第三节无机非金属材料1.下列关于无机非金属材料的说法中,不正确的是()A.高纯硅可用于制造半导体材料B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,可用于制造陶瓷发动机的受热面D.二氧化硅制成的光导纤维,由于导电能力强而被用于制造光缆2.下列表述正确的是()①光导纤维做通讯材料有许多优点,但怕腐蚀,铺设也很不方便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③三峡大坝的建设使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料④氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维等属于新型无机非金属材料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.①②③B.②④C.①③⑤D.③④⑤3.下列关于硅元素及其化合物的有关说法不正确的是()A.SiO2是水晶、玛瑙的主要成分,也是制造光导纤维的原料B.SiO2能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应,所以SiO2是两性氧化物C.盛放NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞,而不用玻璃塞D.Si是良好的半导体材料,是将太阳能转换为电能的常用材料4.下列说法正确的是()①合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料②硅酸可制备硅胶,硅胶可用作袋装食品、瓶装药品的干燥剂③Mg2+、H+、Si O32-、S O42-在水溶液中能大量共存④向含K+、Na+、Br-、Si O32-的溶液中通入CO2后仍能大量共存⑤SiO2不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器⑥硅酸钠可制备木材防火剂,也可用于制备硅酸胶体⑦Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化A.①⑤⑥B.①②⑥⑦C.②⑥D.③④⑥5.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5-3-1所示:图5-3-1下列说法错误的是()A.Y可能是H2B.制取粗硅的过程中焦炭与石英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∶1C.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6.从硅的氧化物可以制取硅单质,主要化学反应如下:①粗硅的制取:SiO2(石英砂)+2C(焦炭)Si(粗硅)+2CO↑。
②纯硅的制取:Si(粗)+2Cl2SiCl4,SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl。
下列说法中正确的是()A.步骤①反应中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1B.步骤②涉及的反应中硅元素均被还原C.灼烧熔融的Na2CO3固体,可用石英坩埚D.Si、SiO2都能与氢氟酸、NaOH溶液反应7.化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应生成Na4SiO4。
下列有关说法正确的是()A.Na4SiO4溶液为电解质B.石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品C.2HCl+Na2SiO3H2SiO3↓+2NaCl说明Cl的非金属性强于SiD.半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅8.陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。
下列说法错误的是()A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐D.传统陶瓷材料的成分与新型陶瓷材料的成分不同9.以H2为原料生产纯碱和高纯硅的工艺流程如下:图5-3-2下列说法正确的是()A.流程中未涉及氧化还原反应和置换反应B.步骤②需用到漏斗、烧杯、酒精灯、玻璃棒等C.可用石灰水检验Na2CO3中是否混有NaHCO3D.步骤⑤中除生成SiHCl3外,还可能生成SiCl4等杂质10.气凝胶是一种世界上最轻的固体,也被称为“固态烟”,非常坚固耐用,它可以承受相当于自身重量几千倍的压力,最高能承受1400 ℃的高温,绝热性能十分优越,其主要成分是二氧化硅等。
下列说法正确的是()A.该材料具有良好的导电性B.二氧化硅可用于制作光导纤维C.二氧化硅耐所有的酸和碱D.水泥的主要成分是二氧化硅11.据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要成分是由碳化硅、高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的。
下列相关叙述不正确的是()A.它耐高温、抗氧化B.它比钢铁轻、硬,但质地较脆C.它没有固定熔点D.它是一种新型无机非金属材料12.某科研小组用含有少量CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O)进行实验的流程如图5-3-3。
图5-3-3已知:Al2O3与纯碱反应的产物是NaAlO2和CO2。
(1)写出混合物B、滤液C、沉淀D的主要成分:B; C;D。
(2)写出高岭土与纯碱熔融时的两个化学反应方程式:、。
(3)写出生成沉淀D的离子方程式:。
(4)该实验中,熔融高岭土可以选用的坩埚有。
A.玻璃坩埚B.瓷坩埚C.氧化铝坩埚D.铁坩埚13.氮化硅高温陶瓷材料是现代重要的结构陶瓷,因其具有硬度大、熔点高、化学性质稳定等特点而受到广泛关注。
工业上普遍用图5-3-4所示流程进行生产:图5-3-4(1)SiO2和C反应除了得到粗硅外,还有可能得到一种硬度也很大的物质,是生成粗硅还是生成该物质主要是由决定的。
(2)反应①的条件是。
(3)写出反应②的化学方程式:。
(4)A中可能的杂质有。
(5)现在用四氯化硅、氮气、氢气在稀有气体保护下加强热,得到纯度较高的氮化硅,其反应的化学方程式为。
14.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+3HCl SiHCl3+H2;③SiHCl3与过量H2在1000~1100 ℃时反应制得纯硅。
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)①中制取粗硅的化学方程式:。
(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):图5-3-5①装置B中的试剂是浓硫酸。
装置C 中的烧瓶需要加热,其目的是。
②装置D中发生反应的化学方程式:。
③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1.D[解析] 光导纤维不具有导电性,D项错误。
2.D[解析] 光导纤维的主要成分是SiO2,SiO2的化学性质稳定,耐腐蚀,①错误;玛瑙的主要成分是SiO2,②错误;水泥是典型的硅酸盐材料,③正确;氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维等均为常见新型无机非金属材料,④正确;硅常作为太阳能电池板、电子芯片的原材料,⑤正确。
3.B[解析] 水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分为二氧化硅,A项正确;二氧化硅和氢氟酸反应生成四氟化硅和水,四氟化硅不是盐,二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成盐和水,因此二氧化硅属于酸性氧化物,B项错误;玻璃塞的主要成分为硅酸钠、二氧化硅等,盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞,是因为二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水,硅酸钠具有黏性,C项正确;硅是良好的半导体材料,可用于制造太阳能电池,D项正确。
4.C[解析] 合成纤维是有机高分子材料,①错误;硅胶具有较强吸水性,且无毒,可作干燥剂,②正确;H+和Si O32-生成H2SiO3胶体,不能大量共存,③错误;含K+、Na+、Br-、Si O32-的溶液中通入CO2,生成H2SiO3胶体,④错误;SiO2可与氢氟酸反应,⑤错误;SiO2→H2SiO3不能一步实现,⑦错误。
5.B[解析] Y能够还原SiHCl3为硅单质,则Y可能是H2,A正确;制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成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错误;SiHCl3中H元素显-1价,Cl元素显-1价,则Si 的化合价为+4,C正确;H2与SiHCl3制备多晶硅的反应:SiHCl3+H2Si+3HCl,属于置换反应,D正确。
6.D[解析] 步骤①反应中,SiO2是氧化剂,C是还原剂,二者的物质的量之比为1∶2,A错误;步骤②涉及两个反应,前者Si元素被氧化,后者Si元素被还原,B错误;石英坩埚中含有SiO2,高温熔融Na2CO3固体时二者反应生成Na2SiO3,C错误;硅、二氧化硅都能与氢氟酸反应生成SiF4气体,都能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3,D正确。
7.D[解析] Na4SiO4溶液是混合物,不是电解质,A错误;石英玻璃的主要成分是二氧化硅,所以石英玻璃不属于硅酸盐产品,普通玻璃、陶瓷、水泥的主要成分都是硅酸盐,这三种物质属于传统硅酸盐产品,B错误;该反应说明HCl的酸性大于H2SiO3,但HCl不是Cl元素的最高价含氧酸,所以该反应不能说明Cl的非金属性强于Si,C错误;沙子的主要成分是二氧化硅,硅芯片的主要成分是硅,二氧化硅被焦炭还原生成粗硅,粗硅再提纯得到纯硅,所以半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅,D正确。
8.A[解析] 氧化铁为红色,瓷器青色不是氧化铁形成的,A项错误。
黏土具有良好的可塑性,可用于烧制陶制品,B项正确。
陶瓷属于硅酸盐产品,C项正确。
新型陶瓷在组成上不再限于硅酸盐,在光学、热学、磁学等方面具有新的特性和功能,D项正确。
9.D[解析] 反应①④⑤⑥均为氧化还原反应,反应⑥是置换反应,A错误;步骤②饱和食盐水中通入NH3,后通入CO2,析出NaHCO3晶体,经过滤得到NaHCO3晶体,需要漏斗、烧杯、玻璃棒等,不需要酒精灯,B错误;Na2CO3、NaHCO3溶液均能与石灰水反应产生CaCO3沉淀,不能用于二者的鉴别,可选用CaCl2或BaCl2溶液进行鉴别,C错误;步骤⑤中粗硅与HCl在高温下反应制取SiHCl3,还可能生成SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等杂质,D正确。
10.B[解析] 气凝胶的主要成分是二氧化硅,二氧化硅不导电,A错误;二氧化硅可用于制作光导纤维,B正确;二氧化硅可溶于强碱和氢氟酸,C错误;水泥的主要成分是硅酸盐,D错误。
11.B[解析] 航空材料的特点是质轻、高强度、耐高温、抗氧化等,故B错,A正确;复合材料属于混合物,没有固定的熔点,碳化硅、高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料属于新型无机非金属材料,C、D正确。
12.(1)NaCl、AlCl3和H2SiO3NaCl、AlCl3H2SiO3(2)Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑(3)Si O32-+2H+H2SiO3↓(4)D13.(1)C的用量(2)高温和隔绝空气(3)3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O(4)NH3和H2O(5)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl[解析] (1)SiO2与C在高温下反应,会因C的用量不同而使产物不同:SiO2+2C Si+2CO↑或SiO2+3C SiC+2CO↑。