1、第三节无机非金属材料课后训练巩固提升一、双基巩固学考突破1.唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于()。A.氧化铝B.二氧化硅C.硅酸盐D.合金答案:C解析:唐三彩、秦兵马俑均是陶瓷制品,主要材料黏土属于硅酸盐。2.(2019全国卷)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.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点答案:A解析:氧化铁的颜色为红棕色,不是青色,A项错误。秦兵马
2、俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成;陶瓷的主要成分是硅酸盐,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点,B、C、D三项正确。3.陶瓷已广泛应用于生活和生产中,下列不属于陶瓷制品的是()。A.电器中的绝缘瓷管B.实验室中的坩埚C.实验室中的试管D.建筑上烧制的砖瓦答案:C解析:实验室中的试管为玻璃制品,其余选项均为陶瓷制品。4.高温结构陶瓷与金属材料相比,优点是()。A.耐高温耐腐蚀,不怕氧化B.密度大,硬度大C.韧性好,易于切削、锻打、拉伸D.良好的传热导电性答案:A解析:高温结构陶瓷具有耐高温、抗腐蚀、抗氧化、结构稳定、密度小、硬度大等优良性能;金属材料韧性好,易于切削、锻打、拉伸,具有良好的导电性和导热性
3、。5.下列叙述正确的是()。A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以两者物理性质相似B.因为CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2,所以硅酸的酸性比碳酸的酸性强C.CO2和SiO2都能与碳反应,且都作氧化剂D.SiO2既能与NaOH溶液反应,又能与氢氟酸反应,所以二氧化硅属于两性氧化物答案:C解析:CO2和SiO2都是酸性氧化物,两者物理性质差别很大,A项错误;硅酸的酸性比碳酸的酸性弱,反应之所以发生,是因为CO2为气体,可以脱离反应体系,B项错误;CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂,C项正确;SiO2与氢氟酸的反应属于特例,SiO2属于酸性氧化物,D项错误。6.天工开物记载:“凡埏泥造瓦
4、,掘地二尺余,择取无砂黏土而为之”,“凡坯既成,干燥之后,则堆积窑中燃薪举火”,“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法错误的是()。A.黏土是制砖瓦和水泥的主要原料B.“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化C.沙子的主要成分为硅酸盐D.泥坯烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦答案:C解析:A项,由“择取无砂黏土而为之”,说明黏土是制砖瓦和水泥的主要原料,正确。B项,“燃薪举火”是提供高温的环境,使黏土发生复杂的物理化学变化,正确。C项,沙子的主要成分为二氧化硅,错误。D项,黏土中有一定量的铁元素,泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁),浇水冷却时碳与水反应得到CO和H2,将三价铁还原
5、为二价亚铁,形成青瓦,正确。7.熔融烧碱应选用的器皿是()。A.石英坩埚B.刚玉坩埚(Al2O3)C.生铁坩埚D.陶瓷坩埚(含有SiO2)答案:C解析:高温下,烧碱能与SiO2、Al2O3发生反应而使坩埚腐蚀;铁在高温下不与NaOH反应。8.下列表述正确的是()。A.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B.化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐C.三峡大坝的建成使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料D.太阳能电池可采用二氧化硅制作,其应用有利于环保、节能答案:C解析:人造刚玉的主要成分是氧化铝;玛瑙的主要成分是二氧化硅;水泥属于硅酸盐材料;利用高纯
6、单质硅的半导体性能制成的光电池,可将太阳能直接转化为电能。9.下列关于材料的叙述中正确的是()。A.碳化硅陶瓷耐高温抗氧化,可用作耐高温结构材料B.钢化玻璃属于新型无机非金属材料C.水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料都不溶于水,所以硅酸盐都不溶于水D.新型陶瓷材料种类很多,但是都属于硅酸盐答案:A解析:钢化玻璃是把普通玻璃高温软化,迅速降温获得的机械强度增大的玻璃,主要成分还是硅酸盐,属于传统的无机非金属材料,B项错误。大多数硅酸盐都难溶于水,但是Na2SiO3是可溶的,C项错误。新型陶瓷中的压电陶瓷就不属于硅酸盐,D项错误。10.15 g SiO2与足量的C在高温下发生反应:SiO2+2CSi+2
7、CO。下列叙述正确的是()。A.氧化剂和还原剂的质量之比为12B.SiO2是还原剂C.反应中有6 g C被氧化D.反应中生成了28 g CO答案:C解析:在反应SiO2+2CSi+2CO中,氧化剂为SiO2,还原剂为C,它们的物质的量之比为12,质量之比为6024=52。根据化学方程式也可计算得到,15 g SiO2充分反应有6 g C被氧化,生成了14 g CO。11.硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐材料的是。A.陶瓷B.玻璃C.水泥D.生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为,工艺师常
8、用(填物质名称)来雕刻玻璃。(3)工业上常利用反应2C+SiO2Si+2CO制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的物质是(填化学式,下同),氧化剂是。答案:(1)D(2)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O氢氟酸(3)CSiO2解析:(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含Si,不属于硅酸盐材料。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)该反应中C被氧化,SiO2中+4价的硅被还原,因此氧化剂是SiO2。12.某课外活动小组测得某硅酸盐所含氧化物的质量分数如下表:氧化物CaO
9、Al2O3SiO2H2O质量分数0.142 00.260 20.459 20.137 8(1)用氧化物表示该硅酸盐的组成为。(2)1 mol该硅酸盐与足量稀盐酸完全反应,需要HCl mol。(3)用该硅酸盐制成的坩埚(填“能”或“不能”)用来熔化NaOH固体。答案:(1)CaOAl2O33SiO23H2O(2)8(3)不能解析:(1)假定该硅酸盐的质量为100 g,则根据各氧化物的质量分数可得n(CaO)n(Al2O3)n(SiO2)n(H2O)=1133,故该硅酸盐用氧化物形式可表示为CaOAl2O33SiO23H2O。(2)CaOAl2O33SiO23H2O中的CaO、Al2O3都能与稀盐
10、酸反应,故1 mol CaOAl2O33SiO23H2O与足量稀盐酸完全反应,共需8 mol HCl。(3)Al2O3、SiO2都能与NaOH反应,所以不能用该硅酸盐制成的坩埚来熔化NaOH固体。二、选考奠基素养提升1.石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,碳纳米管主要是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管,它们的微观结构如图所示。下列说法正确的是()。A.碳元素只能组成碳纳米管和石墨烯两种单质B.碳纳米管不与其他物质发生反应C.构成石墨烯的原子间有一定间隔D.构成碳纳米管的原子不再运动答案:C解析:碳元素可以组成多种单质,例如金刚石、石墨、C60等,A项错误;碳纳米管不
11、易与其他物质发生反应,并不是不能反应,B项错误;原子之间都有间隔,C项正确;原子始终在不断运动,D项错误。2.(双选)下列关于石墨烯的说法正确的是()。A.石墨烯是一种新型的有机化合物B.石墨烯与石墨的导电性能一样C.石墨烯在电池行业有广阔的运用前景D.由石墨制取石墨烯的过程是化学变化答案:CD解析:石墨烯是由一种元素组成的纯净物,属于单质,A项错误;石墨烯比石墨的导电性能强,B项错误;石墨烯在电池行业有广阔的运用前景,C项正确;由石墨制成石墨烯,属于化学反应,D项正确。3.获取信息是现代人不可缺少的素质,信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动,信息产业的核心材料是高纯度的硅。下面是高纯度单晶
12、硅的生产方法之一(方法一):SiO2Si(粗硅)SiHCl3(沸点31.5 )Si高纯硅单晶硅近代用得较多的另一种方法(方法二):用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷(SiH4),再热分解硅烷可得高纯硅。单晶硅可用于制作大规模集成电路、整流器等,硅纯度越高,大规模集成电路的性能越好。(1)从方法一生产单晶硅的过程看,由碳还原得到的硅为何还要进一步处理?(2)写出方法二中,生产高纯硅的两个化学方程式:。答案:(1)由C还原SiO2得到的单质Si中,杂质含量过高,将它用HCl处理得到SiHCl3,然后再用氢气还原得到高纯硅(2)Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4SiH4Si+2H2
13、解析:(1)根据方法一的生产流程,可得如下化学方程式:SiO2+2CSi(粗硅)+2CO,所得的粗硅中含有大量的其他杂质(如C、SiO2等),将粗硅用HCl处理转化为沸点低的SiHCl3,化学方程式为Si+3HClSiHCl3+H2,SiHCl3在高温下用H2还原即可得到高纯度的Si蒸气,SiHCl3+H2Si+3HCl,再用气相沉积法制得高纯度的硅,从而得到单晶硅。4.目前已有多个国家的大汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车,这种陶瓷柴油发动机部件的受热面是由耐高温且不易传热的氮化硅陶瓷材料制造的。(1)氮化硅具有硬度大、熔点高、化学性质稳定的特点,根据性质,推测氮化硅陶瓷的用途(填字母)。A
14、.制造汽轮机叶片B.制造有色玻璃C.制造永久性模具D.制造柴油机部件(2)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: 。(3)现用四氯化硅与氮气在氢气气氛的保护下加强热发生反应,可得纯度较高的氮化硅,反应的化学方程式为。答案:(1)ACD(2)Si3N4+12HF3SiF4+4NH3(3)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl解析:本题解题的关键是挖掘题目所给信息,并把信息与新型无机非金属材料的特性、用途等知识有机结合。根据N和Si的原子结构及元素周期律的知识,可判断氮元素的非金属性比硅元素的非金属性强,故N显负价(-3价),S
15、i显正价(+4价),由此可写出氮化硅的化学式为Si3N4。根据SiO2+4HFSiF4+2H2O,可以写出Si3N4+12HF3SiF4+4NH3。SiCl4与N2、H2的反应可理解为H2还原SiCl4制取Si,然后Si与氮气在高温下反应生成Si3N4:3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl。5.如下图所示物质的转化关系中,A是一种固体单质,E是一种白色胶状沉淀。据图填写(已知Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2)。(1)B的化学式是,目前B已被用作的主要原料。(2)B与a溶液反应的离子方程式是。(3)A与a溶液反应的离子方程式是。(4)C与过量盐酸反应的离子方程式是。答案:(1)SiO2光导纤维(其他合理答案也可)(2)SiO2+2OH-Si+H2O(3)Si+2OH-+H2OSi+2H2(4)Si+2H+H2SiO3解析:由题知A为固体单质,E为白色胶状沉淀。本题的突破口是C白色胶状沉淀E,容易想到E为H2SiO3,而C为Na2SiO3,而a溶液为NaOH溶液,A、B、F、D分别是Si、SiO2、H2、H2O。