2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第3節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGEPAGE6第3節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．20世紀(jì)80年頭后，人們發(fā)覺和證明碳的另一類單質(zhì)，它們是由一系列偶數(shù)個(gè)碳原子組成的分子，其中C60(足球烯，分子中含有30個(gè)雙鍵)最具代表性。上圖所示為n個(gè)C60連接而成的物質(zhì)X。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A．X難溶于水 B．X的熔點(diǎn)比金剛石高C．X是碳的一種同素異形體 D．X的相對(duì)分子質(zhì)量為720n【答案】B【解析】X的熔點(diǎn)比金剛石低。2．下列關(guān)于硅及其化合物的說(shuō)法，不正確的是()A．晶體硅可用作半導(dǎo)體材料B．硅的氧化物都可用作光導(dǎo)纖維的材料C．碳化硅可用作砂紙、砂輪的磨料D．生產(chǎn)玻璃和水泥的原料中都有石灰石【答案】B【解析】硅的單質(zhì)有晶體硅和無(wú)定形硅兩種，晶體硅才可用做半導(dǎo)體材料。硅的氧化物中晶體二氧化硅才可用作光導(dǎo)纖維的材料。3．下列敘述中，正確的是()A．自然界中存在大量的單質(zhì)硅B．石英、水晶的主要成分都是二氧化硅C．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)活潑，能跟酸或堿溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D．自然界中硅元素都存在于石英中【答案】B【解析】自然界中硅元素含量很高，但都以化合態(tài)形式存在，A錯(cuò)誤；二氧化硅的性質(zhì)穩(wěn)定，C錯(cuò)誤；硅元素是親氧元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在，D錯(cuò)誤。4．材料與化學(xué)親密相關(guān)，表中對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是()選項(xiàng)材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C一般水泥、一般玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅【答案】A【解析】剛玉的成分是Al2O3，金剛石的成分是C，A錯(cuò)誤。5．下列有關(guān)水泥的說(shuō)法不正確的是()A．制造水泥的主要原料是石灰石、純堿和黏土B．生產(chǎn)一般水泥的過(guò)程中發(fā)生困難的物理和化學(xué)改變C．生產(chǎn)水泥須要適量石膏D．混凝土指水泥、沙子和碎石的混合物【答案】A【解析】制造水泥的原料中沒有純堿，A錯(cuò)誤。6．下列有關(guān)硅及其化合物的說(shuō)法正確的是()A．晶體硅具有金屬光澤，可以導(dǎo)電，屬于金屬材料B．常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以自然界中的硅大部分以游離態(tài)存在C．SiO2是一種酸性氧化物，能夠與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸【答案】D【解析】晶體硅雖然具有金屬光澤，但它屬于非金屬單質(zhì)，A錯(cuò)誤；雖然常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但自然界中沒有游離態(tài)的硅，B錯(cuò)誤；SiO2不同于其他酸性氧化物，它不溶于水也不與水反應(yīng)，C錯(cuò)誤；SiO2不溶于稀鹽酸，可運(yùn)用稀鹽酸除去其中混有的CaCO3，D正確。7．證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正確方法是()A．加入過(guò)量鹽酸，視察是否有氣泡冒出B．加入過(guò)量燒堿溶液，視察是否有固體溶解C．加熱至高溫，視察是否有氣泡冒出，是否有硅酸鈣生成D．加入過(guò)量鹽酸攪拌，視察是否有不溶物剩余及氣泡出現(xiàn)；若有不溶物則濾出，投入到NaOH溶液中看其是否溶解【答案】D【解析】SiO2不溶于除氫氟酸以外的任何酸，CaO、CaCO3均可溶于鹽酸，且CaCO3溶于鹽酸有氣泡生成。8．(1)想一想，為什么可將陶瓷、玻璃、水泥歸納在一起，然后從所給的4個(gè)詞中選出一個(gè)與它們同類的物質(zhì)________(填字母，下同)。A．光導(dǎo)纖維 B．有機(jī)陶瓷C．人造纖維 D．磚瓦(2)下列物質(zhì)中，屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是_____。A．鋼化玻璃 B．碳化硼陶瓷C．光導(dǎo)纖維 D．硼酸鹽玻璃【答案】(1)D(2)BC【解析】(1)傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，如玻璃、水泥、陶瓷，磚瓦是陶瓷中的一種，所以選D。(2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料的品種較多，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導(dǎo)纖維等，其中氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等屬于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，所以選B、C。9．A、B、C、D、E代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示。A為地殼中含量?jī)H次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相像。請(qǐng)?zhí)羁眨?1)組成A單質(zhì)的元素的最高化合價(jià)為________。(2)B的化學(xué)式為________，B和碳反應(yīng)生成A和E的化學(xué)方程式為_________________。(3)C的化學(xué)式為________，D的化學(xué)式為________。【答案】(1)＋4(2)SiO2SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(3)CaSiO3Na2SiO3【解析】由本題題眼“A為地殼中含量?jī)H次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相像”，推知A為硅；依據(jù)框圖B＋碳→Si＋E，B既能與氧化鈣反應(yīng)又能與氫氧化鈉反應(yīng)，推知B為二氧化硅，進(jìn)一步推知C為硅酸鈣，D為硅酸鈉，E為一氧化碳。B組·實(shí)力提升10．我國(guó)科學(xué)家合成的3nm長(zhǎng)的管狀碳納米管，長(zhǎng)度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度(反抗變形的實(shí)力)高、密度小(只有鋼的1/4)、熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此被稱為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說(shuō)法中不正確的是()A．它是制造飛機(jī)的志向材料 B．它的主要組成元素是碳元素C．它的結(jié)構(gòu)與石墨相像 D．碳纖維復(fù)合材料耐高溫【答案】C【解析】石墨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是層狀的，碳納米管是管狀的。11．下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．CO2與水反應(yīng)生成碳酸，是酸性氧化物；SiO2不能與水反應(yīng)生成硅酸(H2SiO3)，不是酸性氧化物B．NaOH溶液不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放C．除去二氧化硅中少量的碳酸鈣雜質(zhì)應(yīng)選用水D．粗硅制備時(shí)，發(fā)生的反應(yīng)為C＋SiO2=Si＋CO2↑【答案】B【解析】酸性氧化物是能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，而不是能與水反應(yīng)生成酸的氧化物，A錯(cuò)誤；玻璃的成分中含二氧化硅，堿性試劑都不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放，B正確；二氧化硅和碳酸鈣都不溶于水，不能用水除去二氧化硅中少量的碳酸鈣雜質(zhì)，C錯(cuò)誤；粗硅制備時(shí)的反應(yīng)原理是2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，需在高溫條件下反應(yīng)，且產(chǎn)物中生成的是CO，而不是CO2，D錯(cuò)誤。12．(2024·全國(guó)卷Ⅰ)陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著親密的關(guān)系。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．“雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色，來(lái)自氧化鐵B．著名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)【答案】A【解析】氧化鐵為紅色，瓷器青色不是氧化鐵形成的，A錯(cuò)誤；黏土具有良好的可塑性，可用于燒制陶制品，B正確；陶瓷屬于硅酸鹽產(chǎn)品，C正確；陶瓷的主要化學(xué)成分是硅酸鹽，一般不易與酸堿等物質(zhì)反應(yīng)，D正確。13．下列表述正確的是()A．化學(xué)家采納瑪瑙研缽研磨固體反應(yīng)物進(jìn)行無(wú)機(jī)溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽B．三峽大壩運(yùn)用了大量水泥，水泥是新型無(wú)機(jī)鹽非金屬材料C．一般玻璃質(zhì)地透亮，有固定熔點(diǎn)D．太陽(yáng)能電池可采納硅材料制作，其應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能【答案】D【解析】瑪瑙的主要成分是SiO2，A錯(cuò)誤；水泥是傳統(tǒng)硅酸鹽材料，B錯(cuò)誤；一般玻璃屬于混合物，沒有固定熔點(diǎn)，C錯(cuò)誤。14．硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發(fā)由來(lái)已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。(1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時(shí)，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是____________________。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)一般玻璃的主要原料有_______________________________。(3)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都須要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)路途，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：項(xiàng)目發(fā)生的主要反應(yīng)電弧爐SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑流化床反應(yīng)器Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2還原爐SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________；碳化硅又稱________，其晶體結(jié)構(gòu)與________相像。②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和________。物質(zhì)SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點(diǎn)/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.9【答案】(1)含有硅、碳的鐵合金(或硅鐵)(2)石英砂、純堿和石灰石(3)①SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑金剛砂金剛石②精餾(或蒸餾)【解析】(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，因此得到的金屬狀物質(zhì)可能為含有硅、碳的鐵合金。(2)生產(chǎn)一般玻璃的主要原料為石英砂、純堿和石灰石。(3)①石英砂與焦炭反應(yīng)制取SiC的化學(xué)方程式為SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑，SiC俗名金剛砂，結(jié)構(gòu)類似于金剛石。②依據(jù)沸點(diǎn)的不同可選擇蒸餾法提純SiHCl3。15．清洗和制絨是硅晶片制作的重要步驟之一，硅片化學(xué)清洗的主要目的是除去硅片表面雜質(zhì)(如某些有機(jī)物，無(wú)機(jī)鹽，金屬、Si、SiO2粉塵等)。常用的化學(xué)清洗劑有高純水、有機(jī)溶劑、雙氧水、濃酸、強(qiáng)堿等。其中去除硅的氧化物，通常用肯定濃度的HF溶液，室溫條件下將硅片浸泡1至數(shù)分鐘。制絨是在硅片表面形成金字塔形的絨面，增加硅對(duì)太陽(yáng)光的汲取。單晶制絨通常用NaOH、Na2SiO3等混合溶液在75～90℃反應(yīng)25～35min，效果良好。回答下列問(wèn)題：Ⅰ．寫出晶片制絨反應(yīng)的離子方程式______________________________。對(duì)單晶制絨，1990年化學(xué)家Seidel提出了一種電化學(xué)模型，他指出Si與NaOH溶液的反應(yīng)，首先是Si與OH－反應(yīng)，生成SiOeq\o\al(4－,4)，然后SiOeq\o\al(4－,4)快速水解生成H4SiO4。基于此原理分析反應(yīng)中氧化劑為______________。Ⅱ．(1)在工業(yè)中利用鎂制取硅：____________________________________(寫化學(xué)方程式)。如圖是進(jìn)行Mg與SiO2反應(yīng)的試驗(yàn)裝置：(2)由于氧氣的存在對(duì)該試驗(yàn)有較大影響，試驗(yàn)中應(yīng)通入氣體X作為愛護(hù)氣，試管中的固體藥品可選用______________(填序號(hào))。a．Na2SO3b．鋅粒c．純堿(3)試驗(yàn)起