无机非金属材料
一、选择题
1.根据陶瓷的生产原理,可以得出硅酸盐工业的一般特点是( )
①以含硅物质作为原料 ②主要产物是硅酸盐 ③反应条件是高温 ④反应原理是复杂的物理变化和化学变化
A.只有①③ B.只有②③
C.①②③④
D.只有③④
解析:陶瓷是利用黏土在高温条件下烧制得到的结构致密的多晶烧结体。其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。故①②③④正确,应选C。
答案:C
2.石灰石、生石灰和熟石灰均是重要的化工原料,下列工业生产中,可能用到上述原料的是( )
①炼铁
②炼钢
③从海水中提取镁
④铝的冶炼
⑤制水泥
⑥制玻璃
⑦制漂白粉
⑧烧制陶瓷
A.①②⑤⑥⑦⑧
B.①②③⑤⑥⑦
C.③④⑤⑥⑦⑧
D.全部
解析:铝的冶炼需Al2O3和冰晶石,烧制陶瓷需硅酸盐,不需上述原料。
答案:B
3.下列叙述正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
C.普通水泥的主要成分是硅酸钙
D.黏土的主要成分是三氧化二铝
解析:A项,“接触法”制H2SO4时,催
( http: / / www.21cnjy.com )化氧化阶段是二氧化硫被氧气氧化为三氧化硫,A项正确;B项,海水提镁的过程中,海水中应加入石灰乳而不是碳酸钙,获得单质镁时应电解熔融的MgCl2,故B项错误;C项,普通水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙,C项错误;D项,黏土的主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O,D项错误。
答案:A
4.下列叙述正确的是( )
①工业上合成非氧化物陶瓷氮化硅(Si3N4)需要在高温、空气气氛中进行
②钢铁制品锈蚀主要是因为钢铁中含有碳而发生原电池反应,因此生铁炼钢时要尽可能完全除去生铁中的碳
③建设三峡大坝需要使用大量水泥,水泥是硅酸盐材料
④夏天人们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
解析:本题考查化学与工农业生产的关系。①生
( http: / / www.21cnjy.com )产Si3N4陶瓷若在空气气氛中会生成SiO2等;②生铁炼钢的目的是改善其机械性能,为此要尽可能地除去P、S等杂质,调整其含碳量;④添加Cu2O的玻璃呈红色,不具有变色性能。
答案:D
5.关于高分子化合物性质的叙述不正确的是( )
A.硫化橡胶为体型网状结构
B.从实验测得的某高分子化合物的相对分子质量和小分子的相对分子质量含义不同
C.线型结构的高分子材料分子间是靠分子间作用力紧密结合的,所以它的强度一定小
D.线型结构的高分子,可带支链,也可不带支链
解析:高分子的相对分子质量是平均相对分子质
( http: / / www.21cnjy.com )量,而小分子的相对分子质量是确定的;线型结构的高分子,许多链聚集在一起时,相互间的缠绕使得许多分子间接触的地方以分子间作用力紧密结合,使高分子材料的强度大大增加,相对分子质量越大,分子间作用力就越强。
答案:C
二、非选择题
6.科学家最新研究发现,不
( http: / / www.21cnjy.com )仅第ⅣA族某些元素的单质是优良的半导体材料,且第ⅣA族元素的部分互化物也可做半导体材料,这使碳与硅的互化物名声大振。
(1)写出碳硅互化物的化学式__________。
(2)该互化物的两个重要用途:________和________。
(3)该化合物是用SiO2和焦炭为原料
( http: / / www.21cnjy.com )在高温条件下反应生成,其化学方程式为________________________________________________________________________,
其中氧化剂和还原剂分别为__________________________________________________。
若该反应在一密闭容器中进行,且反应
( http: / / www.21cnjy.com )可逆,则其化学平衡常数的数学表达式:Kc=________,若升高温度Kc增大,说明该反应正方向是________热的。
(4)该化合物耐酸、碱腐蚀,但易溶
( http: / / www.21cnjy.com )于氢氟酸,写出反应的化学方程式:________________________________________________________________________。
解析:(1)据C、Si两元素原子成键特点可知其化学式为SiC。
(2)SiC可作高温结构陶瓷,根据信息知也可作半导体材料。
(3)反应物为SiO2与C,而产物为SiC,
( http: / / www.21cnjy.com )根据原子守恒即可配平:SiO2+3CSiC+2CO↑,其中氧化剂与还原剂均为碳,由反应特点知Kc=c2(CO),升高温度,Kc增大,说明正反应为吸热反应。
(4)由Si或SiO2与氢氟酸的反应可知SiC与氢氟酸反应会生成SiF4,由原子守恒知,另一产物为CH4。
答案:(1)SiC (2)做高温结构陶瓷 半导体材料
(3)SiO2+3CSiC+2CO↑ 都是碳 c2(CO) 吸
(4)SiC+4HF===SiF4↑+CH4↑
7.氯碱工业中,通过电解饱和食盐水获得重要的化工原料。其中氯气用途十分广泛,除用于净水、环境消毒外,还用于生产盐酸、聚氯乙烯、氯苯等。
(1)电解饱和食盐水的化学方程式为_________________________________________。
(2)氯气用于生产半导体材料硅的流程如下:
①石英砂的主要成分是________,在制备粗硅时,焦炭的作用是______________________。
②由四氯化硅得到高纯硅的化学方程式是:__________________________。
(3)用于制造塑料薄膜、人
( http: / / www.21cnjy.com )造革、塑料管材和板材的聚氯乙烯(PVC塑料)就是以氯气和乙烯为主要原料通过______、消去和________三步主要反应生产的。生产聚氯乙烯的有关反应的化学方程式为:
________________________________________________________________________,
________________________________________________________________________,
________________________________________________________________________。
(4)上述两种生产过程可得到同一种副产品,该副产品是
________________。
解析:(1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(2)用Cl2制备纯硅涉及反应:2
( http: / / www.21cnjy.com )Cl2+Si(粗)SiCl4,体现了氯气的强氧化性,再由SiCl4制取高纯硅,用H2使之还原,用SiCl4得到高纯硅的化学方程式为:
SiCl4+2H2Si+4HCl。
(3)由Cl2和乙烯制取聚氯乙烯,先发生
( http: / / www.21cnjy.com )反应:CH2===CH2+Cl2―→ClCH2CH2Cl,再通过消去反应脱去一分子HCl,使之形成含双键的氯乙烯,加聚即可得聚氯乙烯,即
CH2Cl—CH2ClCH2===CHCl+HCl,
nCH2===CHCl?CH2CHCl?。
(4)在两种材料制备反应中可得副产品HCl。
答案:(1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)①SiO2 作还原剂 ②SiCl4+2H2Si+4HCl
(3)加成 加聚 CH2===CH2+Cl2CH2Cl—CH2Cl
CH2Cl—CH2ClCH2===CHCl+HCl
nCH2===CHCl?CH2CHCl?
(4)HCl
8.材料是人类生存和社会进步的物质基础,不同的材料功能各不相同。以下都是有关材料的内容,试根据所给内容回答问题。
(1)氢能是未来能源最佳选择之一,氢
( http: / / www.21cnjy.com )能的利用涉及氢的储存、输送和使用。贮氢合金是解决氢的储存等问题的重要材料。贮氢合金中最具代表性的是镧镍合金(LaNi5),已知LaNi5(s)+3H2(g)===LaNi5H6(g)
ΔH=-31.77
kJ·mol-1。
镧镍合金的熔点比镧、镍的熔点________(填“高”、“低”或“介于两者之间”),根据反应原理,形成LaNi5H6的化学反应条件是________。最近有人提出可以研制出一种性能优越的催化剂,可以大大提高贮氢合金的贮氢能力,你认为该讲法可信吗?________(填“可信”或“不可信”),其理由是______________________。
(2)无机非金属材料是日常生活
( http: / / www.21cnjy.com )中不可缺少的物质,它们往往具有高强度、耐高温、耐腐蚀的特点。Si3N4就是一种重要的精细陶瓷,合成氮化硅的方法之一为:3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。在上述反应中氧化剂为________。
(3)有机高分子材料形式多样,ABS树脂广泛用于制造电讯器材、汽车、飞机零部件和各种仪器的外壳,它的结构可以表示为
( http: / / www.21cnjy.com )
试写出对应单体的结构简式CH2===CH—CN、________、________。
(4)高分子吸水树脂可以由聚乙烯醇(?
( http: / / www.21cnjy.com ))和聚丙烯酸盐()交联得到,从结构上看该高分子吸水材料具有吸水性,原因为它们都具有________基团。
解析:(1)合金的熔点比各单一组分的熔
( http: / / www.21cnjy.com )点低;根据反应方程式可知生成贮氢合金的反应是气体体积减小的放热反应,加大压强、降低温度有利于合金的生成;但催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡,更不能提高合金的贮氢能力。
(2)由反应方程式可知N元素化合价降低,C元素化合价升高,故N2为氧化剂。
(3)由高聚物的链节的结构特点分析可知应由三种单体聚合生成,单体有CH2===CH—CN、CH2===CH—CH===CH2、
CH2===CH。
(4)由结构分析知该吸水材料的分子中有—OH和—COO-,都属于亲水基团。
答案:(1)低 低温、高压 不可信 该反应是可逆反应,使用催化剂只能改变反应速率,不能使平衡移动,更不可能大大提高贮氢合金的贮氢能力
(2)N2
(3)CH2===CH—CH===CH2 CH2===CH
(4)亲水
9.铝是地壳中含量最多的金属元素。法国冶金
( http: / / www.21cnjy.com )学家戴维尔曾用金属钠还原氯化钠和氯化铝的复盐,获得了金属铝单质;美国人霍尔和法国人埃鲁,分别独立地电解熔融的氧化铝和冰晶石的混合物,制得了金属铝,这都为今天大规模生产铝奠定了基础。
工业生产金属铝的原料是铝土矿(主要成分为Al2O3,另含有Fe2O3),工业中得到较纯氧化铝的过程如图所示:
(1)经分析不溶物A的主要成分为________。
(2)工业上电解炼铝的化学方程式为:________________,若电路中通过1
mol电子,可以得到铝________g。
(3)电解时加入冰晶石(Na3AlF6)的作用是________。
(4)电解生成的金属铝是在熔融液的________(填“上层”或“下层”)。
(5)阴极和阳极均由________材料做成;电解时所消耗的电极是________(填“阳极”或“阴极”)。
(6)铝是高耗能产品,废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上,最能体现节能减排思想的是将回收铝做成________(填代号)。
a.冰晶石 b.氧化铝
c.铝锭
d.硫酸铝
解析:(1)Fe2O3不与NaOH溶液反应,作为不溶物被滤出。
(2)
每转移1
mol电子,可生成9
g
Al。
(3)Al2O3熔点很高,不易熔化,而Na3AlF6易熔化,Al2O3可溶解于液态Na3AlF6中。故冰晶石的作用是降低Al2O3的熔点。
(4)Al的密度大于Al2O3和Na3AlF6的混合熔融液,故在下层。
(5)两极材料均用高熔点、性质稳定的石墨制作,因阳极上生成氧气,高温下石墨会燃烧生成CO2而消耗。
(6)单质铝来之不易(高耗能),故回收铝最好是熔化铸成铝锭再作为原料使用,减少铝的冶炼过程的能耗
答案:(1)Fe2O3 (2)2Al2O34Al+3O2↑ 9
(3)降低Al2O3的熔化温度 (4)下层
(5)石墨 阳极 (6)c
10.普通纸张的主要成分是纤维素。在早期的纸张生产中,常采用纸张表面涂敷明矾的工艺,以填补其表面的微孔,防止墨迹扩散。请回答下列问题:
(1)人们发现纸张会发生酸性
( http: / / www.21cnjy.com )腐蚀而变脆、破损,严重威胁纸质文物的保存。经分析检验,发现酸性腐蚀主要与造纸中涂敷明矾的工艺有关,其中的化学原理是______________________________________;为了防止纸张的酸性腐蚀,可在纸浆中加入碳酸钙等添加剂,该工艺原理的化学(离子)方程式为__________________________。
(2)为了保护这些纸质文物,有人建议采取下列措施:
①喷洒碱性溶液,如稀氢氧化钠溶液或氨水
( http: / / www.21cnjy.com )等。这样操作产生的主要问题是________________________________________________________________________;
②喷洒Zn(C2H5)2。Zn(C2H
( http: / / www.21cnjy.com )5)2可以与水反应生成氧化锌和乙烷。用化学(离子)方程式表示该方法生成氧化锌及防止酸性腐蚀的原理_____________________________________,
______________________________。
(3)现代造纸工艺常用钛白粉(TiO2)
( http: / / www.21cnjy.com )替代明矾。钛白粉的一种工业制法是以钛铁矿(主要成分为FeTiO3)为原料按下列过程进行的,请完成下列化学方程式:
①FeTiO3+C+Cl2
TiCl4+FeCl3+CO
②TiCl4+O2TiO2+Cl2
解析:(1)酸性腐蚀与造纸中涂覆明矾的工艺有
( http: / / www.21cnjy.com )关,说明是酸性影响了纸质文物的保存,而明矾遇水时,其中的铝离子能水解显酸性,纸质的主要成分为纤维素,酸性条件下纤维素能水解。
(2)喷洒碱性溶液,如稀氢氧化钠溶液或氨水等可能使碱过量,而纤维素在碱性条件下也能水解。
(3)注意在两个方程式中Ti元素都没
( http: / / www.21cnjy.com )有发生化合价的变化。①式中Fe元素和C元素化合价升高,Cl元素化合价降低。②中Cl元素化合价升高,O元素化合价降低。
答案:(1)明矾水解产生酸性环境,在酸性条件下纤维素水解,使高分子链断裂
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
(2)①过量的碱可能会导致纤维素水解,造成纸质文物污损
②Zn(C2H5)2+H2O===ZnO+2C2H6↑
ZnO+2H+===Zn2++H2O
(3)①2 6 7 2 2 6 ②1 1 1 2