1、无机非金属材料(40分钟70分)一、选择题(本题包括7小题,每小题7分,共49分)1.(2019佛山高一检测)宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时,必须穿上10公斤重的舱内航天服,在舱外需穿120公斤的舱外航天服,我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的,主要成分由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是()A.它耐高温、抗氧化B.它比钢铁轻,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【解析】选B。由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航天服的韧性很好,质地并不脆,B错误。2.宋代五大名窑分别为:钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入
2、窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是 ()A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C.高品质的瓷器晶莹剔透,属于纯净物D.陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀【解析】选C。不同的金属氧化物颜色可能不同,在高温下,釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变,A正确;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,B正确;瓷器的原料主要是黏土,还含有其他物质,是混合物,C错误;陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀,D正确。3.科学家用金属钠还原CCl4和SiCl4制得一种一维SiC纳米棒,相关反应的化学方程式为8Na+CCl
3、4+SiCl4SiC+8NaCl。下列说法不正确的是()A.SiC和SiO2中硅元素的化合价相同B.上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物C.SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应D.一维SiC纳米棒比表面积大,对微小粒子有较强的吸附能力【解析】选B。SiC和SiO2中硅元素的化合价均为+4,A正确;SiC是还原产物,NaCl是氧化产物,B错误;SiO2制备单质Si需加入还原剂,单质Si制备SiCl4需加入氧化剂,C正确;一维粒子上下表面均能与其他物质接触,比表面积大,对微小粒子有较强的吸附能力,D正确。4.(2020汕尾高一检测)在一定条件下,下列物质不能与二氧化硅
4、反应的是()焦炭纯碱氢氟酸硝酸氢氧化钠A.B.C.D.【解析】选D。二氧化硅能被碳还原生成硅单质和一氧化碳,故错误;二氧化硅能与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳,故错误;二氧化硅能与氢氟酸反应生成四氟化硅气体,故错误;二氧化硅是酸性氧化物,不能与硝酸反应,故正确;二氧化硅能与氢氧化钠反应生成硅酸钠,故错误。5.光缆的主要成分为SiO2。下列叙述正确的是()A.CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸B.SiO2与CO2都不能与酸反应C.SiO2与CO2(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应D.水晶的主要成分是SiC【解析】选C。A项,CO2与水反应,SiO2不与水反应,也不溶于水;B项,SiO2为
5、酸性氧化物,能与HF反应,但CO2不与酸反应;C项,SiO2、CO2均能与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,CO2+2NaOHNa2CO3+H2O;D项,水晶是纯净的SiO2,SiC俗称金刚砂。6.(2020宝鸡高一检测)SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质。下列说法正确的是()A.图中所有反应都不属于氧化还原反应B.硅酸盐的化学性质稳定,常用于制造光导纤维C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D.普通玻璃是由纯碱、黏土和石英砂制成的,具有固定的熔点【解析】选C。化学反应前后有元素化合价变化的一定是氧化还原反应,二氧化硅与碳反应生成硅单质的
6、反应有元素化合价的变化,属于氧化还原反应,故A错误;光导纤维的成分是二氧化硅,不是硅酸盐,故B错误;碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙和水以及二氧化碳,二氧化硅和盐酸不反应,可以用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中混有的少量碳酸钙,故C正确;玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,玻璃属于混合物,没有固定的熔点,故D错误。7.下列关于物质的叙述不正确的是()A.水泥是传统的硅酸盐产品B.氯气是一种黄绿色、有毒的气体C.玛瑙的主要成分是硅D.硅在电子工业中,是最重要的半导体材料【解析】选C。A.水泥、玻璃、陶瓷是传统的硅酸盐产品,A正确;B.氯气是一种黄绿色、有毒的气体,B正确;C.玛瑙的主要成分是二氧化
7、硅,C错误;D.硅在电子工业中可以作半导体,是最重要的半导体材料,D正确。二、非选择题(本题包括2小题,共21分)8.(9分)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物;Y为氢化物,分子结构与甲烷相似。回答下列问题:XMg2ZYZ(1)由X制备Mg2Z的化学方程式为_。(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为_,Y分子的电子式为_。(3)Z、X中共价键的类型分别是_、_。【解析】Z是半导体材料,则Z为Si,氧化物X为SiO2。(1)根据反应的流程图可知,二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si,SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si。(2)Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢
8、化物,则Y的分子式是SiH4,Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4;SiH4与CH4的结构相似,电子式为H。(3)硅单质中的共价键是非极性键;SiO2中的共价键为极性键。答案:(1)SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si(2)Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4H(3)非极性键极性键9.(12分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。可用碳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(反应温度为450500 ),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。以下是制备四氯化硅的装置图:相关信息如下:四氯化硅遇水极易水解。硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反应
9、生成相应的氯化物。有关物质的物理常数见下表:物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3沸点/57.712.8315熔点/-70.0-107.2升华温度/180300请回答下列问题:(1)装置A中g管的作用是_;装置C中的试剂是_。(2)甲方案:f接装置;乙方案:f接装置。但是装置、都有不足之处,请你评价后填写下表。方案优点缺点甲乙(3)在上述(2)评价的基础上,请你设计一个合理方案并用文字表述:_。(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为_。【解析】(1)g管将分液漏斗与烧瓶连通,使浓盐酸顺利滴下。由信息知,四氯化硅与水反应,故需除去氯气中的水。B瓶装饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体,C瓶装浓
10、硫酸干燥氯气;(2)四氯化硅在常温下易液化,如果收集产品的导管太细易堵塞导管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾气中含有氯气,要设置尾气处理装置,四氯化硅易水解,要避免空气中的水蒸气进入产品收集装置;(3)应避免空气中的水蒸气进入装置,在装置的i处接干燥管j,故答案为在装置的i处接干燥管j;(4)氢气能与四氯化硅反应生成单质硅和氯化氢。答案:(1)平衡压强,使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下浓硫酸方案优点缺点甲收集产品的导管粗,不会堵塞导管冷凝产品,减少了产品损失空气中的水蒸气进入产品收集装置,使SiCl4水解没有尾气处理装置,污染环境乙有尾气处理装置,注重环保避免了空气中的水蒸气进入收集装置产品易堵塞
11、导管没有冷凝装置,产品易损失(3)在装置的i处接盛有碱石灰的干燥管j(4)SiCl4+2H2Si+4HCl(20分钟30分)1.(6分)氮化碳结构如图所示,其硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是()A.氮化碳属于化合物B.氮化碳中碳显-4价,氮显+3价C.氮化碳的化学式为C3N4D.每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连【解析】选B。碳氮原子间以共价键结合,由于氮原子的得电子能力大于碳原子,共用电子对偏向氮原子而使其显负价,根据最外层电子数可得碳显+4价,氮显-3价,据此也可得出其化学式为C3N4,A、C正确、B错误;由题图分析得每一个碳
12、原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连,D正确。【补偿训练】下列关于硅酸盐及新型无机非金属材料的说法正确的是()A.汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土B.SiO2具有导电性且硬度大,所以可用于制作光导纤维和光电池C.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D.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【解析】A。工业上以黏土为原料烧制瓷器,A正确;二氧化硅对光具有良好的全反射作用,故用于制作光导纤维,而Si为半导体材料,可作光电池材料,B错误;光导纤维是新型无机非金属材料,C错误;新型无机非金属材料具有高强度,D错误。2.
13、(12分)氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、耐磨损、化学性质稳定、抗冷热冲击,工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮气在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.制汽轮机叶片 B.制有色玻璃C.制永久性模具D.制造柴油机(2)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)现用四氯化硅和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】(1)氮化硅陶瓷硬度大、耐磨损、抗腐蚀、抗冷热冲击,所以可用来制造汽轮机叶片、
14、永久性模具以及柴油机等。(2)氮化硅中,氮的非金属性强,应显-3价,硅的还原性强,且+4价稳定,故应显+4价。由此可得氮化硅的化学式:Si3N4。答案:(1)ACD(2)Si3N4(3)Si3N4+12HF3SiF4+4NH3(4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl3.(12分)硅是带来人类文明的重要元素之一,在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。已知Si3N4与氢氟酸反应。(1)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下:已知硅的熔点是1 420 ,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。N2净化时,铜屑的作用是_;
15、在氮化炉中反应为3Si(s)+2N2(g)Si3N4(s),该反应放热,开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的原因是_。X可能是_(选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。(2)SiHCl3遇水剧烈反应,该反应的化学方程式为_。【解析】(1)氮气中含有少量氧气,需将氮气净化,用Cu除去氧气。氮化炉温度为1 2001 400 ,硅的熔点为1 420 ,该反应是放热反应,严格控制氮气流速,以控制温度为1 2001 400 ,防止硅熔化成团,阻碍硅与氮气充分接触。Si3N4与氢氟酸反应,而硝酸不反应,且稀硝酸可将硅块中的Fe、Cu杂质溶解而除去。(2)SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、盐酸和H2。答案:(1)除去原料气中的氧气因为反应放热,防止局部过热,导致硅熔化成团,阻碍与N2的充分接触硝酸(2)SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+H2
