无机非金属材料(B级能力练)(人教版2019必修第二册)(解析版).doc

第五章 化工生产中的重要非金属元素
第三节 无机非金属材料

（限时：25分钟）
一、选择题
1．下列说法正确的是( )
A．因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
B．下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4 Si
C．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物
D．Si和SiO2都用于制造光导纤维
【答案】A
【详解】
A．HF与SiO2反应，SiO2+HF=SiF4+H2O，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记，故A正确；
B．SiO2只溶于HF，不溶于盐酸，SiO2SiCl4的转化过程不能实现，故B错误；
C．HF与SiO2反应体现的是HF的特性，SiO2与其他的酸不反应，不是两性氧化物，故C错误；
D．Si单质是良好的半导体材料，用于制造晶体管，SiO2用于制造光导纤维，故D错误；
答案选A。
2．（2020·安徽省舒城中学高一月考）下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是( )
A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
B．反应①Na2SiO3+H2O+CO2═Na2CO3+H2SiO3↓，反应②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生
C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2
【答案】D
【详解】
A．硅酸钠能将玻璃塞和试剂瓶粘结在一起而打不开，不能用磨口玻璃塞试剂瓶存放，故A错误；
B．反应①Na2SiO3+H2O+CO2═Na2CO3+H2SiO3↓是强酸制弱酸，反应②Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑，是高温下硅酸钠比碳酸钠稳定，原理不同，都可发生，两者不矛盾，故B错误；
C．石英玻璃主要成分二氧化硅，是氧化物不是硅酸盐，故C错误；
D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物的形式表示时书写顺序是：活泼金属氧化物、较不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，故可以表示为：3BeO•Al2O3•6SiO2，故D正确；
故选D。
【点睛】
本题的易错点为C，要注意石英玻璃主要成分二氧化硅，不是硅酸盐，类似的还有，水晶、光导纤维、硅芯片等都不是硅酸盐材料，难点是B，要注意反应条件不同，反应的原理可能不同。
3．（2020·安徽黄山市·屯溪一中高一期中）下列溶液中通入CO2气体无沉淀生成的是（ ）
A．CaCl2溶液 B．Na2SiO3溶液 C．饱和Na2CO3溶液 D．Ba(OH)2溶液
【答案】A
【详解】
A. CaCl2溶液中通入CO2气体，二者不发生化学反应，无沉淀生成，故A选；
B. Na2SiO3溶液通入CO2气体，二者反应生成硅酸沉淀，故B不选；
C. 饱和Na2CO3溶液通入CO2气体，因碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠的溶解度，二者反应有碳酸氢钠晶体析出，故C不选；
D. Ba(OH)2溶液通入CO2气体，二者反应生成碳酸钡沉淀，故D不选；
答案选A。
4．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
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，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
【答案】B
【详解】
A．普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，故A正确；
B．玻璃是混合物，没有固定的熔点，故B错误；
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，组成也可表示为Na2O·CaO·6SiO2，故C正确；
D．二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛有NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，故D正确；
故答案为B。
5．下列离子方程式中书写正确的是( )
A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：
B．二氧化硅放入澄清石灰水中：
C．二氧化硅与氢氟酸反应：
D．单质硅溶于烧碱溶液中：
【答案】D
【详解】
A．水玻璃是硅酸钠的水溶液，该物质是易溶于水的强电解质，以离子形式存在，向其中通入过量CO2反应产生NaHCO3和H2SiO3，反应的离子方程式为：+CO2+H2O=H2SiO3↓+，A错误；
B．澄清石灰水中Ca(OH)2以离子形式存在，该反应方程式不符合质量守恒定律和物质存在形式，正确的离子方程式为：Ca2++2OH-+SiO2=CaSiO3+H2O，B错误；
C．氢氟酸是弱酸，应该用化学式表示，C错误；
D．单质硅溶于烧碱溶液中，生成硅酸钠和H2，反应符合反应事实，遵循电子守恒、原子守恒、电荷守恒，D正确；
故答案为D。
6．由粗制备纯的流程如图所示，下列说法不正确的是（ ）

A．可用作木材防火剂
B．步骤Ⅱ的反应是
C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用替代
D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在蒸发皿中进行
【答案】D
【分析】
二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液与稀硫酸反应生成硅酸沉淀，硅酸灼烧分解生成二氧化硅，结合硅及其化合物的性质分析判断。
【详解】
A．硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂，故A正确；
B．步骤Ⅱ是硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸沉淀，反应的化学方程式为Na2SiO3+H2SO4═H2SiO3↓+Na2SO4，故B正确；
C．碳酸、硫酸的酸性都强于硅酸，都能够与硅酸盐反应生成硅酸，因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，故C正确；
D．步骤Ⅲ为灼烧固体分解，灼烧固体应在坩埚中进行，故D错误；
故选D。
7．（2020·江西南昌市·南昌二中高一月考）工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如图：

已知：流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是( )
A．电弧炉中发生的反应为C+SiO2CO2↑+Si
B．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯
C．每生成1mol高纯硅，需要44.8LCl2标准状况
D．该工艺Si的产率高且无副产物，符合绿色化学要求
【答案】B
【详解】
A．电弧炉中发生的反应为：2C+SiO22CO↑+Si，故A错误；
B．通入氯气反应生成物除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，通过蒸馏得到SiCl4，故B正确；
C．反应有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，则每生产1mol高纯硅，需要Cl2(标准状况)的体积大于44.8L，故C错误；
D．该工艺生成HCl等副产品，不符合绿色化的要求，故D错误；
故选B。
8．（2021·甘肃兰州市·兰州一中高一期末）现今手机等电子产品产业蓬勃发展，推动了高纯硅的生产与应用。工业上用“西门子法”。以硅石(SiO2) 为原料制备冶金级高纯硅的工艺流程如下图所示。下列说法不正确的是

已知：SiHCl3室温下为易挥发、易水解的无色液体。
A．“还原”过程需要在高温条件下，该反应的主要还原产物为Si
B．为最大程度节约成本，上述 生产工艺中能循环使用的物质只有H2
C．为防止SiHCl3水解而损失、氢气爆炸，“氧化”、“分离”与“热解”的过程均需要在无水、无氧的条件下进行
D．“氧化”过程反应的化学方程式为Si+3HC1SiHCl3+H2
【答案】B
【分析】
二氧化硅和金属镁在高温下反应生成氧化镁和硅，加入稀硫酸除去氧化镁，过滤得到硅，通入氯化氢在200～300℃下反应生成SiHCl3，与最后与氢气反应生成Si。
【详解】
A．二氧化硅和金属镁在高温下反应生成氧化镁和硅，还原产物为硅，镁和硅反应可生成Mg2Si，故A正确；
B．流程中H2、HCl 既是反应物也是生成物，则可循环使用，故B错误；
C．“氧化”、“分离”与“热解”的过程均需要在无水、无氧的条件下进行，可防止SiHCl3水解而损失、氢气爆炸，故C正确；
D．由流程可知，通入氯化氢在200～300℃下反应生成SiHCl3，反应的化学方程式为Si+3HClSiHCl3+H2，故D正确；
故选B。
9．（2020·福建省南安市侨光中学高一月考）芯片是中美经贸摩擦的焦点之一。制造芯片的高纯硅可以用下述方法制取(反应条件略)，下列说法错误的是( )

A．反应①、②、③均为氧化还原反应
B．SiCl4 中 Si 的化合价为+4
C．Si是金属元素，因此制造芯片的高纯硅具有导电性
D．硅原子的核电荷数为 14
【答案】C
【分析】
反应①为二氧化硅与碳反应生成一氧化碳和硅，反应②是Si和氯气的化合反应，反应③四氯化硅与氢气反应生成氯化氢和硅，以此解答。
【详解】
A. 反应①为二氧化硅与碳反应生成一氧化碳和硅，反应②是Si和氯气的化合反应，反应③四氯化硅与氢气反应生成氯化氢和硅，都是有化合价的变化，符合氧化还原反应特点，故A正确；
B. SiCl4 中 Si 的化合价为+4，故B正确；
C. Si是非金属元素，制造芯片的高纯硅具有导电性，故C错误；
D. 硅原子的核电荷数为 14，故D正确；
故选C。
10．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，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

下列说法正确的是 (　　)
A．自然界中存在大量的单质硅
B．步骤电弧炉中的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑
C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
【答案】D
【解析】
A、硅在自然界中没有单质硅，只有化合态的硅，故A错误；B、电弧炉中的化学方程式为SiO2 ＋2CSi＋2CO↑，所以B错误；C、二氧化硅和硅都能与氢氟酸反应，所以C错误；D、SiHCl3(沸点33.0 ℃)和SiCl4(沸点67.6 ℃)的沸点有较大差距，所以可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3，故D正确。本题正确答案为D。
二、非选择题
11．（2020·四川遂宁市·射洪中学高一期末）“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展，一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义。请回答下列问题：

(1)无机非金属材料。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：
①写出步骤I的化学方程式：_______。
②步骤II经过冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为-84.7℃)，提纯SiHCl3的实验方法是_______，所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶外还需要_______。
(2)磁性材料。这种黑色材料含有某种铁的氧化物，请写出该氧化物溶于稀硫酸溶液的化学方程式_______，简述检验所得溶液中较低价态阳离子的实验操作方法_______。
(3)激光材料。我国是激光技术先进的国家，红宝石(Al2O3)是最早用于产生激光的材料。请用离子方程式来证明它是一种两性氧化物：_______、_______。
(4)高分子材料。一种新型高效净水剂[Al Fe (OH)n Cl6-n]m属于无机高分子材料，它广泛应用于生活用水和工业污水的处理，其中铁元素的化合价为_______。
(5)合金材料。取等质量的两份某镁铝合金分别加入足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液中，产生的H2体积分别为100mL、90mL则该合金中镁，铝的质量之比为_______。
(6)消毒材料。棕黄色强刺激性气体Cl2O为国际公认高效安全灭菌消毒剂之一，实验室可用潮湿的Cl2与Na2CO3反应制取少量Cl2O，补充完整并配平下列反应方程式：____。
_______Cl2＋_______Na2CO3＋_______=_______NaHCO3＋_______NaCl＋_______Cl2O
【答案】SiO2＋2C Si＋2CO↑ 蒸馏或分馏 蒸馏烧瓶和冷凝管 Fe3O4+4H2SO4 = FeSO4+Fe2(SO4)3＋4H2O 取少量该溶液于试管中，滴入几滴KMnO4溶液，溶液变浅，说明溶液中含有Fe2＋或加入铁氰化钾溶液出现蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋ Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O Al2O3＋2OH-=2AlO＋H2O ＋3 4：27 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O=2NaHCO3＋2NaCl＋1Cl2O
【分析】
工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅，粗硅和HCl反应生成SiHCl3，再通入过量氢气得到纯硅，以此解答。
【详解】
(1)①工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅，方程式为：SiO2＋2C Si＋2CO↑，故答案为：SiO2＋2C Si＋2CO↑；
②SiHCl3(沸点33.0℃)、SiCl4(沸点57.6℃)、HCl(沸点-84.7℃)，他们的沸点不同，根据沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏，所用到的玻璃仪器除酒精灯、温度计、锥形瓶外还需要蒸馏烧瓶和冷凝管；故答案为：蒸馏或分馏；蒸馏烧瓶和冷凝管；
(2)具有磁性的黑色材料含有某种铁的氧化物即Fe3O4，与稀硫酸溶液反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水，方程式为：Fe3O4+4H2SO4 = FeSO4+Fe2(SO4)3＋4H2O；因为二价铁离子能使酸性高锰酸钾溶液褪色，或者和铁氰化钾溶液反应出现蓝色沉淀，所以检验二价铁的方式是：取少量该溶液于试管中，滴入几滴KMnO4溶液，溶液变浅，说明溶液中含有Fe2＋或加入铁氰化钾溶液出现蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋；故答案为：Fe3O4+4H2SO4 = FeSO4+Fe2(SO4)3＋4H2O；取少量该溶液于试管中，滴入几滴KMnO4溶液，溶液变浅，说明溶液中含有Fe2＋或加入铁氰化钾溶液出现蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋；
(3)氧化铝是两性氧化物，既能和强酸反应又能和强碱反应，离子方程式分别为：Al2O3+6H+═2Al3++3H2O、Al2O3＋2OH-=2AlO＋H2O；故答案为：Al2O3+6H+═2Al3++3H2O；Al2O3＋2OH-=2AlO＋H2O；
(4)化合物中铝元素显+3价，氢氧根为-1价，氯元素为-1价，各元素的化合价代数和为0，故铁元素的化合价为+3价，故答案为：+3；
(5)因为铝与氢氧化钠溶液反应生成氢气，而镁不反应，所以90mL氢气为铝与氢氧化钠溶液反应生成，又铝和镁都能与盐酸反应生成氢气，所以100mL氢气为铝和镁与盐酸反应生成，根据得失电子守恒，则铝生成90mL氢气，镁生成100mL-90mL=10mL氢气，所以合金中镁，铝的质量之比为10×24：90××27=4：27，故答案为：4：27；
(6)反应中氯气是自身氧化还原反应，化合价从0价变化为-1价和+1价，依据原子守恒进而电子守恒得到，反应物缺项为H2O，配平的化学方程式为：2Cl2+2Na2CO3+H2O=2NaHCO3+2NaCl+Cl2O，故答案为：2Cl2+2Na2CO3+H2O=2NaHCO3+2NaCl+Cl2O。
12．把河沙（主要成分是）与镁粉按一定质量比（质量比略大于）混合均匀，装入试管中加热大约后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物，待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物。
(1)写出河沙与镁粉在加热条件下发生反应的化学方程式：______。
(2)生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是______（填分子式）。
(3)用化学方程式表示产生“爆炸声”的原因：______。
【答案】
【详解】
（1）根据信息，参加反应的SiO2与Mg的物质的量之比为：，由质量守恒定律并结合“生成一种白色固体化合物和一种硅化物”可写出该反应的化学方程式为：；
（2）因为产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物，则该氢化物为SiH4；
（3）因为爆炸声为氢化物与氧气反应生成对应的氧化物，则方程式为：。
【点睛】
Mg与SiO2发生反应，按照置换反应特征考虑我们容易得出其反应产物为MgO和Si，但题中说生成的另一种物质是硅化物，从元素组成考虑，它只能是Si和Mg组成的物质，从化合价考虑，Si显负价，Mg显正价，且Mg显+2价，则Si显-4价。