3.1 无机非金属材料 同步练习 (含答案解析) (2)

无机非金属材料
同步练习
一、选择题（每小题5分，共35分）
1.下列说法正确的是(　　)
A．硅材料广泛应用于光纤通讯
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
1.A【解析】B项工艺师应利用氢氟酸；C
( http: / / www.21cnjy.com )项中水晶→SiO2；D项中粗硅制备单晶硅的反应有：Si＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl。
2.对于化学方程式SiO2＋3CSiC＋2CO↑，有关叙述正确的是(　　)
A.反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂
B.硅元素被还原了，碳元素被氧化了
C.在反应中C只作还原剂
D.在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
2.D【解析】双线桥法表示反应中电子转移的方向及数目如下：
( http: / / www.21cnjy.com )，反应中只有C元素化合价改变，因此碳在反应中既是氧化剂，又是还原剂，且n(氧化剂)∶n(还原剂)＝1∶2。
3.
20世纪80年代，人们发现了碳的另一类单质，它们是由一系列偶数个碳原子组成的分子，其中C60(足球烯，1个分子中含30个双键)最具代表性。如图为n个C60连接而成的物质X。下列有关说法不正确的是(
)
( http: / / www.21cnjy.com )
A.X难溶于水
B.X是高分子化合物
C.一定条件下X可与H2发生加成反应
D.X的摩尔质量为720n
g·mol-1
3.B【解析】可知X是碳的单质，A正确，B
( http: / / www.21cnjy.com )错误；由题干信息“足球烯，1个分子中含30个双键”可知，X可与H2发生加成反应，C正确；由题干信息X由n个C60连接而成可知，X的摩尔质量为
720n
g·mol-1，D正确。
4.制造太阳能电池需要高纯度的硅，工业上制高纯硅常用以下反应实现：
①Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)；ΔH＝－381
kJ·mol－1
②SiHCl3＋H2Si＋3HCl
对上述两个反应的叙述中，错误的是(　　)
A.两个反应都是置换反应
B.反应②是吸热反应
C.两个反应互为可逆反应
D.两个反应都是氧化还原反应
4.C【解析】①②是逆向进行的反应，①放热反应，②必然是吸热反应，①②进行条件不一样，不能称为可逆反应。
5.下列材料的特性及用途说法错误的是(　　)
A.氧化铝陶瓷具有两性，不可用来制造人造牙齿
B.氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机
C.光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料
D.压电陶瓷十分敏感，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用来制压电地震仪
5.A【解析】对常见新型无机非金属材料的性
( http: / / www.21cnjy.com )能及用途应作了解。特性：能耐高温、强度高，具有电学特性，光学特性，具有生物功能。Al2O3具有两性，可与酸、碱反应，牙齿经常接触酸性物质，但氧化铝陶瓷性质相当稳定，酸碱很难将其腐蚀，且氧化铝制成的假牙与天然牙齿十分接近，选项A说法错误。
6.下列表述正确的是(　　)
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅　
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A.①②③
B.②④
C.③④⑤
D.③⑤
6.D【解析】解析：本题主要考查硅及其化合物的具体应用。刚玉的主要成分为Al2O3；玛瑙的主要成分是SiO2；玻璃的主要成分为SiO2和硅酸盐；水泥的主要成分为3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3等，为硅酸盐材料；Cu2O虽然是红色的，但它不能变色，也不能吸收有害光线。硅材料不会产生对环境有害的物质。
7.氮化碳结构如下图所示，其硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是(　　)
A.氮化碳属于化合物
B.氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C.氮化碳的化学式为C3N4
D.每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
7.B【解析】碳氮原子间以
( http: / / www.21cnjy.com )共价键结合，由于氮原子的得电子能力大于碳原子，共用电子对偏向氮原子而使其显负价，根据最外层电子数可得碳显＋4价，氮显－3价，据此也可得出其化学式为C3N4。由题图分析得每一个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连。
二、填空题（共15分）
8.(6分)用地壳中某主要元素生产的多
( http: / / www.21cnjy.com )种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：
(1)计算机芯片的主要成分是_______。
(2)光导纤维的主要成分是________。
(3)目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是_______。
(4)用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为________的化合物________。
8.(1)硅(或Si或单晶硅)　(2)二氧化硅(或SiO2)　
(3)硅(或Si)　
(4)铝硅酸盐(或硅铝酸盐)
【解析】根据A物质的性质可知A物质为二氧化硅。
9.(9分)
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HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2
③SiHCl3与过量H2在1
000～1
100℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为___________________________________________。
(2)粗硅与HCl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)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：
( http: / / www.21cnjy.com )
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
( http: / / www.21cnjy.com )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为___________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的
( http: / / www.21cnjy.com )关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________________________________________________________________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填写字母代号)。
a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液　e．Na2SO3溶液
9.(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑　
(2)分馏(或蒸馏)　
(3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化　
②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃会软化　
SiHCl3＋H2Si＋3HCl　
③排尽装置中的空气　
④bd或c
【解析】(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为
SiO2＋2C
Si＋2CO↑；
(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行；
(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产
( http: / / www.21cnjy.com )生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1
000～1
100℃，此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应产生Fe2＋，其检验方法常常采用先将Fe2＋氧化为Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。
B组
1.科学界拟合成一种“双重
( http: / / www.21cnjy.com )结构”的球形分子，即把足球烯C60分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合，下列有关叙述正确的是(
)
A.该反应属于置换反应
B.该物质是一种新型化合物
C.该物质具有极高的熔沸点
D.该晶体属于原子晶体
1.B【解析】读懂题意，根据题意筛选有用信息。把足球烯C60分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合可知，该反应是化合反应，A错误；生成一种新型化合物，B正确；该物质为分子晶体，熔沸点不会太高，C、D错误。
2.精细陶瓷(又称为特种
( http: / / www.21cnjy.com )陶瓷)在现代科技中的应用前景很广。用SiO2加少量PdCl2研磨成极细的颗粒，经高温烧结制成多孔烧结体，具有半导体的性质。它具有相当大的表面积，将它和电子组件及仪表组成“电子鼻”，被称为“人工神鼻”。冰箱泄漏的氟利昂浓度即使只有十万分之一，它也能“嗅”出。关于“电子鼻”的下列叙述中不正确的是(　　)
A.“电子鼻”大大突破了人的嗅觉
B.“电子鼻”吸附气体的能力极强
C.“电子鼻”可广泛应用于易燃、易爆、有毒气体的自动检测和报警
D.“电子鼻”易溶于水
2.D【解析】“电子鼻”能够“嗅”到人
( http: / / www.21cnjy.com )嗅不到的物质，所以它大大突破了人的嗅觉极限；它的原理是其表面积极大，容易吸附气体，这样才能检测气体；由于它能够吸附气体，所以它能够检测到易燃、易爆、有毒气体。从“电子鼻”所用的原料来看，烧结后的陶瓷应属于硅酸盐材料，所以应难溶于水。
3.单晶硅是信息产业中重要的基础材料。
( http: / / www.21cnjy.com )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。
( http: / / www.21cnjy.com )
相关信息如下：
a．四氯化硅遇水极易水解；
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中发生反应的离子方程式________________________。
(2)装置A中g管的作用是____
( http: / / www.21cnjy.com )____；装置C中的试剂是________；装置E中的h瓶需要冷却的理由是________________________________________________________________。
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精
( http: / / www.21cnjy.com )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)。
(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2＋，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
①滴定前是否要滴加指示剂？________(填“是”或“否”)，请说明理由________________________________________________________________________。
②某同学称取5.000
g残留物，经预
( http: / / www.21cnjy.com )处理后在容量瓶中配制成100
mL溶液，移取25.00
mL试样溶液，用1.000×10－2
mol·L－1
KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00
mL，则残留物中铁元素的质量分数是________。
3.(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　
(2)平衡压强，使液体顺利流下　浓硫酸　使SiCl4冷凝　
(3)Al、P、Cl　
(4)①否　KMnO4溶液自身可作指示剂　②4.480%
【解析】制四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的，所以必须先制得Cl2，因SiCl4极易水解，所以Cl2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。(1)书写的是离子方程式，B装置中盛放饱和食盐水除去HCl，C装置中用浓H2SO4除水以制得干燥纯净的Cl2；(2)A中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；h瓶用冷却液冷却主要目的是得到SiCl4；(3)精馏粗产物得到SiCl4，温度应控制在57.7℃，此时BCl3变为气体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均残留在瓶中，所以残留杂质元素是Fe、Al、P、Cl，(4)中①滴定时MnO是自身指示剂，终点时变为紫红色且30
s内不变即可读数；②中
5Fe2＋～MnO
5
1
x
n
n＝1.000×10－2
mol·L－1×20
mL×10－3
L·mL－1＝2.000×10－4
mol
x＝1.000×10－3
mol，从100
mL中取出25
mL，原溶液中n(Fe2＋)＝4.000×10－3
mol，
w＝＝4.480%。