2025版高中化学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讲练作业新人教版必修第二册

第三节无机非金属材料
一、无机非金属材料
1.组成元素:多含有__________、__________等元素。

2.性能:具有耐__________、抗__________、__________高等特点,以及特别的光学、电学等性能。

二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料
1.硅酸盐的结构:Si和O构成了硅氧__________________。

2.硅酸盐的特性:大多具有硬度________、熔点________、________溶于水、化学性质__________、耐__________等特点。

3.常见的硅酸盐材料
(1)陶瓷
①主要原料:______________________。

②应用:生产建筑材料、__________材料、日用器皿、卫生洁具等。

(2)玻璃
①原料:__________、__________和石英砂。

②主要成分:________、__________、____________。

制备玻璃的反应方程式为______________________、__________________。

③应用:用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿,还可制造__________。

(3)水泥
①原料:以黏土、__________为主要原料。

②应用:制造混凝土。

三、新型无机非金属材料
1.硅和二氧化硅:
(1)高纯硅的制备
其中涉及的主要化学反应为
①________________________________________,
②________________________________________,
③________________________________________。

(2)硅和二氧化硅的用途
①高纯硅用于__________技术和新能源技术等领域。

②SiO2用于生产____________。

2.新型陶瓷
(1)组成:不再限于传统的硅酸盐体系。

(2)特性和功能:在__________、__________、__________、磁学等方面具有很多新的特性和功能。

(3)常见的类型:高温结构陶瓷、压电陶瓷、透亮陶瓷、超导陶瓷。

3.碳纳米材料
在能源、信息、医药等领域有着广袤的应用前景,主要包括__________、__________、__________等。

1.下列关于无机非金属材料的说法不正确的是( )
A.黏土的主要成分是含水的铝硅酸盐,是陶瓷的主要原料,陶瓷可用于生产绝缘材料、卫生洁具等
B.一般硅酸盐水泥的主要原料是石膏,水泥大量用于建筑和水利工程
C.金刚砂硬度大可作砂轮的磨料,具有良好的高温抗氧化性能,可用作耐高温半导体材料
D.石墨烯具有电阻率低、热导率高、强度高的特点,可用于生产动力电池和超轻海绵
2.中国人在科学技术上的成果以及对美的追求与塑造,在很多方面都是通过陶瓷制作来体现的。

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
3.据报道,我国科学家研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的。

下列叙述不正确的是( )
A.它耐高温、隔热性好
B.它比钢铁轻、硬,但质地较脆
C.它没有固定熔点
D.它是一种新型无机非金属材料
4.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是( )
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.①②③④⑥
B.全部
C.⑤⑦
D.①②⑥⑦
5.下列叙述正确的是( )
A.CO2和SiO2两者物理性质相像
B.因为CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强
C.SiO2+2C Si+2CO↑,能说明非金属性Si比C强
D.SiO2既能和NaOH反应,又能和HF反应
6.下列试剂中,能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是( )
A.氢氟酸
B.氢氧化钠溶液
C.盐酸
D.水玻璃
7.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________。

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和CO2都属于酸性氧化物,性质相像,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)工业上常利用反应2C+SiO2Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价上升的物质是________________(填化学式,下同),氧化剂是________。

8.《天工开物》记载“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无砂黏土而为之”,“凡坯既成,干燥之后,则积累窖中燃薪举火”,“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。

下列说法错误的是( )
A.沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B.“燃薪举火”使黏土发生困难的物理、化学改变
C.烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦
D.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
9.如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程,下列说法正确的是( )
A.SiO2属于两性氧化物
B.酸性:H2SiO3<H2CO3
C.硅胶吸水后不行重复运用
D.图中所示转化反应都是氧化还原反应
10.用SiHCl3(沸点为33 ℃,能与H2O、O2发生反应)与过量H2在1 100 ℃反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置已略去):
(1)装置B中的试剂是________,装置C中的烧瓶须要加热,其目的是________
______________。

(2)反应一段时间后,装置D中视察到的现象是__________________________,
装置D中发生反应的化学方程式为_______________________________。

(3)为保证制备纯硅试验的胜利,操作的关键是检查试验装置的气密性,限制好反应温度以及______________________________。

(4)为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。

a.碘水
b.氯水
c.NaOH溶液
d.KSCN溶液
e.Na2SO3溶液
11.含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维,C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

(1)在元素周期表中,A位于第__________族,与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为__________,A与B在原子的电子层结构上的相同点是_____________________。

(2)易与C发生化学反应的酸是__________,反应的化学方程式是_____________
____________。

(3)将C与纯碱混合,高温熔融时发生化学反应生成D,同时还生成B的最高价氧化物E;将少量的E通入D 的水溶液中,生成含A的化合物F。

①分别写诞生成D和F的化学反应方程式:__________________________、
_______________________。

②要将纯碱高温熔化,下列坩埚中不行选用的是__________。

A.一般玻璃坩埚
B.石英玻璃坩埚
C.铁坩埚
12.在半导体工业中有这样一句话:“从沙滩到用户”。

其中由粗硅制纯硅的常用方法为Si(粗)+2Cl2
SiCl4,SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl。

若在25 ℃、101 kPa条件下反应生成HCl气体49 L(注:25 ℃、101 kPa 条件下气体摩尔体积为24.5 L·mol-1),则
(1)反应生成HCl气体的质量为______________,同时两个反应共转移电子的个数为_______________。

(2)反应生成的HCl气体溶于127 mL水中,得到密度为 1.20 g·mL-1的盐酸,此盐酸的物质的量浓度为________。

(3)“从沙滩到用户”涉及多个反应,其中在高温条件下制取粗硅的反应方程式为________________。

纯净的石英与烧碱反应可以制得水玻璃,反应的离子方程式为____________________________________。

(4)一般玻璃若以氧化物形式表示其组成(质量分数):Na2O 13%,CaO 11.7%,SiO2 75.3%。

现以石灰石、纯碱和石英为原料生产这种玻璃10 t,石灰石的利用率为80%,纯碱和石英的利用率为95%,至少须要上述原料的质量是________t(保留两位小数)。

第三节无机非金属材料
必备学问落实
一、1.硅氧
2.高温腐蚀硬度
二、1.四面体 2.高高难稳定腐蚀
3.(1)①黏土②绝缘
(2)①纯碱石灰石
②Na2SiO3CaSiO3SiO2
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑
③玻璃纤维
(3)①石灰石
三、1.(1)①SiO2+2C Si+2CO↑
②Si+3HCl SiHCl3+H2
③SiHCl3+H2Si+3HCl
(2)①信息②光导纤维
2.(2)光学热学电学
3.富勒烯碳纳米管石墨烯
知能素养进阶
1.B 一般硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石,在水泥中加入适量石膏可调整水泥硬化速率,故B项错误。

2.B 陶瓷由黏土烧制而成,不须要用到石英砂,A错误;陶皿材料中含有SiO2,SiO2不与盐酸反应,但能与氢氟酸反应,故陶皿可用于盛放盐酸,但不能用于盛放氢氟酸,B正确;钢化玻璃不是陶瓷材料,C错误;SiO2在
高温下会与CaCO3反应,故陶瓷坩埚不能用于煅烧石灰石制备生石灰,D错误。

3.B 因为航天器在穿过稠密的大气层返回地球的过程中与大气猛烈摩擦,产生高温,为了防止烧毁航天器,所以这种材料应具备耐高温的特点;还要防止舱内温度过高导致对宇航员产生危急,这种材料还应具备隔热性好的特点,A正确;由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航空材料的韧性很好,B错误;该航空材料是复合而成的混合物,没有固定熔点,C正确;该航空材料的各成分都是无机物,所以其是一种新型无机非金属材料,D正确。

4.A 玻璃的主要成分为硅酸钠、硅酸钙和SiO2,水晶、石英、玛瑙、光导纤维的主要成分是SiO2;硅太阳能电池、计算机芯片是由硅单质组成的。

5.D CO2和SiO2两者物理性质差异较大,CO2的熔、沸点低,SiO2的熔、沸点高,硬度大,A项错误;硅酸的酸性比H2CO3弱,反应能发生是因为CO2为气体,可以脱离反应体系,B项错误;碳的非金属性比硅强,而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅,C项错误;SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O,SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O,D项正确。

6.C 氢氟酸应当保存在塑料瓶中;保存氢氧化钠溶液用橡胶塞或软木塞;水玻璃具有黏性,能使试剂瓶与瓶塞坚固地黏在一起,也应当用橡胶塞或软木塞。

7.【解析】(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含硅元素,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)题给反应中C(碳)被氧化,SiO2中+4价的硅被还原,因此SiO2是氧化剂。

答案:(1)D
(2)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O 氢氟酸
(3)C SiO2
8.A A项,沙子的主要成分是二氧化硅,不是硅酸盐,错误;B项,硅酸盐工业煅烧过程中发生一系列困难的物理、化学改变,正确;C项,自然冷却生成的物质中铁元素为+3价,所以为红瓦,浇水过程中,水在高温下与碳反应生成还原性气体CO,Fe3+被还原为Fe2+,所以成青瓦,正确;D项,砖瓦和陶瓷的主要原料为黏土,正确。

9.B SiO2不与除HF之外的酸反应,SiO2是酸性氧化物,不属于两性氧化物,A项错误;由Na2SiO3、CO2和H2O 反应生成H2SiO3可知,H2CO3的酸性强于H2SiO3,B项正确;硅胶吸水后再经加热除水即可以重复运用,C项错误;图中有的转化反应不是氧化还原反应,如SiO2与NaOH溶液的反应等,D项错误。

10.【解析】(1)为防止SiHCl3与H2O猛烈反应,须要干燥剂干燥氢气,浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应,所以可以作干燥剂;上升温度能使SiHCl3汽化,从而使SiHCl3和氢气在D中反应。

(2)D中发生反应SiHCl3+H2 Si+3HCl,Si为固态,所以看到的现象是有固体物质生成。

(3)Si是亲氧元素,为防止Si被氧化,须要排尽装置中的空气。

(4)铁与稀盐酸反应生成FeCl2,向溶液中加入强氧化剂,然后加入KSCN溶液检验,这几种物质中氯水具有强氧化性,故选b、d。

答案:(1)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
(2)有固体物质生成SiHCl3+H2Si+3HCl
(3)排尽装置中的空气(4)b、d
11.【解析】含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,则A为Si,含A元素的一种化合物C可用于制
造高性能的现代通讯材料——光导纤维,则C为SiO2,C与烧碱反应生成含A元素的化合物D为Na2SiO3。

(1)A的最外层电子数为4,位于第ⅣA族,与A同族但相对原子质量比A小的元素B为C,其原子结构示意图
为,二者最外层均有4个电子;
(2)二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅与水,反应方程式为SiO2+4HF=== SiF4↑+2H2O;
(3)①将SiO2与纯碱混合,高温熔融时反应生成Na2SiO3,同时还生成B的最高价氧化物E,则E为CO2,反应为SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑;将少量的CO2与Na2SiO3在足量的水中混合后,生成了含A的化合物F,F为H2SiO3,反应方程式为Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓;②一般玻璃坩埚、石英玻璃坩埚中的二氧化硅在高温下都能与碳酸钠反应,应在铁坩埚中熔化纯碱,A、B两选项符合题意。

答案:(1)ⅣA 最外层均有4个电子
(2)氢氟酸SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
(3)①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓②AB
12.【解析】(1)25 ℃、101 kPa条件下气体摩尔体积为24.5 L·mol-1,49 L HCl气体的物质的量为2 mol,其质量为2 mol×36.5 g·mol-1=73 g,两个反应共转移电子个数为4N A。

(2)溶质质量为73 g,水的质量为127 g,所以溶液体积为200 g
1.20 g·mL-1=1
6
L,则盐酸的物质的量浓度是2mol
1
6
L
=12
mol·L-1。

(3)高温条件下制取粗硅是用碳还原二氧化硅,其化学方程式为SiO2+2C Si(粗)+2CO↑,石英的主要成分是SiO2,与烧碱反应制取水玻璃,反应的离子方程式为SiO2+2OH-===Si O32-+H2O。

(4)10 t这种玻璃中含Na2O 1.3 t,CaO 1.17 t,SiO2 7.53 t,由
CaCO3~ CaO
100 56
0.8x 1.17 t
所需CaCO3的质量为x=100×1.17 t
56×0.8
≈2.61 t
Na2CO3~ Na2O
106 62
0.95y 1.3 t
所需Na2CO3的质量为y=106×1.3 t
62×0.95
≈2.34 t
所需石英的质量为7.53 t
0.95
≈7.93 t
则至少须要上述原料的质量为2.61 t+2.34 t+7.93 t=12.88 t。

答案:(1)73 g 4N A(2)12 mol·L-1
(3)SiO2+2C Si(粗)+2CO↑
SiO2+2OH-===Si O32-+H2O (4)12.88。