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1第三单元化学与材料的发展课题1无机非金属材料1下列选项中哪一种物质可与陶瓷、钢化玻璃、高强度水泥归为一类()A.光导纤维B.有机玻璃C.砖瓦D.人造纤维解析:陶瓷、钢化玻璃、水泥都属于传统硅酸盐材料,故砖瓦也属于此类。答案:C2根据普通玻璃、普通水泥和普通陶瓷的生产过程,总结出硅酸盐工业的一般特点是()①原料一定是含硅元素的物质②生成物是硅酸盐③反应条件是高温④发生复杂的物理、化学反应A.①②B.①②③C.①③④D.①②③④解析:硅酸盐工业的主要特点:生产原料是含有硅元素的物质;生产产品的物质类型属于硅酸盐;使物质发生变化的条件是高温;物质变化的类型,既有物理变化,又有复杂的化学变化。答案:D3下列关于无机非金属材料的叙述不正确的是()A.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料B.可以用Si3N4、Al2O3制作高温结构陶瓷制品C.水泥砂浆又称混凝土D.金刚石是自然界最硬的物质解析:水泥砂浆是水、水泥、沙子的混合物,在建筑上用作黏合剂;混凝土是水泥、沙子和碎石等的混合物,大量用于建筑、水利、道路和国防等工程中,并大都采用钢筋骨架的混凝土结构。答案:C4下列叙述正确的是()①普通水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙②制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂③陶瓷的种类很多,主要分为土器、瓷器和炻器等④高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷都属于新型无机非金属材料⑤硅氧四面体结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点A.①②③B.②③④C.①③④⑤D.①②③④⑤解析:由常用无机非金属材料的性能和用途可知,以上叙述均正确。答案:D5下列表述正确的一项是()①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提前建成的三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料④夏天到了,游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛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.③④⑤D.③⑤解析:人造刚玉的主要成分是氧化铝;玛瑙是含有有色杂质的石英晶体,主要成分是二氧化硅;有色玻璃是在制造玻璃的过程中加入某些金属氧化物(加入Co2O3后呈蓝色,加入Cu2O后呈红色),但不是变色玻璃,变色玻璃是含有AgBr的玻璃(AgBr具有感光性);水泥、玻璃、陶瓷都是硅酸盐材料。答案:D26工业生产中,利用不同原料或添加不同的化学物质,以及采用不同的工艺过程等,可制得多种性能、用途的玻璃。(1)普通玻璃制造过程中所发生的化学反应主要是。(2)现有三种物质:a.含有钾、铅的原料b.B2O3c.某些金属氧化物或盐①制造化学仪器的玻璃需加入的物质是。(填编号,下同)②制造光学仪器的玻璃需加入的物质是。③制造颜色不同的玻璃需加入的物质是。解析:此题考查教科书中的基本知识,较易解答。加入含有钾、铅的原料可用来制造光学玻璃;加入B2O3制成的玻璃耐化学腐蚀、耐温度急剧变化,可用于制造化学实验室中的玻璃仪器;加入一些金属的氧化物或盐可以得到颜色不同的玻璃。答案:(1)Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑(2)①b②a③c7氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。(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)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)工业上多通过高纯硅与纯氮气在1300℃条件下反应获得氮化硅,化学方程式为。(4)工业上也可用化学气相沉积法(CVD)制得氮化硅,化学方程式为。工业上也可用化学气相沉积法由CH4制造金刚石薄膜,反应原理为。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、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)+7Si3N4(3)3Si+2N2Si3N4(4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HClCH4C(金刚石)+2H28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(1600~1800℃)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+3HClSiHCl3+H2。③SiHCl3与过量H2在1100~1200℃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)第①步制备粗硅的化学反应方程式为,若温度超过1900℃,则会生成金刚砂,化学方程式为。(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):3①装置B中的试剂是,装置C中的烧瓶需要加热,其目的是。②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是,装置D不能采用普通玻璃管的原因是,装置D中发生反应的化学方程式为。③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及。④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(填写字母代号)是。a.碘水b.氯水c.Na2SO3溶液d.KSCN溶液解析:分离沸点不同的液体的方法是分馏;根据题给信息,SiHCl3能与H2O强烈反应,在空气中自燃,可知H2的作用之一就是排尽装置内的空气,防止SiHCl3自燃,因此H2必须是干燥的,可知B的作用就是干燥H2,所以选用浓硫酸。由于通入D中的应是稳定的SiHCl3与过量H2的气流,所以C装置要加热,并且是水浴加热。由于D装置应加热到1100~1200℃,所以必须用石英管。鉴定是否含铁单质,用稀盐酸溶解后生成Fe2+,再转化为Fe3+后再检验,故选b、d。答案:(1)SiO2+2CSi+2CO↑SiO2+3CSiC+2CO↑(2)分馏(或蒸馏)(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成在该反应温度下,普通玻璃会软化SiHCl3+H2Si+3HCl③排尽装置中的空气④bd