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第三节　无机非金属材料

合格考达标练

1.(2021湖南雅礼中学检测)下列有关硅及其化合物用途的叙述错误的是(　　)

A.硅可用于制作太阳能电池

B.二氧化硅可用于制作计算机芯片

C.硅胶可用作袋装食品的干燥剂

D.硅酸钠可用于制备木材防火剂

答案B

解析制造计算机芯片的材料是高纯硅,B错误;硅胶具有较强吸水性,且无毒性,可用作袋装食品的干燥剂,C正确;硅酸钠具有耐高温特性,可用于制备木材防火剂,D正确。

2.(2021山东烟台高一期末)陶瓷被公认为是中国人在科学技术上的成果以及对美的追求与塑造。下列说法正确的是(　　)

A.陶瓷由黏土和石英砂烧制而成

B.陶皿可用于盛放盐酸,但不能用于盛放氢氟酸

C.钢化玻璃是一种陶瓷材料

D.陶瓷坩埚可用于煅烧石灰石制备生石灰

答案B

解析陶瓷由黏土烧制而成,不需要石英砂,A项错误;陶皿材料中含有SiO2,SiO2不与盐酸反应,能与氢氟酸反应,故陶皿可用于盛放盐酸,但不能用于盛放氢氟酸,B项正确;钢化玻璃是一种玻璃材料,不是陶瓷材料,C项错误;SiO2在高温下会与CaCO3反应,陶瓷坩埚不能用于煅烧石灰石制备生石灰,D项错误。

3.下列关于硅及其化合物的说法,不正确的是(　　)

A.晶体硅可用作半导体材料

B.硅的氧化物都可用作光导纤维的材料

C.碳化硅可用作砂纸、砂轮的磨料

D.生产玻璃和水泥的原料中都有石灰石

答案B

解析硅的单质有晶体硅和无定形硅两种,晶体硅才可用作半导体材料。硅的氧化物中,晶体二氧化硅可用作光导纤维的材料。

4.(双选)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,该航天服是由我国科学家近年来研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的,其主要成分由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列有关该航空材料的叙述错误的是(　　)

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.它是一种传统无机非金属材料

答案BD

解析由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航天服的韧性很好,B错误。该材料的主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成,是一种新型无机非金属材料,D错误。

5.(原创题)从硅的氧化物可以制取硅单质,主要化学反应如下:

①粗硅的制取:SiO2(石英砂)+2C(焦炭)Si(粗硅)+2CO↑;

②纯硅的制取:Si(粗)+2Cl2SiCl4,SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl。下列说法正确的是(　　)

A.步骤①反应中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1

B.步骤②涉及反应中硅元素均被还原

C.高温熔融Na2CO3固体时可用石英坩埚

D.Si、SiO2都能与氢氟酸、NaOH溶液反应

答案D

解析步骤①反应中,SiO2是氧化剂,C是还原剂,二者的物质的量之比为1∶2,A错误;步骤②涉及两个反应,前者硅元素被氧化,后者硅元素被还原,B错误;石英坩埚中含有SiO2,在高温熔融Na2CO3固体时反应生成Na2SiO3,C错误;硅、二氧化硅都能与氢氟酸反应生成SiF4气体,也都能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3,D正确。

6.下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)

A.晶体硅具有金属光泽,可以导电,属于金属材料

B.常温下,硅的化学性质稳定,所以自然界中的硅大部分以游离态形式存在

C.SiO2是一种酸性氧化物,能够与水反应生成相应的酸

D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸

答案D

解析A项,晶体硅虽然具有金属光泽,但它属于非金属单质,其导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。B项,虽然常温下硅的化学性质稳定,但在自然界中没有游离态的硅,它主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。C项,SiO2不同于其他酸性氧化物,它不溶于水,也不与水反应。D项,SiO2不溶于稀盐酸,可用稀盐酸除去SiO2中混有的CaCO3,化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O。

7.(2021甘肃庆阳高一期末)高纯度晶体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”。可以按如下方法制备纯硅:SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)。下列说法错误的是(　　)

A.步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑

B.步骤①中每生成1 mol Si,转移4 mol电子

C.高纯硅是制造太阳能电池的常用材料,二氧化硅是制造光导纤维的基本原料

D.SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃),通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3

答案A

解析步骤①中碳足量,高温下SiO2和足量碳反应生成Si和CO,A错误;硅元素由+4价降低到0价,则生成1 mol Si时转移4 mol电子,B正确;SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大,可通过蒸馏(或分馏)法提纯SiHCl3,D正确。

等级考提升练

8.下面关于硅的叙述正确的是(　　)

A.硅的非金属性比碳的强,只有在高温下才能与氢气发生化合反应

B.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位

C.硅的化学性质不活泼,在自然界中可以以游离态存在

D.硅在电子工业中,是重要的半导体材料

答案D

解析硅的非金属性比碳的弱,A项错;硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,排名前四位的元素是O、Si、Al、Fe,所以B项错;硅在自然界中是以化合态存在的,所以C项也错。

9.(2021辽宁朝阳凌源中学高一检测)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,但是不能用来盛装氢氟酸

答案C

解析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了氧化还原反应导致颜色变化,A正确;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,有较好的传导性、机械强度和耐高温性,B正确;瓷器的原料主要是黏土,瓷器中含有多种硅酸盐,是混合物,C错误;氢氟酸能腐蚀陶瓷,所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸,D正确。

10.(2021山东德州高一期末)某同学用下图所示的装置及药品进行酸性强弱比较的实验,下列说法不正确的是 (　　)

A.①和②中发生的反应均为复分解反应

B.向Na2SiO3饱和溶液中通入HCl气体,无明显现象

C.一段时间后②中有白色胶状沉淀生成

D.该实验能证明酸性强弱的顺序是:硫酸>碳酸>硅酸

答案B

11.(2021辽宁阜新高一期末)纯净的二氧化硅可用下列流程制得。相关说法不正确的是(　　)

粗SiO2XYSiO2

A.X的主要成分可用作木材防火剂

B.步骤Ⅰ的反应是SiO2+2OH-Si+H2O

C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用通入CO2来代替

D.步骤Ⅲ若在实验室完成,一般在蒸发皿中进行

答案D

解析SiO2与NaOH溶液发生反应生成Na2SiO3和H2O,Na2SiO3溶液可用作木材防火剂和黏合剂,A正确;Na2SiO3和NaOH是易溶于水、易电离的电解质,步骤Ⅰ反应的离子方程式为SiO2+2OH-Si+H2O,B正确;由于H2CO3的酸性强于H2SiO3的酸性,可以向Na2SiO3溶液中通入CO2气体,会生成H2SiO3沉淀,C正确;灼烧H2SiO3固体要在坩埚中进行,D错误。

12.陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是              (　　)

A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁

B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结 而成

C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐

D.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点

答案A

解析氧化铁显红棕色,因此瓷器的青色不是来自氧化铁,A项错误;陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料,经高温烧结而成的,其化学性质稳定,不与酸、碱和氧气等反应,B、C、D三项正确。

13.(2021四川遂宁高一期末)制造芯片的高纯硅可以用下述方法制取(反应条件略)。下列说法错误的是(　　)

A.SiCl4中硅元素的化合价为+4价

B.制造芯片的高纯硅具有一定导电性

C.反应①②③均为氧化还原反应

D.SiO2既能与碱溶液反应又能与酸溶液反应,SiO2是两性氧化物

答案D

解析SiCl4中硅元素的化合价为+4价,A正确;Si是半导体,因此制造芯片的高纯硅具有一定导电性,B正确;反应①为SiO2与碳反应生成CO和硅,反应②是硅和氯气的化合反应,反应③是SiCl4与氢气反应生成氯化氢和硅,三个反应均有元素化合价的变化,符合氧化还原反应的特征,C正确;SiO2能和碱反应生成盐和水,SiO2只能和氢氟酸发生反应,故二氧化硅不是两性氧化物,D错误。

14.(2021福建厦门双十中学高一检测)下图是硅及其化合物的“价—类”二维图,根据要求完成下列化学方程式或离子方程式。

(1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

(2)利用氢氟酸刻蚀玻璃发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

(3)硅酸钠转化为硅酸的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

(5)石英与石灰石在玻璃熔炉里加强热发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)2C+SiO22CO↑+Si

(2)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O

(3)Si+2H+H2SiO3↓

(4)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O

(5)CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑

新情境创新练

15.硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题:

(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅,三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:

石英砂粗硅SiHCl3(粗)SiHCl3(纯)高纯硅

①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 

②H2还原SiHCl3过程中若混入O2,可能引起的后果是　　　　　　　　　　　。 

(2)下列有关硅材料的说法正确的是　　(填字母)。 

A.碳化硅化学性质稳定,可用于生产砂纸、砂轮等

B.含硅4%的钢具有很高的导磁性,主要用作变压器铁芯

C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通信材料——光导纤维

D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高

答案(1)①SiHCl3+H2Si+3HCl

②高温下H2与O2混合发生爆炸　(2)ABC

解析(1)①H2还原SiHCl3可制备Si,化学方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl。

②用H2还原SiHCl3过程中若混入O2,则高温下H2与O2反应易发生爆炸。

(2)A项,碳化硅硬度很大,可用于生产砂纸、砂轮等;B项,含硅4%的钢具有很高的导磁性,主要用作变压器铁芯;C项,高纯度的SiO2可以制造光导纤维;D项,普通玻璃是由石英(SiO2)、石灰石、纯碱在高温下反应制得的,其主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,所以没有固定的熔点。