人教版高中化学必修二 第五章 第三节 无机非金属材料

基础过关练

题组一 硅酸盐材料

1．我国古代在材料方面取得了突出的成就。下列材料主要成分不是硅酸盐的是 ( )

A．陶俑 B．琉璃瓦 C．汉白玉 D．青花瓷

2．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是 ( )

A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品

B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂

C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高

D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐

3．500多年前，一艘载着天然苏打晶体( Na₂CO₃·10H₂O)的商船在航行中搁浅，船员们便在附近的沙滩上用几块苏打晶体支锅煮饭。之后他们惊奇地发现，在苏打与沙粒接触的地方出现了许多晶莹发亮的珠子。回答下列问题：

(1)沙滩上沙粒的主要成分为____（填化学式）。

(2)上述晶莹发亮的珠子可能是____（填字母）。

A．水晶颗粒 B．无水碳酸钠

C．晶体硅 D．玻璃珠

(3)生成该珠子时发生反应的化学方程式为____。

(4)氢氟酸是HF的水溶液，可与Si0₂反应生成SiF₄和H₂O。氢氟酸常用作玻璃的蚀刻剂，原因是____（用化学方程式表示）。

题组二晶体硅的制备方法

4．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”。可以按下列方法制备：

下列说法不正确的是 ( )

A．步骤①的化学方程式为Si0₂+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

5．（2019河南商丘九校高一上期末联考）由二氧化硅制高纯硅的流程如下，下列说法中错误的是 ( )

A.SiHCl₃的摩尔质量为135.5 g

B.H₂和HCl均可循环利用

C.Si0₂是一种坚硬难熔的固体

D．①②③均属于氧化还原反应

题组三新型无机非金属材料

6．我国已跨入“互联网+”时代，而“互联网”的建设离不开无机非金属材料硅。下列物品中用到硅单质的是 ( )

A．陶瓷餐具 B．石英钟表

C．计算机芯片 D．光导纤维

7．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Si₃N₄

B．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Si0₂

D.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1：2

8．晶体硅是信息科学和能源科学的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。下列流程图是工业上制取纯硅的一种方法：

请回答下列问题：

(1)反应Ⅰ的化学方程式为____；在上述生产过程中除反应Ⅰ属于置换反应外还有____（填反应的代号“Ⅱ→Ⅳ”）。

(2)A、B、C三种气体中，在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是____。（写化学式）

(3)纯硅可与强碱反应放出氢气，其化学方程式为____。

(4)工业上制取合成氨的原料H₂是先将焦炭与水蒸气反应生成水煤气，再提纯水煤气，从而得到纯净的H₂，则工业上制得纯净H₂的化学方程式为____。

能力提升练

1．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．陶瓷属于硅酸盐制品，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸

2.我国“化学”一词最早出于《化学鉴原》(1871年)。该书把一种元素翻译为“矽”。在地壳里，“矽”的含量在所有元素含量中占第二位，现代把这种“矽”元素命名为 ( )

A．锡 B．硒 C．氧 D．硅

3.下列有关硅及其化合物用途的说法中，正确的是 ( )

A.二氧化硅是制造太阳能电池的主要原料

B．在电子工业中，硅是重要的半导体材料

C．硅是现代光学及光纤制品的基本原料

D．可用石英坩埚加热氢氧化钠固体

4．近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是 ( )

A.Si24是一种新型化合物

B.Si24是硅的一种同素异形体

C.Si24易与稀硫酸反应生成氢气

D.Si24属于新型的硅酸盐材料

5．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下：

已知：流化床反应器的产物中，除SiCl₄外，还有SiHCl₃ 、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等。

下列说法正确的是 ( )

A．电弧炉发生的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:1

B.SiCl₄进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯

C．每生产1 mol高纯硅，需要44.8 L Cl₂（标准状况）

D.该生产工艺的产率高，不会对环境产生污染

6．中国高铁对实现“一带一路”的战略构想有重要的作用。

(1)建设高铁轨道需要大量的水泥，生产水泥的主要原材料是黏土和____。

(2)高铁上的信息传输系统使用了光导纤维，其主要成分是____；乘务员使用的无线通话机的芯片材料是____。

(3)高铁上安装有许多玻璃，氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹，氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为____。

(4)高铁上的卫生间没有任何异味，是由于所使用的马桶、地漏和洗手盆下水口都是纳米硅胶的高科技产品，向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体，该反应的离子方程式为____。

7．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），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450~500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。

相关信息如下：

a．四氯化硅接触水会发生化学反应；

b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；

c．有关物质的物理常数见下表：

请回答下列问题：

(1)写出装置A中发生反应的化学方程式：____，D中发生反应的化学方程式：____。

(2)A中g管的作用是____，装置C中的试剂是____，作用是____。

(3)装置E中的h瓶需要冷却的理由是____。

(4)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是____（填写元素符号）。

(5)过量的氯气可以用石灰乳来处理，请写出该反应的化学方程式：____。

答案

第三节无机非金属材料

基础过关练

1．C汉白玉的主要成分是碳酸钙。

2.C陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的主要原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是Si0₂，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。

3．答案(1)Si0₂ (2)D

(3) SiO₂+Na₂CO₃Na₂Si0₃+CO₂↑

(4) Si0₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O

解析 (l)沙滩上沙粒的主要成分为二氧化硅，化学式为Si0₂。

(2)高温下二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，硅酸钠与二氧化硅均是玻璃的主要成分，所以题述晶莹发亮的珠子可能是玻璃珠。

(3)根据以上分析可知生成该珠子时发生反应的化学方程式为Si0₂+

Na₂CO₃Na₂Si0₃+CO₂↑

(4)氢氟酸能与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，因此氢氟酸常用作玻璃的蚀刻剂，反应的化学方程式为Si0₂+4HF=SiF₄↑+2H₂0。

4.A二氧化硅高温下与C反应生成CO气体，即步骤①的化学方程式为Si0₂+2CSi+2CO↑，该反应中每生成1mol Si，转移4 mol电子，故A错误，B正确；高纯硅是半导体，是制造集成电路、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，故C正确；沸点相差30℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离，故D正确。

5．A SiHCl₃的摩尔质量为135.5 g/mol，A错误；由生产高纯硅的流程示意图可知，H₂和HCl既是反应物，又是生成物，所以均可循环利用，B正确；Si0₂的硬度大，熔点高，C正确；反应①为Si0₂+2CSi（粗）+2CO↑，反应②为Si（粗）+3HClSiHCl₃+H₂，反应③为SiHCl₃+H₂Si+3HCl，三个方程式中元素的化合价均发生变化，均属于氧化还原反应，D正确。

6．C陶瓷餐具是硅酸盐产品，主要成分为硅酸盐，A错误；石英主要成分为二氧化硅，B错误；硅单质是半导体材料，可以制计算机芯片，C正确；光导纤维的主要成分为二氧化硅,D错误。

7.D A项，在氮化硅中N元素为-3价，Si元素为+4价，则化学式为Si₃N₄，正确；D项，在SiO₂晶体中，硅原子和硅氧单键个数之比为1：4，错误。

8．答案(1)2C+Si0₂2CO↑+Si（粗） Ⅱ、Ⅲ

(2) CO₂

(3) Si+2NaOH+H₂O=Na₂Si0₃+2H₂↑

(4) CO+H₂OCO₂+H₂

解析二氧化硅与焦炭在高温下反应生成硅和CO，即A是CO，CO与水蒸气在高温下反应生成氢气和CO₂，即B是CO₂，粗硅与氯化氢在523~573 K下反应生成氢气和SiHCl₃，SiHCl₃与氢气在1357 K下反应生成硅和氯化氢，即C是氯化氢。

(1)根据以上分析可知反应I的化学方程式为2C+SiO₂2CO↑+Si（粗）。置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，所以属于置换反应的除了Ⅰ以外还有Ⅱ、Ⅲ。(2)A、B、C分别为CO、CO₂、HCl，作为减排目标的一种气体是CO₂。(3)纯硅可与强碱反应放出氢气，其化学方程式为Si+2NaOH+H₂0=Na₂Si0₃+2H₂↑。(4)水蒸气与CO在催化剂存在、1073 K条件下反应生成氢气和二氧化碳的化学方程式为CO+H₂O CO₂+H₂。

能力提升练

1．C瓷器的主要原料是黏土，属于混合物，C错误。

2.D地壳中含量居前五位的元素是氧、硅、铝、铁、钙，含量居第二位的元素是硅。

3.B制造太阳能电池的主要原料是晶体硅，A错误；晶体硅是重要的半导体材料，B正确；Si0₂是现代光学及光纤制品的基本原料，C错误；石英的成分是二氧化硅，在加热条件下与NaOH反应，D、错误。

4．B该物质是一种单质而不是化合物，不属于硅酸盐材料，A、D错误；Si₂₄是单质，与硅单质属于同素异形体，B正确；硅的性质稳定，不与稀硫酸反应，C错误。

5.B电弧炉中发生的反应为2C+Si0₂2CO↑+Si，氧化剂是SiO₂，还原剂是C，二者的物质的量之比为1:2，A错误；SiCl₄进入还原炉之前在流化床反应器中除SiCl₄外，还有SiHCl₃、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，需要经过蒸馏提纯，B正确；生成1 mol高纯硅需要1 mol SiCl₄，而粗硅与Cl2反应时，产物不仅是SiCl₄，所以每生产1 mol高纯Si需要Cl2

的体积大于44.8 L（标准状况），C错误；该生产工艺中会产生HCl气体，会对环境产生污染，D错误。

6．答案(1)石灰石(2)Si0₂ Si

(3)4HF+Si0₂=SiF₄↑+2H₂O

(4)2H⁺+=H₂Si0₃（胶体）

解析(1)建设高铁轨道需要大量的水泥，生产水泥的主要原材料是黏土和石灰石。

(2)高铁上的信息传输系统使用了光导纤维，其主要成分是SiO₂；硅是半导体材料，乘务员使用的无线通话机的芯片材料是Si。

(3)氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应生成四氟化硅和水，反应的化学方程式为4HF+Si0₂=SiF₄↑+2H₂O。

(4)向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体，该反应的离子方程式为2H⁺+=H₂Si0₃（胶体）。

7．答案 (1) MNO₂ +4HCl（浓）MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O 2Cl₂+SiSiCl₄

(2)平衡气压 浓硫酸 干燥氯气

(3)四氯化硅沸点低，需要冷凝收集

(4) Al、Cl、P

(5) 2Cl₂+2Ca( OH)₂=CaCl₂+Ca( ClO) ₂+2H₂O

解析(1)装置A用来制备氯气，实验室利用浓盐酸和二氧化锰加热制备氯气，则其中发生反应的化学方程式为MnO₂+4HCl（浓）MnCl₂+Cl₂↑+2H₂0，D中是Si与氯气在加热条件下反应生成四氯化硅，则D中发生反应的化学方程式为2Cl₂+SiSiCl₄。

(2)A中g管可以使内外压强相等，便于液体顺利流下；生成的氯气中混有氯化氢和水蒸气，首先利用饱和食盐水除去氯化氢，最后干燥氯气，则装置C中的试剂是浓硫酸，作用是干燥氯气。

(3)根据表中数据可知四氯化硅沸点低，因此装置E中的h瓶需要冷却的理由是冷凝收集四氯化硅。

(4)根据表中数据可知BCl3的熔点低，精馏时首先变成蒸气，而AlCl₃、FeCl₃，PCl₅的沸点（或升华温度）高于SiCl₄，在精馏装置中残留，因此精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是Al、Cl、P。

(5)过量的氯气可以用石灰乳来处理，该反应的化学方程式为2Cl₂+2Ca( OH)₂=CaCl₂+Ca( ClO) ₂+2H₂O。