高中化學必修2資料：5-3 無機非金屬材料 練習1（解析版）

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第3節(jié)無機非金屬材料1．華裔科學家高錕因“在光學通信領域中光在光導纖維中傳輸”的研究方面所取得的開創(chuàng)性成就獲得了諾貝爾物理學獎。光導纖維的主要成分是()A.SiB.SiO2C.Na2SiO3D.SiCl4【答案】B【解析】光導纖維的主要成分為SiO2。2．我國具有獨立知識產(chǎn)權的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對晶體硅的有關敘述正確的是()A.晶體硅和金剛石的物理性質相似B.晶體硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質發(fā)生反應C.晶體硅是一種良好的半導體材料，但是它的提煉工藝復雜，價格昂貴D.晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導電【答案】A【解析】晶體硅的結構與金剛石相似，是具有正四面體形的空間立體網(wǎng)狀結構，所以物理性質與金剛石相似，熔、沸點高，硬度大；硅的化學性質不活潑，但常溫下可與F2、HF和強堿反應；晶體硅是一種良好的半導體材料，被廣泛使用；晶體硅是一種非金屬單質，雖然它具有金屬光澤。3．下列關于碳和硅的比較，正確的是()A.它們的氧化物都能與水反應生成對應的酸B.碳和硅的最高正價都是＋4價C.硅元素在地殼中的含量占第二位，碳占第一位D.碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游離態(tài)也有化合態(tài)【答案】B【解析】SiO2不溶于水，也不與水反應；地殼中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游離態(tài)的碳(金剛石)，沒有游離態(tài)的硅。故正確答案為B。4．下列說法正確的是()A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應，但不能與任何酸反應B.二氧化硅分子由1個硅原子和2個氧原子構成C.硅酸的酸性比碳酸的酸性強，且硅酸不溶于水D.CO2與SiO2均具有氧化性，可作氧化劑【答案】D【解析】SiO2可以跟氫氟酸反應，反應的化學方程式為SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，A項不正確；二氧化硅中不存在SiO2分子，B項不正確；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C項不正確。5．下列有關硅及其化合物的說法不正確的是()A.晶體硅具有金屬光澤，可以導電，屬于金屬材料B.常溫下，硅的化學性質穩(wěn)定，自然界中的硅主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在C.SiO2是一種酸性氧化物，能夠與強堿反應生成相應的鹽D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸，然后再過濾【答案】A【解析】A項，晶體硅雖然具有金屬光澤，但它屬于非金屬單質，其導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料；B項，雖然常溫下硅的化學性質穩(wěn)定，但自然界中沒有游離態(tài)的硅，它主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在；D項，SiO2不溶于稀鹽酸，可使用稀鹽酸除去其中混有的CaCO3，化學方程式為CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O，然后再過濾。6．制備硅單質時，主要化學反應如下：①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(粗硅)＋2CO↑，②Si(粗硅)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高溫))SiCl4，③SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(純硅)＋4HCl，下列對上述三個反應的敘述中不正確的是()A.①③為置換反應B.①②③均為氧化還原反應C.②為化合反應D.三個反應的反應物中硅元素均被還原【答案】D【解析】在反應②中Si元素化合價升高，被氧化。7．下列關于硅的說法不正確的是()A.硅是非金屬元素，它的單質是灰黑色有金屬光澤的固體B.硅的導電性能介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料C.硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質發(fā)生反應D.加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應【答案】C【解析】硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料；硅的化學性質穩(wěn)定、常溫下可與F2、HF、強堿溶液反應，加熱或高溫下可與O2、Cl2等一些非金屬發(fā)生反應。8．硅被譽為無機非金屬材料的主角，下列物品用到硅單質的是()A.陶瓷餐具 B.石英鐘表C.計算機芯片 D.光導纖維【答案】C9．關于地殼中含量占第一位和第二位的元素之間形成的化合物，有關其說法正確的是()A.化學性質不活潑B.可溶于水且顯酸性C.熔沸點較低，物理性質與CO2相似D.是酸性氧化物，不溶于任何酸【答案】A【解析】該化合物為SiO2，SiO2不溶于水、熔沸點很高，與氫氟酸反應。10．除去SiO2中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：①加水溶解②加水煮沸③過濾④加稀鹽酸⑤加稀H2SO4，正確的操作順序是()A.①③B.④③C.⑤③D.②③【答案】B【解析】加稀鹽酸與CaO、CaCO3反應生成CaCl2溶液，然后過濾得到SiO2固體。注意不能選用稀H2SO4，因CaSO4微溶，不易分離出SiO2。11．二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列說法不正確的是()A.二氧化硅是一種立體網(wǎng)狀結構的晶體，熔點高、硬度大B.二氧化硅為酸性氧化物，能與水反應生成硅酸C.實驗室不能用磨口玻璃塞試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液D.氫氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氫氟酸【答案】B【解析】二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的數(shù)目比形成的具有立體網(wǎng)狀結構的晶體，是熔點高、硬度大的固體；二氧化硅是一種不溶于水的酸性氧化物，與水不反應；磨口玻璃塞中的二氧化硅能與氫氧化鈉溶液反應，生成具有粘性的硅酸鈉，容易使玻璃塞與瓶口粘結在一起；氫氟酸能腐蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸，常用塑料瓶盛裝氫氟酸。12．指出下列反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質或作用，在A～E選項中選擇正確【答案】填入括號內(nèi)。(1)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O()(2)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑()(3)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑()(4)SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑()(5)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O()A.作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕B.氧化性C.酸性氧化物的通性D.將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來E.未參與氧化還原反應【答案】(1)C(2)D(3)B(4)E(5)A【解析】(1)中SiO2表現(xiàn)的是酸性氧化物的性質。(3)中是SiO2得電子，顯氧化性。(4)中得失電子的是C，SiO2未參與得失電子。(5)是雕刻玻璃的反應。13．高純二氧化硅可用來制造光纖。某稻殼灰的成分為組分SiO2CNa2OK2OAl2O3Fe2O3質量分數(shù)59.2038.800.250.500.640.61通過如下流程可由稻殼灰制備較純凈的二氧化硅。請回答下列問題：(1)步驟①中涉及SiO2的離子方程式為________________________________。(2)濾渣A的成分有________________(填化學式)。(3)步驟③反應的化學方程式為______________________________________________。(4)實驗室進行步驟③用到的儀器有坩堝鉗、酒精燈、三腳架、__________和__________?！敬鸢浮?1)SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O(2)C、Fe2O3(3)H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))SiO2＋H2O(4)坩堝泥三角【解析】(1)步驟①中涉及SiO2與氫氧根離子反應生成硅酸根離子和水，離子方程式是SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。(2)稻殼灰的成分中只有二氧化硅、氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應，氧化鈉、氧化鉀與水反應，而C與氧化鐵均不反應，所以濾渣A的成分是C、Fe2O3。(3)濾液A中含有硅酸根離子、偏鋁酸根離子，加入過量稀鹽酸，則偏鋁酸根離子與過量的稀鹽酸反應生成鋁離子，而硅酸根離子與過量的稀鹽酸反應生成硅酸沉淀，過濾得到硅酸，煅燒生成二氧化硅和水，化學方程式是H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))SiO2＋H2O。(4)煅燒固體時，需要將固體放在坩堝中，坩堝放在泥三角上，泥三角放在三腳架上，用酒精燈加熱，用坩堝鉗取下坩堝，所以還需要坩堝和泥三角。14．化合物C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導纖維，C與燒堿反應生成化合物D。(1)易與C發(fā)生化學反應的酸是________，反應的化學方程式是__________________。(2)將C與純堿混合高溫熔融時發(fā)生化學反應生成D，同時還生成能使澄清石灰水變渾濁的氧化物E；將少量的E通入D的水溶液中，生成化合物F。①分別寫出生成D和F的化學方程式：___________________________________，________________________________________________________________________。②要將純堿高溫熔化，下列坩堝中不可選用的是_____________________________。A.普通玻璃坩堝B.石英玻璃坩堝C.鐵坩堝(3)100gC與石灰石的混合物充分反應后，生成的氣體在標準狀況下的體積為11.2L,100g混合物中石灰石的質量分數(shù)是________?！敬鸢浮?1)氫氟酸(或HF)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(2)①SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓②AB(3)50%【解析】二氧化硅用作光導纖維，則C是SiO2；二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉和水，故D是硅酸鈉。(1)二氧化硅與HF反應，與一般的酸不反應，化學方程式是SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(2)①二氧化硅與碳酸鈉高溫反應生成硅酸鈉和二氧化碳氣體，E是二氧化碳，少量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，生成硅酸沉淀和碳酸鈉，化學方程式分別是SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓。②純堿為碳酸鈉，高溫下碳酸鈉與二氧化硅發(fā)生反應，所以不能使用含有二氧化硅的坩堝，如石英坩堝、普通玻璃坩堝，應選擇鐵坩堝，選AB。(3)二氧化硅和碳酸鈣高溫反應生成硅酸鈣和二氧化碳，化學方程式是SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑，生成二氧化碳的物質的量是eq\f(11.2L,22.4L·mol－1)＝0.5mol，所以碳酸鈣的質量是0.5mol×100g·mol－1＝50g，所以混合物中碳酸鈣的質量分數(shù)是eq\f(50g,100g)×100%＝50%。15．硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。(1)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(3273K))Si(粗)＋2CO↑；SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(3273K))SiC＋2CO↑。若產(chǎn)品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為1∶1，則參加反應的C和SiO2的物質的量之比為________。(2)工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅：①若反應Ⅰ為Si(粗)＋3HCleq\o(=,\s\up7(△))SiHCl3＋H2，則反應Ⅱ的化學方程式為__________。②整個制備過程中必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出該反應的化學方程式：________________________________。③假設每一輪次制備1mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失。反應Ⅰ中HCl的利用率為90%。反應Ⅱ中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H2的物質的量之比是________?！敬鸢浮?1)5∶2(2)①SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1373～1453K))Si(純)＋3HCl②SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑③5∶1【解析】(1)根據(jù)反應SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(3