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第四章材料家族中的元素课时1硅无机非金属材料(时间：45分钟分值：100分)一、选择题(本题共10个小题，每题6分，共60分，每个小题只有一个选项符合题意。)1．2013年我国载人飞船再次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流。飞船应用了许多尖端的合成材料。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解析航空材料具有质轻、高强度、耐高温、抗氧化等性能，又由题中信息可知，该材料具有一定的韧性，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均属于新型无机非金属材料，C、D正确。答案B2．(2014·胶东示范学校模拟)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()。选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅解析A项中金刚石是碳的一种单质。答案A3．下列叙述正确的是()。A．高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳解析二氧化硅在高温下能与碳酸钠反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑，但不能说明硅酸的酸性比碳酸强，上述反应之所以能进行，是因为CO2不断逸出，而促使了反应向右进行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应；石灰抺墙的硬化过程是因为发生了反应CO2＋Ca(OH)2===CaCO3＋H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬。答案D4．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()。A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为1∶2解析二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成4个硅氧单键，故硅原子和硅氧单键的个数之比为1∶4，故D错误。答案D5．在①浓硝酸②水③浓硫酸④氢氟酸⑤氢氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是()。A．①②B．②④C．④⑤D．③④解析硅能与F2、HF、强碱在常温下反应，在加热或高温条件下也能与Cl2、O2、H2发生反应。答案C6．(2014·济南槐荫区联考)下列说法正确的是()。A．高温下，可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应B．CO2和钠在一定条件下反应可以得到金刚石和碳酸钠，反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是3∶4C．现代海战通过喷放液体SiCl4(极易水解)和液氨可产生烟幕，其主要成分是NH4ClD．从燃煤烟道灰中(含GeO2)提取半导体材料单质锗(Ge)，没有发生氧化还原反应解析玻璃的主要成分是SiO2，高温下与C(碳)反应，A错误；反应中CO2作氧化剂，Na作还原剂，根据化合价升降值相等的原则，作为氧化剂的CO2与作为还原剂的Na的物质的量之比为1∶4，B错误；SiCl4水解生成HCl和硅酸，HCl与液氨反应生成NH4Cl，C正确；由化合态到游离态，一定发生氧化还原反应，D错误。答案C7．(2013·陕西质检)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()。A．都是共价化合物B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应解析SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不能与水反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。答案C8．(2014·聊城质检)寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是()。A．寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触B．寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物C．潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质D．置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质解析根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A对；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B对；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C错；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D对。答案C9．将含有0.1molSiO2的铝、硅混合物分别与足量NaOH溶液、盐酸混合，充分反应后前者可得到11.2L气体(标准状况)，后者可得到6.72L气体(标准状况)，则参加反应的n(HCl)与n(NaOH)之比为()。A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．3∶1解析混合物与足量NaOH溶液反应生成的n(H2)1＝11.2L22.4L·mol－1＝0.5mol，混合物与足量盐酸反应生成的n(H2)2＝6.72L22.4L·mol－1＝0.3mol，混合物中只有铝能与盐酸反应，由此可求出n(Al)＝23n(H2)＝0.2mol，硅、铝均能与NaOH溶液反应且铝与NaOH溶液反应放出的氢气也是0.3mol，故硅与NaOH溶液反应放出的氢气是0.2mol，由此可求出n(Si)＝0.1mol。铝完全反应消耗0.6molHCl，三种物质与NaOH溶液反应，消耗0.6molNaOH，故n(HCl)∶n(NaOH)＝1∶1。答案A10．青石棉(crocidolite)是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法中正确的是()。A．青石棉是一种易燃品，且易溶于水B．青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OC．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用，至少需消耗8.5L2mol·L－1HNO3溶液D．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2与足量氢氟酸作用，至少需消耗7L2mol·L－1HF溶液解析青石棉既不能燃烧，也不溶于水；将Na2Fe5Si8O22(OH)2改写成氧化物的形式，即为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，其中的Na2O、FeO、Fe2O3、SiO2均能与氢氟酸发生复分解反应，而Na2O、Fe2O3可与硝酸发生复分解反应，FeO与硝酸发生氧化还原反应：3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，SiO2与硝酸不反应，根据1mol青石棉中各氧化物与HF、NHO3反应的情况及反应时的物质的量之比可判断C、D错误。答案B二、非选择题(本题共4个小题，共40分)11．(8分)如何除去下列各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请选用下面提供的试剂和操作，将标号填在表内。供选试剂：A.盐酸B．烧碱溶液C．氧气D．水E．CO2F．不用其他试剂供选操作：①加热②加热熔融③过滤④结晶含杂质的物质所加试剂主要操作(1)SiO2(NaHCO3)(2)SiO2(CaCO3)(3)SiO2(Si)(4)NaCl(SiO2)解析(1)除去SiO2中的NaHCO3可用水溶法；(2)除去SiO2中的CaCO3可先用盐酸溶解，然后再过滤。(3)除去SiO2中的Si可用加热法：Si＋O2=====△SiO2。(4)因NaCl溶于水而SiO2不溶于水，所以除去NaCl中的SiO2可用过滤、结晶法。答案(1)D③(2)A③(3)C①(4)D③④12．(10分)(2013·厦门模拟)已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如下图所示的转化，反应中部分生成物已略去。其中，A、G为同一主族元素的单质，B、C、H在通常情况下为气体，化合物C是一种形成酸雨的大气污染物。请填空：(1)写出E的两种用途____________、____________。(2)反应②的离子方程式为_________________________________________。(3)反应③的化学方程式是________________________________________。(4)反应④的离子方程式是________________________________________。(5)写出一个由A生成H的置换反应方程式：_________________________________________________________________________________________。解析由题中信息及转化关系可知A、B、C、D、E、F、G、H分别为：C、CO2、SO2、H2SiO3、SiO2、Na2SiO3、Si、CO。答案(1)制光导纤维作建筑材料(或其他合理答案)(2)SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O(3)C＋2H2SO4(浓)=====△CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(4)SiO2－3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO2－3(5)C＋H2O(g)=====高温CO＋H2(合理即可)13．(10分)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高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCl===============250～300℃铜粉SiHCl3＋H2)；③SiHCl3与过量的H2在1100～1200℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。请回答：(1)第一步制取粗硅的化学反应方程式为_______________________。(2)粗硅与HCl气体反应完全后，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)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：①装置B中的试剂是________，装置C中的烧杯需要加热，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是__________________________________________。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_______________________________。解析(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，因此B中的试剂为浓H2SO4，且C烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，故D中有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1100～1200℃，此温度下普通的玻璃容易软化。③因高温下H2与O2反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。答案(1)SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(2)分馏(或蒸馏)(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成在题给反应温度下(1100～1200℃)，普通的玻璃会软化SiHCl3＋H2===================1100～1200℃Si＋3HCl③排尽装置中的空气14．(12分)(2013·临沂检测)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常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