高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料课时作业

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[基础过关练]
1．(素养题)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．陶瓷具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
A [氧化铁为红棕色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，A错误；秦兵马俑是陶制品，陶制品是由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，B正确；陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，C正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等特点，D正确。]
2．下列有关说法正确的是( )
A．碳、硅原子最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，故二者的单质很难发生化学反应
B．硅是一种亲氧元素，在地壳中只有SiO2一种存在形式
C．自然界中，碳元素只有有机物和氧化物两种存在形式
D．硅的氧化物和硅酸盐是构成地壳的主要物质
D [碳、硅的单质在加热条件下可与O2反应，并非很难发生化学反应，A项错误；硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，是构成地壳的主要物质，B项错误，D项正确；碳元素在自然界中还有单质、碳酸盐等多种存在形式，C项错误。]
3．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和粘土主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
A [沙子的主要成分是SiO2，粘土的主要成分是硅酸盐，A错误；“燃薪举火”烧制粘土，发生一系列复杂的物理化学变化，制得砖、瓦等硅酸盐产品，B正确；据“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，烧制后浇水冷却成青瓦，C正确；粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D正确。]
4．硅谷是世界上最知名的电子工业集中地，以硅芯片的设计与制造著称于世。下列有关硅的说法正确的是( )
A．硅既不易失去电子又不易得到电子，所以既不能作氧化剂，又不能作还原剂
B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量居第一位
C．硅的化学性质不活泼，在自然界中以游离态的形式存在
D．在电子工业中，硅是最重要的半导体材料
D [硅原子最外层电子数为4，因此既不易失去电子又不易得到电子，常温下硅化学性质不活泼，但在反应Si＋2F2===SiF4、Si＋O2eq \(=====,\s\up10(△))SiO2中Si作还原剂，A项错误；硅在地壳中的含量居第二位，B项错误；自然界中只有化合态的硅，C项错误。]
5．碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是( )
A．碳纳米管属于一种有机合成纤维
B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体
C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性
D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料
A [碳纳米管是由碳元素组成的碳单质，不属于有机合成纤维，A项错误；碳纳米管与金刚石是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，B项正确；碳单质性质稳定，所以常温下，碳纳米管具有较好的稳定性，C项正确；碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，所以比表面积大，可用作新型储氢材料，D项正确。]
6．宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是 ( )
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．它是一种新型无机非金属材料
B [由题目信息中“连续纤维增韧”可知，该航天服的韧性很好，质地并不是很脆，B错误。]
7．下列叙述正确的是( )
A．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物
B．因为Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up10(高温))Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D．CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似
C [SiO2能和氢氧化钠等碱溶液反应，与氢氟酸反应生成的不是盐和水，且不能与其他酸反应，故SiO2属于酸性氧化物，A错误；反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up10(高温))Na2SiO3＋CO2↑是利用高沸点酸制低沸点酸的原理，不能据此说明硅酸的酸性比碳酸强，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；CO2和SiO2都能与碳反应，反应中碳是还原剂，CO2和SiO2都作氧化剂，C正确；CO2是由分子构成的化合物，SiO2是由硅原子和氧原子构成的立体网状结构的化合物，不存在单个的分子，两者结构不同，物理性质相差较大，D错误。]
8．工业上制备下列物质的生产流程合理的是( )
D [工业上通过电解熔融氧化铝制备金属铝，A错误；工业上通过电解熔融的氯化镁制备金属镁，B错误；工业上用氯气和石灰乳反应制备漂白粉，C错误；黄铁矿的主要成分是FeS2，通过该生产流程可制备硫酸，D正确。]
9．在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．Feeq \(――→,\s\up10(Cl2),\s\d10(点燃))FeCl2eq \(――――――→,\s\up10(NaOH溶液),\s\d10())Fe(OH)2
B．CaCO3eq \(――→,\s\up10(高温),\s\d10())CaOeq \(――→,\s\up10(SiO2),\s\d10(高温))CaSiO3
C．Al2O3eq \(――→,\s\up10(H2O),\s\d10(△))Al(OH)3eq \(――――――→,\s\up10(NaOH溶液),\s\d10())NaAlO2
D．Seq \(――→,\s\up10(O2),\s\d10(点燃))SO3eq \(――→,\s\up10(H2O),\s\d10())H2SO4
B [Fe在氯气中燃烧生成FeCl3，A项错误；B项所示转化的化学方程式为CaCO3eq \(=====,\s\up10(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋SiO2eq \(=====,\s\up10(高温))CaSiO3，B项正确；Al2O3难溶于水，不与水反应，C项错误；S在氧气中燃烧生成SO2，D项错误。]
10．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，性质相似，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，其反应方程式为___________________。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。
(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq \(=====,\s\up10(高温))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__________________________________。
[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)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。(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。
[答案] (1)D (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (3)防火剂 (4)C SiO2
11．已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如图所示转化，反应中部分生成物已略去。其中，A、G为非金属单质，且常温下呈固态，形成G单质的元素在地壳中含量居第二位，B、C、H在通常情况下为气体，化合物C是一种能形成酸雨的大气污染物。
请回答下列问题：
(1)写出E的两种用途：________、________。
(2)反应②的离子方程式为______________________。
(3)反应③的化学方程式是_______________________。
(4)反应④的离子方程式是_____________________。
(5)写出一个由A生成H的置换反应的化学方程式：___________________。
[解析] 由“形成G单质的元素在地壳中含量居第二位”可知，G为Si，根据非金属单质A与E在高温下反应生成G和气体H，且E能与氢氧化钠溶液反应，推知A为碳单质、E为SiO2，H为CO。则B为CO2、C为SO2、F为Na2SiO3、D为H2SiO3。
[答案] (1)制光导纤维 作建筑材料(其他合理答案也可)
(2)SiO2＋2OH－===SiOeq \\al(2－,3)＋H2O
(3)C＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up10(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
(4)SiOeq \\al(2－,3)＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋COeq \\al(2－,3)(或SiOeq \\al(2－,3)＋2CO2＋2H2O===2HCOeq \\al(－,3)＋H2SiO3↓)
(5)C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up10(高温))CO＋H2(合理即可)
[拓展培优练]
12．(双选)(易错题)由SiO2制备高纯硅的工业流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．SiO2、纯硅均具有硬度大、熔沸点高的特点
B．X为CO2气体
C．反应②产生的H2与反应③产生的HCl可以循环使用
D．SiHCl3的摩尔质量为135.5 g
BD [X为CO，摩尔质量的单位为g·ml－1，B、D错误。]
13．某物质A的水溶液中有如图所示的转化关系：
回答下列问题：
(1)写出C、D、E的化学式：
C________；D________；E________。
(2)检验B溶液中阴离子的实验操作和实验现象是______________________
____________________________________________________________________。
(3)写出下列反应的离子方程式：
①A＋足量NaOH溶液：___________________________________________
____________________________________________________________________。
②C、D按体积比1∶1通入水中______________________________________
____________________________________________________________________。
③A＋H2O2_______________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] 本题的突破口在于A既能和浓硫酸反应，又能和NaOH溶液加热生成无色气体D，可知A为铵盐，且为弱酸的铵盐。又A与H2O2反应生成B，说明A中含SOeq \\al(2－,3)或HSOeq \\al(－,3)，由C、D按体积比1∶1得A，推出A含HSOeq \\al(－,3)。由上述推断得出A为NH4HSO3。由此，其他问题就可较容易地解决了。
[答案] (1)SO2 NH3 Na2SO3 (2)取少量B溶液于试管中，加入少量稀盐酸，无现象，再加入BaCl2溶液产生白色沉淀，证明B中含有SOeq \\al(2－,4) (3)①NHeq \\al(＋,4)＋HSOeq \\al(－,3)＋2OH－eq \(=====,\s\up10(△))SOeq \\al(2－,3)＋NH3↑＋2H2O ②NH3＋SO2＋H2O===NHeq \\al(＋,4)＋HSOeq \\al(－,3) ③HSOeq \\al(－,3)＋H2O2===SOeq \\al(2－,4)＋H＋＋H2O
14．(素养题)某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。
(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是________________________
___________________________________________________________________。
(2)装置B的作用是_______________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为________、________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两种气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_________________________________________________________________
________________________________________________________。
(4)该装置的缺点是_____________________________________。
(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反应后收集到标准状况下气体的体积为13.44 L，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为________。
(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：__________________________
_________________________________________________________________。
[解析] (1)碳与二氧化硅的反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中的氧气、二氧化碳、水反应，故实验时要通入足够长时间的N2，来排尽装置中的空气。
(2)根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸。
(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳，也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明气体产物中既有二氧化碳又有一氧化碳，且检测到两种气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2＋4Ceq \(=====,\s\up10(高温))2CO2↑＋2CO↑＋3Si。
(4)一氧化碳有毒，排放到空气中会造成环境污染，故该装置的缺点是没有尾气吸收装置。
(5)18 g SiO2的物质的量为0.3 ml,8.4 g焦炭的物质的量为0.7 ml，充分反应后收集到标准状况下气体的体积为13.44 L，气体的物质的量为0.6 ml，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，
得到Si和SiC的物质的量之比为0.2 ml∶0.1 ml＝2∶1。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，可将CO2气体通入硅酸钠溶液，发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明酸性：H2CO3＞H2SiO3。
[答案] (1)避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰
(2)作安全瓶，防止倒吸
(3)澄清石灰水 PdCl2溶液 3SiO2＋4Ceq \(=====,\s\up10(高温))2CO2↑＋2CO↑＋3Si
(4)无尾气吸收装置 (5)2∶1
(6)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊