）。
（2）某实验室利用（沸点33.0℃）与过量在1000~1100℃反应制得纯硅。已知能与强烈反应，在空气中易自燃。装置如图所示（热源及夹持装置略去）。
①装置B中的试剂是______________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是______________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________；装置D中发生反应的化学方程式为______________。
③为检验产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需要加入的试剂有______________（填字母）。
a.碘水
b.氯水
c.溶液
d.KSCN溶液
答案以及解析
1.答案：D
解析：CaCO3可溶于盐酸,而石英砂与盐酸不反应,D正确;注意B中CaCO3与H2SO4反应生成CaSO4,CaSO4会附着在CaCO3表面,阻止反应的进行,故B错误。
2.答案：C
解析：②项,SiO2与HF、强碱均反应;③项,用石英制造的耐酸容器不能用于盛放氢氟酸;⑤项,CO2、SiO2的结构不同,物理性质不同。
3.答案：D
解析：CPU半导体芯片的主要成分是晶体硅，光导纤维的主要成分是二氧化硅，两者所用的材料不同，A错误；水泥和玻璃的主要成分都是硅酸盐，均属于硅酸盐材料，但不属于新型硅酸盐材料，B错误；水晶的主要成分是二氧化硅，是氧化物，不是硅酸盐，C错误；粗硅制备单晶硅的过程中，先用氯化氢把硅氧化为三氯硅烷，再用氢气把三氯硅烷还原为硅，故该过程存在元素化合价变化，涉及氧化还原反应，D正确；故选D。
4.答案：C
解析：在反应中Si元素的化合价由+4价降到0价，为氧化剂，被还原，Si为还原产物，C元素的化合价由0价升到+2价，C为还原剂，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，所以碳的还原性比硅的还原性强，A项错误；因为溶液是一种黏合剂，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放溶液，B项错误；不能直接与水反应，所以制取硅酸可用可溶性硅酸盐与或盐酸反应：或，C项正确；反应能在高温下进行，主要是因为产物中有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，与酸性无关，D项错误。
5.答案：C
解析：陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A错误；制陶瓷的原料为黏土，B错误；玻璃是石英砂、石灰石、纯碱混合后在玻璃窑中熔融发生复杂的物理、化学变化制得的硅酸盐制品，通常性质稳定，C正确；沙子的主要成分为是氧化物，不是硅酸盐，D错误。
6.答案：D
解析：高温下与C反应生成CO气体，即步骤①的化学方程式为，A错误；步骤①中Si元素的化合价降低，生成1 mol Si，转移电子的物质的量为4 mol，步骤②中Si转化为，Si元素的化合价升高，转移电子的物质的量为2 mol，步骤③中转化为Si，每生成1 mol Si，转移电子的物质的量也为2 mol，B错误；和Si均能与氢氟酸反应，C错误；沸点相差30 ℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离，故可通过蒸馏（或分馏）操作提纯，D正确。
7.答案：BC
解析：A项，均会与NaOH溶液反应；D项，会与过量的反应生成。
8.答案：AD
解析：A项，硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，正确；B项，电弧炉中反应的化学方程式为，错误；C项，还原炉中发生的反应为，氧化产物为HCl，还原产物为Si，氧化产物与还原产物的物质的量之比不是1：3，错误；D项，（沸点31.5℃）和（沸点57.6℃）的沸点有一定差距，可通过蒸馏提纯，正确。
9.答案：D
解析：为单质，不是有机物，A错误；石墨和互为同素异形体，B错误；磷酸钙中所含的钙元素是第四周期元素，属于长周期元素，C错误；一定条件下石墨转化为，是同素异形体之间的转化，属于化学变化，D正确；故选D。
10.答案：D
解析：陨石中游离态的铁含量约为10%，此外还有橄榄石（）、亚硫酸盐，故陨石不是纯度较高的硅酸盐矿石，A错误；陨石中的铁、橄榄石和亚硫酸盐均能与酸反应，故陨石不耐酸的腐蚀，B错误；游离态的铁的活性相同，C错误；橄榄石的化学式为，硅元素的化合价为+4价，氧元素的化合价为-2价，根据化合物中各元素正、负化合价的代数和为0，可得铁元素的化合价为+2价，D正确；故选D。
11.答案：AD
解析：氢氧化钠、硅酸钠应拆成离子形式，步骤I反应的离子方程式为，A错误；硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸沉淀，所以步骤Ⅱ的反应是，B正确；碳酸、硫酸的酸性均强于硅酸，都能与硅酸盐反应生成硅酸，因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用代替，C正确；灼烧固体应在坩锅中进行，D错误；故选A、D。
12.答案：C
解析：水泥由石灰石和黏土等研磨混合，经高温煅烧制得，A正确；水泥生产过程中加入石膏的目的是调节水泥的凝结硬化速率，调整水泥的凝结时间，B正确；水与硅酸三钙发生化学反应，生成的产物之间可以形成相互交联的结构，C错误；硅酸三钙与水反应放热，以冰代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡，保证建筑质量，D正确。
13.答案：B
解析：因为遇水强烈水解，所以装置A制备的需要进行干燥，装置B中的液体干燥剂为浓硫酸，可以干燥，A正确；若不纯，加热时可能会发生爆炸，且在空气中易自燃，实验前应先利用排尽装置内的空气，后打开装置C中分液漏斗的旋塞，B错误；呈液态，需转化为蒸气进入石英管中与反应，故装置C中的烧瓶需要加热，C正确；制备高纯硅的温度为1100~1200 ℃，故装置D不能采用普通玻璃管，D正确。
14.答案：（1）②⑦
（2）黏土
（3）2.24
（4）；难；8
解析：（1）玻璃、陶瓷、黏土、砖瓦、水泥的主要成分为硅酸盐，石灰石的主要成分为，沙子的主要成分为，则不属于硅酸盐的是②⑦。
（2）制备陶瓷的原料是黏土，制备水泥的原料是石灰石、黏土和其他辅助原料，所以共同的原料是黏土。
（3）与在高温下反应生成和，反应的化学方程式为，则与反应时，过量，但过量的在高温下会继续分解生成，故充分反应时生成标准状况下的体积。
（4）辉石属于硅酸盐，由原子个数比不变可知，氧化物形式可表示为，斜长石属于难溶于水的硅酸盐；橄榄石属于硅酸盐，由化合物中各元素化合价的代数和为0可知，硅酸盐中Fe元素为+2价，则硅酸盐溶于盐酸生成和，由Cl原子守恒可知，溶解生成和，则需要消耗。
15.答案：（1）
（2）
（3）
（4）向漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2至3次
（5）；坩埚钳、三脚架
解析：（1）根据分析可知，蛇纹石中含有的可溶性金属氧化物有和，它们能与水反应分别生成NaOH和KOH。
（2）二氧化硅属于酸性氧化物，可与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，反应的离子方程式为。
（3）氧化钠与氧化钾属于可溶性氧化物，二氧化硅属于酸性氧化物，上述3种物质都能溶解在氢氧化钠溶液中，氧化镁和氧化铁属于碱性氧化物且难溶于水，因此，滤渣A的成分有MgO和。
（4）步骤②生成沉淀的成分是硅酸，洗涤过滤出的沉淀的方法是：向过滤器中注入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出后，重复上述操作2至3次。
（5）步骤③用灼烧的方法使硅酸分解生成二氧化硅，化学方程式为；实验室灼烧固体时需要用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、玻璃棒、坩埚钳和三脚架。
16.答案：（1）还原剂；或
（2）①浓硫酸；使滴入烧瓶中的汽化；②有周体物质生成；；③bd
解析：（1）根据流程可知，焦炭与行英砂反应的化学方程式为，碳元素化合价升高，焦炭作还原剂；参加反应，转移4mol电子，反应中消耗了3.0g，，则转移0.2mol电子。
（2）①能与强烈反应，需要用浓硫酸干燥氢气；加热C中的烧瓶是为了使滴入烧瓶中的汽化；②装置D中有硅单质生成，即有固体物质生成。此反应为；③亚铁离子的检验通常用的方法是先向溶液入KSCN溶液，溶液不变红，再加入水，溶液变红，即可确定含有亚铁离子，故选b、d