《3-1-无机非金属材料》同步练习2.doc

课题3 无机非金属材料
同步练习2
考查点一　传统硅酸盐材料
1．下列物品或设备：①水泥路；②门窗玻璃；③水晶镜片；④石英钟表；⑤玛瑙手镯；⑥硅太阳能电池；⑦光导纤维；⑧计算机芯片。所用材料含有SiO2的是 (　　)。
A．①②③④⑤⑦　　　　　 　B．①②⑦⑧
C．⑥⑧ D．全部
解析　硅酸盐工业的产品水泥、玻璃均含有二氧化硅，另外水晶、石英、玛
瑙、光导纤维的主要成分都是二氧化硅，计算机芯片的主要成分是单晶硅。
答案　A
2．汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为＋2价)，下列有关“汉紫”的说法中不正确的是 (　　)。
A．用盐的形式表示：BaSiO3·CuSiO3
B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2
C．易溶于强酸、强碱
D．性质稳定，不易褪色
解析　“汉紫”能稳定存在至今，说明其性质稳定，不易褪色，不易与酸、
碱反应。“汉紫”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6。
答案　C
3．地壳中含量第一和第二的两元素形成的化合物，不具有的性质是 (　　)。
A．在一定条件下可与NaOH溶液反应
B．与碳在高温下反应可制取两元素中的一种单质
C．熔点很高，可用作耐火材料
D．是酸酐，与水反应生成相应的酸
解析　地壳中含量第一和第二的两种元素分别是氧和硅，形成的主要化合物
是SiO2，SiO2是硅酸(H2SiO3)和原硅酸(H4SiO4)的酸酐，但不与水直接反应。
答案　D
4．关于工业生产的叙述，错误的是 (　　)。
A．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英
B．氨是制作氮肥、硝酸、铵盐的重要原料
C．将二氧化硫催化氧化生成三氧化硫后，在吸收塔内用水吸收制得浓硫酸
D．制造普通水泥的主要原料是黏土、石灰石
解析　H2SO4虽然是由SO3和H2O化合制得，但工业上并不直接用H2O和稀
硫酸来吸收SO3。因为那样容易形成酸雾，不利于SO3的吸收，为了尽可能
提高吸收效率，工业上用质量分数为98.3%的浓硫酸作吸收剂。
答案　C
5．在制玻璃的原料中，再加入下列物质后，可制得各种不同用途的玻璃：
A．氧化亚铜(Cu2O) B．氧化钴(Co2O3)
C．氧化铅(PbO) D．硼砂(Na2B4O7·10H2O)
(1)制造化学仪器的玻璃需加入的物质是______。
(2)制造光学仪器的玻璃需加入的物质是______。
(3)制造蓝色玻璃需加入的物质是____________。
(4)制造红色玻璃需加入的物质是____________。
解析　Cu2O为红色，Co2O3为蓝色，铅玻璃中光线折射率大，常制光学仪器，
硼砂玻璃耐骤热骤冷，常作化学仪器。
答案　(1)D　(2)C　(3)B　(4)A
6．普通玻璃中，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物质的量之比是Na2SiO3∶CaSiO3∶SiO2＝1∶1∶4。
(1)若以aNa2O·bCaO·mSiO2形式表示此玻璃的组成，则a∶b∶m＝____________。
(2)若要制备1 000 kg上述玻璃，需要原料各多少千克？共可产生标准状况下的CO2气体多少升？
解析　(1)根据原子个数相等的原则，Na2SiO3∶CaSiO3∶4SiO2等同于
Na2O·CaO·6SiO2，即a∶b∶m＝1∶1∶6.
(2)制造玻璃的原料是Na2CO3、CaCO3和SiO2，根据反应原理：Na2CO3＋
SiO2Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。玻璃的化学
式为Na2O·CaO·6SiO2，由元素守恒可得关系式：Na2O·CaO·6SiO2→
Na2CO3→CaCO3→6SiO2→2CO2。据此可计算出所需的原料和放出CO2的体
积。
另外还可以用制造1 000 kg玻璃所需的原料和1 000 kg玻璃的差值计算出
CO2的质量，继而计算其体积。
答案　(1)1∶1∶6
(2)Na2CO3：221.8 kg； CaCO3：209.2 kg；SiO2∶753.1 kg；CO2：9.37×104 L
考查点二　新型无机非金属材料
7．磷酸钙陶瓷也是一种新型陶瓷材料，它可以用于制成人造骨骼，这是利用这类材料的 (　　)。
A．耐高温特性 B．电学特性
C．光学特性 D．生物功能
解析　某些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水、对人体组织有较
好的适应性，即具有生物功能。
答案　D
8．有关材料用途的说法中不正确的是 (　　)。
A．氧化铝陶瓷可用作高压钠灯的灯管
B．氮化硅陶瓷可用作陶瓷发动机的材料
C．光导纤维可用作遥测遥控、照明等
D．氧化铝陶瓷可用作半导体材料
解析　本题考查氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等新型无机非金属材料的知识。氧
化铝陶瓷属于高温烧结陶瓷，它具有高熔点、高硬度等特性，可制成透明陶
瓷，但不能作半导体材料；氮化硅陶瓷具有超硬度、耐磨损、抗冷热冲击而
不破裂、耐高温、不易传热、抗腐蚀、高温时也抗氧化等特性，可用作陶瓷
发动机材料。光导纤维传导光的能力非常强，可用于医疗、信息处理、传能
传像、遥测遥控、照明等。
答案　D
9．下列关于无机非金属材料的说法中正确的是 (　　)。
A．传统无机非金属材料是指：光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
解析　A项中光导纤维是新型无机非金属材料；B项中强度比较差是错误的；
D项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。
答案　C
10．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它硬度大、熔点高，化学性质稳定，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃反应获得。
(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________。(填序号)
A．制汽轮机 B．制有色玻璃
C．制永久性模具 D．制造柴油机
(2)写出N的原子结构示意图__________，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式_______________________________________________________。
(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式___________________________________。
(4)现用四氯化硅与氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为_____________________________________。
解析　氮化硅是一种高温陶瓷材料，具有硬度大，熔点高、化学性质稳定等
优良性质，可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械
构件，N元素位于元素周期表第二周期第ⅤA族，Si元素则在第三周期第ⅣA
族，非金属性应是N元素比Si元素强，其化学式可写为：Si3N4，氮化硅可
被氢氟酸腐蚀，由Si3N4和HF的性质分析，可推知该反应不可能是一个氧化
还原反应，其产物只能是SiF4和NH3。SiCl4、N2、H2加强热时反应产物之一
是Si3N4，可知N2作为氧化剂参与反应，那么还原剂只能是H2，H2的氧化产
物只能是HCl。
答案　(1)ACD　(2)　Si3N4
(3)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
11．硅单质及其化合物应用很广。请回答下列问题：
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下 ：

①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式____________________。
②整个制备过程必须严格控制无水、无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、
HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式____________________；H2
还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是____________________。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是 (　　)。
A．单质硅化学性质稳定，但可以被强碱溶液腐蚀
B．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
D．光导纤维的主要成分是SiO2
(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入盐酸，
振荡。写出实验现象并给予解释(用化学方程式说
明)____________________________________________________________。
(4)在人体器官受到损伤时，需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内，
这种材料是________(填字母)。
A．高温结构陶瓷 　B．生物陶瓷　 C．导电陶瓷
解析　①SiHCl3和H2在高温下反应得到高纯硅的同时，可得到HCl，因此化
学方程式为SiHCl3＋H2Si＋3HCl，②SiHCl3遇水剧烈反应生成
H2SiO3、HCl和另一种物质，不难得出另一种物质为氢气，从而写出反应化学方程式，当混有氧气时，氢气和氧气会发生反应，可能会引起爆炸，另外，氧气也可能会氧化SiHCl3；(2)A、D比较简单，属于正确的说法，B中，单晶
硅性质稳定，能与氢氟酸反应，而不能与盐酸反应，所以这一说法是错误的；C中要注意玻璃是混合物，不具备固定的熔沸点，所以C错误；(3)用盐酸制取硅酸，由于硅酸不溶于水，所以可以看到有白色絮状沉淀产生，反应化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；(4)因是植入人体内，因此选用生物陶瓷，故选择B。
答案　(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl↑
高温下，H2遇O2可能会引起爆炸；O2可能会氧化SiHCl3
(2)AD
(3)生成白色絮状沉淀，Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
(4)B
考查点三　单晶硅的制取方法
12．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用焦炭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。

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________；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＋＋MnO4－＋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________。
解析　(1)A装置是制备Cl2的，注意要求写的是MnO2与浓盐酸的“离子方
程式”。
(2)装置A中“g”管的作用是“使分液漏斗与圆底烧瓶压强保持一致，便于液
体顺利滴下”，简单说就是“平衡压强”。B是除杂装置，除去Cl2中的HCl
气体，C就是干燥装置。干燥Cl2一般用浓硫酸。由于反应温度是450～500 ℃，
此时SiCl4是气体，而题目表格中SiCl4通常应是液态的，故装置E中h瓶需
要冷却的理由应是便于分离得到SiCl4。
(3)根据已知条件AlCl3、FeCl3、PCl5都会在精馏后的残留物中存在，注意要
先答上Cl，容易遗漏。
(4)①由于紫色的KMnO4溶液反应后颜色会褪去，所以不用滴加指示剂。
②根据KMnO4的用量计算出Fe2＋的用量，再算其质量分数，属于典型的常
见计算，略。
答案　(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
(2)平衡压强　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%