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第五章 化工生产中的重要非金属元素
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2门世2有
3厚
”课堂建构
晶体硅
陶瓷
二氧化硅
无机非
新型无
玻璃
硅酸盐
材料
金属材
机非金
新型陶瓷
料
属材料
水泥
石墨烯
碳纳米管第三节 无机非金属材料
(一)基础巩固
1.(2024·广东惠州三模)我国文物具有鲜明的时代特征。下列源自广东的文物的主要成分属于硅酸盐的是 ( )
A.错银青铜牛灯 B.鎏金兽形铜盒砚
C.三彩孩童骑牛陶俑 D.金刻花八宝鱼
解析:错银青铜牛灯为青铜器,主要成分为金属材料;鎏金兽形铜盒砚,主要成分为铜,为金属材料;三彩孩童骑牛陶俑为陶瓷制品,主要成分属于硅酸盐;金刻花八宝鱼的主要成分为黄金,为金属材料。
答案:C
2.下列关于水泥的说法中错误的是 ( )
A.水泥的主要成分为硅酸钙
B.水泥、砂和水的混合物叫水泥砂浆,是建筑时常用的黏合剂
C.在具体的建筑中,所用水泥的强度等级要符合要求
D.我国的三峡大坝所使用的水泥的标号应是高标号的水泥
答案:A
3.下列有关普通玻璃的说法中错误的是( )
A.制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂
B.玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,是为了防止烧碱与二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口黏在一起
解析:普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融制得,A项正确;玻璃是混合物,没有固定的熔点,B项错误;普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,C项正确;二氧化硅易与碱液反应生成Na2SiO3,Na2SiO3具有很强的黏合性,因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,D项正确。
答案:B
4.(2024·广东佛山高一期中)高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料,它的发现和使用曾引起计算机芯片领域的一场伟大“革命”。工业上可以按下列方法制备:
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
下列说法正确的是 ( )
A.步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑
B.步骤②和步骤③的反应互为可逆反应
C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的CaCO3
D.SiO2既可以与NaOH溶液反应,也可以与氢氟酸反应,因此SiO2属于两性氧化物
解析:步骤①,C还原SiO2生成Si和CO,化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,A项错误;步骤②和步骤③的反应,反应条件不同,二者不互为可逆反应,B项错误;盐酸能与碳酸钙反应,但与SiO2不反应,所以可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的CaCO3,C项正确;SiO2既可以与NaOH溶液反应,也可以与氢氟酸反应,但生成的SiF4不属于盐,因此SiO2不属于两性氧化物,D项错误。
答案:C
5.下列有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法中正确的是 ( )
A.高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点,但是硬度却远远低于金属材料
B.氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料,具有超硬性,它不与任何无机酸
反应
C.光导纤维是一种优良的导电材料
D.光导纤维的抗干扰性能好,不发生电辐射,通信质量高,能防窃听
解析:高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点,本身还具有很多优点,如耐高温、高硬度、抗氧化等,A项错误;氮化硅陶瓷是重要的结构材料,耐腐蚀性较强,可以与氢氟酸反应,B项错误;光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维,不导电,且抗干扰能力好,不发生电辐射,能防窃听等,C项错误,D项正确。
答案:D
6.(2023·广东梅州)化学创造美好生活。下列有关生产应用的化学原理解释错误的是 ( )
选项 应用 解释
A “中国奋斗者号”载人潜水器使用了钛合金 钛合金比金属钛具有更高的硬度和强度
B 问天实验舱使用了石墨烯导热索技术 石墨烯是新型无机非金属材料,可以有效导热
C 高纯硅可用于制作光感电池 硅具有半导体性能,可将太阳能转化为电能
D 食品包装袋中常有硅胶、生石灰、还原铁粉三类小包 硅胶具有吸水性,生石灰、还原铁粉能与水反应,都是用于防止食品受潮
解析:钛合金比纯金属钛具有更高的强度、硬度,故A项正确;石墨烯发热材料属于新型无机非金属材料,故B项正确;硅是半导体材料,导电性介于导体和绝缘体之间,可作太阳能电池板,故C项正确;硅胶具有吸水性,生石灰能与水反应,均能防止食品受潮,还原铁粉能防止食品被氧化,故D项错误。
答案:D
7.陶瓷的发明是人类早期科学技术发展史上的一个重要的里程碑,现在,陶瓷已广泛应用于生活和生产中。
(1)工业上制备陶瓷的主要原料是 。
(2)陶瓷不具有的性质是 (填字母)。
A.可导电 B.耐酸碱
C.抗氧化 D.耐高温
(3)实验室中最常用的坩埚是 ,熔融烧碱样品做实验时一般选用 坩埚。
(4)在搪瓷和陶瓷器具表面的釉质中含有极微量的Pb、Cd和Sb等有毒的金属盐类,为防止中毒,不能长期盛放下列物质中的 (填字母)。
A.食用植物油 B.酱油
C.食醋 D.酒
答案: (1)黏土 (2)A (3)瓷坩埚 铁 (4)C
(二)拓展提高
8.半导体工业中,有一句行话:“从沙滩到用户”,即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是 ( )
A.2C+SiO2Si+2CO↑
B.SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
C.Si+2Cl2SiCl4
D.SiCl4+2H2Si+4HCl
解析:由SiO2制取Si时要先制得粗硅,反应为2C+SiO2Si+2CO↑,然后再进行提纯,反应依次为Si+2Cl2SiCl4、SiCl4+2H2Si+4HCl。
答案:B
9.多晶硅是单质硅的一种形态,是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示:
下列说法中错误的是 ( )
A.Y可能是H2
B.制取粗硅的过程中焦炭与石英砂会发生副反应生成碳化硅,在该副反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C.SiHCl3中硅元素的化合价为+4价
D.Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应
解析:Y能够还原SiHCl3为硅单质,则Y可能是H2,A项正确;制取粗硅的过程中焦炭与石英砂会发生副反应生成SiC:3C+SiO2SiC+2CO↑,在该反应中碳既是氧化剂,又是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,B项错误;SiHCl3中H是-1价,Cl是-1价,则Si的化合价为+4价,C项正确;H2与SiHCl3制备多晶硅的反应:SiHCl3+H2Si+3HCl,属于置换反应,D项正确。
答案:B
(三)挑战创新
10.工业上还可以利用镁制取硅,反应为2Mg+SiO22MgO+Si,同时发生副反应:2Mg+SiMg2Si。Mg与SiO2反应的实验装置如图所示,请回答下列问题。
(1)工业上通常利用SiO2与碳反应来制取硅,写出反应的化学方程式: 。
(2)由于O2和H2O(g)的存在对该实验有较大影响,实验中应通入气体X作为保护气,试管中的固体试剂可选用 (填字母)。
A.石灰石 B.锌粒 C.纯碱
(3)实验开始时,必须先通一段时间X气体,再加热反应物,其理由是 ;当反应引发后,移走酒精灯,反应能继续进行,其原因是 。
(4)反应结束后,待冷却至常温时,向反应后的混合物中加入稀盐酸,可观察到闪亮的火星,产生此现象的原因是副产物Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)气体,然后SiH4自燃。用化学方程式表示这两个反应:
① ; ② 。
解析: (1)二氧化硅与碳在高温下反应生成硅和CO气体。(2)Mg可以与CO2发生化学反应生成氧化镁和碳,Mg与氢气不能发生反应,因此可用氢气作为保护气,选用的试剂为稀硫酸和锌粒,再用浓硫酸干燥。(3)装置中有空气,若不用氢气排尽装置中的空气,氢气与空气的混合气体燃烧会发生爆炸,所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气;Mg与SiO2反应的条件是加热,停止加热后,反应的条件由反应放出的热量维持。(4)Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷),其反应的化学方程式为Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑,SiH4常温下是一种不稳定、易自燃的气体,反应的化学方程式为SiH4+2O2SiO2+2H2O。
答案: (1)SiO2+2CSi+2CO↑ (2)B
(3)防止加热条件下H2与空气混合发生爆炸 Mg与SiO2的反应放出热量
(4)①Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑ ②SiH4+2O2SiO2+2H2O
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