高中化学《无机非金属材料》课后练习题.docx

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高中化学《无机非金属材料》课后练习题

第五章　化工生产中的重要非金属元素第三节　无机非金属材料

课时作业

1．下列关于硅酸盐材料的说法错误的是（　　）

A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷

B．生产陶瓷的主要原料是黏土

C．普通玻璃的主要成分只有SiO2

D．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料

答案　C

解析　普通玻璃的主要成分为硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅，故选C。

2．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是（　　）

A．水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀

B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料

C．木材、织物浸过水玻璃后，具有防腐蚀性能且不易燃烧

D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质

答案　D

解析　Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。

水玻璃在空气中发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。

3．用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是（　　）

A．钙沸石[Ca（Al2Si3O10·3H2O）]　CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O

B．镁橄榄石（Mg2SiO4）　2MgO·SiO2

C．长石（KAlSi3O8）　K2O·Al2O3·3SiO2

D．硅酸钠（Na2SiO3）　Na2O·SiO2

答案　C

解析　长石（KAlSi3O8）的正确写法为K2O·Al2O3·6SiO2。

4．硅在地壳和岩石中的主要存在形式是（　　）

A．硅单质B．二氧化硅和硅酸盐

C．硅酸D．无定形硅

答案　B

解析　硅主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于地壳和岩石中。

5．下列关于硅的化学性质的叙述正确的是（　　）

A．常温下不和任何酸反应

B．常温下可和NaOH溶液反应

C．常温下可和Cl2反应生成SiCl4

D．常温下可和O2反应生成SiO2

答案　B

解析　硅在常温下化学性质不活泼，除与氟气、氢氟酸和强碱反应外，不与其他物质反应。

在加热条件下，硅能与一些非金属反应，如Si＋O2

SiO2。

硅的化学性质

（1）常温下，能与氟气、氢氟酸和强碱反应

①与氟气反应：

Si＋2F2===SiF4；

②与氢氟酸反应：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；

③与NaOH溶液反应：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

（2）加热时，硅能与氧气、氯气等反应

①与O2反应：

Si＋O2

SiO2；

②与Cl2反应：

Si＋2Cl2

SiCl4。

6．下列关于SiO2的说法正确的是（　　）

A．SiO2是酸性氧化物，不与任何酸反应

B．由反应SiO2＋2C

2CO↑＋Si可知，非金属性Si大于C

C．反应SiO2＋3C

SiC＋2CO中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2

D．二氧化硅分子是由一个硅原子和两个氧原子组成的

答案　C

解析　SiO2可与氢氟酸反应，A错误；非金属性C大于Si，高温下的反应不能说明某些性质，B错误；C项反应中碳既是氧化剂，又是还原剂，且氧化剂（生成SiC的碳）与还原剂（生成CO的碳）的物质的量之比为1∶2，C正确；D项SiO2中不存在分子，所以D错误。

（1）酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸，但SiO2不溶于H2O，不能直接与H2O反应生成H2SiO3。

（2）非金属氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高。

（3）酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与氢氟酸反应。

（4）石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是二氧化硅。

7．在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（　　）

①NaOH　②焦炭　③生石灰　④氢氟酸　⑤稀硝酸

A．①③B．①⑤C．②④D．⑤

答案　D

解析　二氧化硅属于酸性氧化物，能够与碱（NaOH）和碱性氧化物（CaO）发生反应；能和焦炭发生反应；能和氢氟酸反应（特性）；不能和稀硝酸反应。

8．现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是（　　）

A．纯水B．盐酸

C．硝酸银溶液D．碳酸钠溶液

答案　B

解析　硅酸钠、石灰石、二氧化硅中后两种物质难溶于水；硅酸钠溶液与盐酸反应会出现白色沉淀，石灰石与盐酸反应产生气体，SiO2与HCl不反应；硅酸钠溶液可与硝酸银溶液反应生成白色沉淀，其余无明显现象；加入碳酸钠溶液后均无明显现象。

9．新型无机材料碳化钛（TiC）、碳化硼（B4C3）、氮化硅（Si3N4）等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需在高温下进行，在合成工艺中必须注意（　　）

A．通入充足的氧气B．可在空气中进行

C．可在氮气氛围中合成D．通入少量氧气

答案　C

解析　合成这些无机非金属材料的过程中应杜绝氧气的存在，否则会生成相应的氧化物。

10．碳纳米管是由一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型碳纳米材料制成的，它是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。

下列关于碳纳米管的可能用途叙述错误的是（　　）

A．用它可做成攀登月球的“太空天梯”

B．能解决室温下低气压、高容量储存氢气的难题

C．作为优良的绝缘材料

D．制造电脑芯片可大大提高计算机系统的计算能力

答案　C

解析　由于碳纳米管具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点，所以它可以制成强度很大、质量较小的绳索，做成攀登月球的“太空天梯”；又由于碳纳米管是由一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体，所以在管体内可以安全地储存氢气；它是由一层碳原子卷曲而成的管体，因而可以联想到碳纳米管相当于是由石墨的一层碳原子卷曲而成的管体，所以它应像石墨一样能够导电；它可以用于制造电器部件。

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的是________（填字母）。

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______________________________________，工艺师常用________（填物质名称）来雕刻玻璃。

（3）用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。

Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________（填字母）。

A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚

C．氧化铝坩埚D．铁坩埚

（4）工业上常利用反应2C＋SiO2

Si＋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＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氢氟酸

（3）防火剂　D　

（4）C　SiO2

解析　

（1）生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si元素，不属于硅酸盐。

（2）SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋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）Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。

SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料（普通玻璃、石英玻璃）以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。

（4）题给反应中C（碳）被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。

12．青花瓷胎体的原料——高岭土[Al2Si2O5（OH）x]，可掺进瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是钾长石（KAlSi3O8），在1300℃左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。

（1）下列说法正确的是________（填字母）。

A．高岭土分子中x＝2

B．钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清溶液

C．烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化

D．青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品

（2）在“南澳一号”考古直播过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。

如图是用海边的石英砂（含氯化钠、氧化铝杂质）制备二氧化硅粗产品的工艺流程。

①洗涤石英砂的目的是________________________。

②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是____________________________。

③在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是____________________________________________。

④工业上常用纯净石英砂与C在高温下发生反应制造粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1。

下列说法正确的是________（填字母）。

A．SiC是一种传统的无机非金属材料

B．制造粗硅时的反应为2SiO2＋5C

Si＋SiC＋4CO↑

C．在以上流程中，将盐酸改为NaOH溶液，也可达到目的

D．纯净的SiO2只能用于制造光导纤维

答案　

（1）CD　

（2）①除去石英砂中的NaCl杂质　②SiO2＋2OH－===SiO

＋H2O　③增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率　④B

解析　

（1）根据化合价代数和等于零的原则可知，（＋3）×2＋（＋4）×2＋（－2）×5＋（－1）×x＝0，解得x＝4，A错误；钾长石与盐酸反应后不能形成澄清溶液，B错误；根据水泥制造过程可推测出烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，C正确；青花瓷、玻璃、水泥均属于硅酸盐产品，D正确。

（2）①石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质，洗涤石英砂可除去NaCl。

②SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。

④SiC是一种新型无机非金属材料，A错误；粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1，根据原子守恒、得失电子守恒，可将题述信息转化为如下反应：

2SiO2＋5C

Si＋SiC＋4CO↑，B正确；因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，故无法实现二者的分离，C错误；纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等。

综合训练

一、选择题

1．生产普通玻璃所用的原料不包括（　　）

A．石英B．黏土

C．纯碱D．石灰石

答案　B

解析　生产普通玻璃所用的原料是石英、纯碱和石灰石，不包括黏土。

2．下列有关水泥的说法不正确的是（　　）

A．制造水泥的主要原料是石灰石、纯碱和黏土

B．普通水泥的主要成分是钙的硅酸盐和铝酸盐

C．水泥具有水硬性

D．混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物

答案　A

解析　制造水泥的原料中没有纯碱，A错误。

普通水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙等，B正确。

混凝土的成分是水泥、沙子和碎石，D正确。

3．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、秦兵马俑制品属于硅酸盐产品。

4．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是（　　）

A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料

B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大的强度

C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点

D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐

答案　D

解析　新型无机非金属材料的主要成分并不是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，故D错误。

5．中国的瓷器驰名世界，传统陶瓷是以黏土[主要成分为Al2Si2O5（OH）4]等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．黏土也是制备玻璃的原料之一

B．黏土的主要成分可以表示为Al2O3·2SiO2·2H2O

C．陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料

D．传统陶瓷材料的成分与新型陶瓷材料的成分不同

答案　A

解析　制备玻璃的主要原料是石英、石灰石与纯碱，不包括黏土，A错误。

硅酸盐氧化物形式的改写

例如：

钠长石（NaAlSi3O8）不能写成

Na2O·

Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。

6．下列物品或设备的成分中含有SiO2的是（　　）

①门窗玻璃　②水晶镜片　③石英钟表　④玛瑙首饰

⑤硅太阳能电池　⑥光导纤维　⑦计算机芯片

A．①②③④⑥B．全部

C．⑤⑦D．①②⑥⑦

答案　A

解析　玻璃、水晶、石英、玛瑙和光导纤维的成分中含有SiO2，计算机芯片、硅太阳能电池的主要成分是单质硅。

7．过量的泥沙、纯碱和生石灰熔融后生成的物质是（　　）

①水泥　②玻璃　③陶瓷　④混凝土　⑤一种硅酸盐产品

A．①④B．②⑤C．③D．①③⑤

答案　B

解析　泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱（Na2CO3）、生石灰（CaO）熔融后发生反应SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑、SiO2＋CaO

CaSiO3，而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即为玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品。

8．常温下，下列物质之间不发生反应的一组是（　　）

①硅与NaOH溶液　②硅与盐酸　③硅与氢氟酸　④二氧化硅与碳酸钠　⑤二氧化硅与NaOH溶液　⑥二氧化硅与浓硝酸

A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥D．②④⑥

答案　D

解析　硅在常温下只能与F2、氢氟酸、NaOH溶液发生反应；二氧化硅与碳酸钠在高温下能反应，而在常温下不反应；二氧化硅是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应，但不能与浓HNO3反应，D正确。

9．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。

它可以按下列方法进行制备：

SiO2

Si（粗）

SiHCl3

Si（纯）

下列说法正确的是（　　）

A．反应①的化学方程式为SiO2＋C

Si＋CO2↑

B．反应①②③中每生成或消耗1molSi，转移4mol电子

C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应

D．SiHCl3（沸点31.8℃）中含有少量的SiCl4（沸点57.6℃），通过蒸馏（或分馏）可提纯SiHCl3

答案　D

解析　二氧化硅与C在高温条件下反应生成Si和CO，不是二氧化碳，A错误；反应①中每生成1molSi转移4mol电子，而SiHCl3中Si的化合价是＋2，所以反应②③中每消耗或生成1molSi，转移2mol电子，B错误；二氧化硅与硅都可以与氢氟酸反应，C错误；SiHCl3与SiCl4的沸点相差较大，所以可通过蒸馏（或分馏）除去SiHCl3中的SiCl4，D正确。

10．有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是（　　）

A．高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料

B．氮化硅陶瓷是一种重要的结构陶瓷，具有超硬性，它不与任何无机酸反应

C．制造光导纤维的主要原料是玻璃

D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通信质量高，能防窃听

答案　D

解析　A项高温结构陶瓷的硬度大于金属材料，B项氮化硅能与氢氟酸反应，C项光导纤维主要原料为SiO2。

材料的分类及各类材料的典例

二、非选择题

11．

（1）三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。

三硅酸镁晶体的化学式为Mg2Si3O8·nH2O。

用氧化物的形式表示三硅酸镁的化学式：

__________________。

（2）无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两类。

下列属于传统无机非金属材料产品的是________。

①玻璃　②氮化硅陶瓷　③砖瓦　④硅芯片　⑤光导纤维　⑥水泥

答案　

（1）2MgO·3SiO2·nH2O　

（2）①③⑥

解析　

（1）用氧化物的形式表示硅酸盐时，应注意书写顺序：

活泼金属的氧化物、较活泼金属的氧化物、二氧化硅、水。

（2）光导纤维的主要成分是二氧化硅，硅芯片是高纯度的硅。

②④⑤都是新型无机非金属材料。

12．无论是从在国民经济中的地位来看，还是从科学发展的角度来看，硅都发挥着重要的作用。

（1）人类使用硅酸盐产品（如陶瓷等）的历史已经快一万年了，但在1823年才获得单质硅。

单质硅可通过用金属钾还原SiF4的方法获得，写出化学方程式：

______________________________________。

（2）由于制取方法和条件的不同，得到的单质硅形态不同，其性质也不同。

①用铝热法还原氟硅酸钾制得较纯净的晶体硅：

4Al＋3K2SiF6

3Si＋2KAlF4＋2K2AlF5，关于该反应的说法正确的是________（填序号）。

A．Al是还原剂

B．氧化产物只有KAlF4

C．反应中每转移6NA电子，得到42gSi

D．Al在KAlF4和K2AlF5中的化合价不同

②用沙子与镁粉混合在高温条件下反应得到无定形硅，反应的化学方程式为____________________________________________。

（3）高温下，用硅粉与干燥的Ca（OH）2和NaOH混合，即可迅速得到H2、Na2SiO3和CaO，请写出该反应的化学方程式：

________________________________。

答案　

（1）4K＋SiF4===Si＋4KF

（2）①AC　②2Mg＋SiO2

Si＋2MgO

（3）Si＋2NaOH＋Ca（OH）2

Na2SiO3＋CaO＋2H2↑

解析　

（1）金属钾还原SiF4获得单质硅的同时生成KF，据此写出化学方程式。

（2）分析所给反应，Al的化合价升高，Al作还原剂，氧化产物为KAlF4和K2AlF5，在两种物质中Al均为＋3价，反应中每生成3molSi，转移12mol电子，故转移6NA电子，得到42gSi。