高中化学新教材同步必修第二册 第5章 第三节　无机非金属材料

第三节无机非金属材料[核心素养发展目标]1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识和责任感。一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料1.硅酸盐及其结构(1)硅酸盐的概念硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。(2)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。(3)硅酸盐的特性硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。2.常见的硅酸盐材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土辅助原料：适量的石膏设备—玻璃窑水泥回转窑主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维大量用于建筑和水利工程(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物()(2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定()(3)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合()(4)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土()(5)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行()(6)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化()答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√(6)√1.传统的玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品，根据你的观察和使用经验，将它们的主要物理性质和化学性质填入下表。材料物理性质化学性质玻璃陶瓷答案材料物理性质化学性质玻璃硬度大、耐磨损、耐高温、较脆很稳定陶瓷硬度大、耐磨损、耐高温很稳定2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。(1)硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。(2)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓。(3)少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)。相关链接硅酸盐的丰富性和多样性由于铝与硅在元素周期表中位置相邻、粒子大小相近，＋3价的铝常或多或少地置换硅酸盐中＋4价的硅而形成铝硅酸盐。为了保持电中性，会伴随引入其他正离子，从而大大增加了硅酸盐品种的多样性和结构的复杂性，同时也为应用硅酸盐材料提供了更广阔的选择。硅酸盐岩石长期在水和大气中二氧化碳的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体。土壤胶体粒子表面积巨大且带负电，能与NHeq\o\al(＋,4)、K＋等数十种生物所需的营养离子相互作用，使土壤具有保肥能力。这是大自然对人类及地球生物的馈赠，我们应该爱护大地母亲。保持土壤的良好结构和化学成分，就是保证农业、牧业和林业持续发展的基础。1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是()A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅C.陶瓷的主要原料是黏土D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料答案B解析普通玻璃主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。2.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()A.这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质答案D解析水玻璃为硅酸钠溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。3.某博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)，婺州窑瓷器胎体的原料为高岭土[AlnSi2O5(OH)4]。下列说法不正确的是()A.古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品B.高岭土为含水的铝硅酸盐C.n＝3D.我国在新石器时代已能烧制陶器答案C解析根据化合物中正负化合价代数和为0的规则：n×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋4×(－1)＝0，解得n＝2。二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅(1)硅的存在与性质①硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在；②单质硅是应用最为广泛的半导体材料；③高温下，硅能与氧气反应生成SiO2，与氯气反应生成SiCl4。(2)二氧化硅的性质①二氧化硅硬度大、熔点高，不溶于水；②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；③具有氧化性：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑；④特性：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。2.新型陶瓷(1)新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有很大的变化，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。(2)常见新型陶瓷及其用途(连线)(3)高温结构陶瓷——碳化硅(SiC)碳化硅俗称金刚砂，它是由碳原子和硅原子通过共价键连接而形成，与金刚石的结构类似，具有硬度大和优异的高温抗氧化性能。3.碳纳米材料(1)富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。(2)碳纳米管是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，具有高强度和优良的电学性能。(3)石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。碳纳米材料有不同的结构碳原子排列方式不同和性质。(1)硅晶片是生产芯片的基础材料()(2)生产光导纤维的原料是二氧化硅()(3)二氧化硅是酸性氧化物，只能与碱反应，不能与酸反应()(4)磨口玻璃塞试剂瓶不能盛放烧碱溶液，但能盛放氢氟酸()(5)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体()(6)富勒烯和石墨烯完全燃烧的产物都是二氧化碳()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√1.工业制备高纯硅的原理如图所示：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(1800～2000℃),\s\do5(①焦炭))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(300℃),\s\do5(②HCl))eq\x(SiHCl3)eq\o(→,\s\up7(1100℃),\s\do5(③H2))eq\x(高纯硅)(1)写出工业制备高纯硅反应的化学方程式：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑；②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl。(2)上述反应共同的反应类型是氧化还原反应(或置换反应)，反应①中焦炭的作用是还原剂，反应③中氢气的作用是还原剂。(3)在半导体工业中有这样一句行话：“从沙滩到用户”，你是如何理解的？提示沙子的主要成分是SiO2，作为半导体材料的硅单质是用焦炭还原SiO2制得的。2.回答下列问题。(1)碳和硅的原子结构有何异同？从二者在元素周期表中的位置能获得什么信息？提示原子的最外层电子数相同，电子层数不同。不在同一周期，位于同一族。从二者在周期表中的位置可知碳的非金属性强于硅。(2)碳和硅单质的存在形式有何相似之处？其性质有何不同？提示单质都有晶体和无定形两种。硅晶体是良好的半导体材料，而石墨是良导体，金刚石、C60不导电。(3)碳和硅的氧化物有何异同？提示硅的氧化物只有SiO2，而碳的氧化物有CO和CO2两种。SiO2、CO2均属于酸性氧化物，CO属于不成盐氧化物。SiO2为固态，存在于地表及地壳中；CO2、CO为气态，存在于大气中；SiO2的性质比CO2更稳定等。3.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃时反应获得。(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________(填字母)。A.制汽轮机叶片 B.制有色金属C.制永久性模具 D.制造柴油机(2)写出氮原子结构示意图________，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式________________________________________________________________________。(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：________________________________________________________________________。(4)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为___________________________________________________________。答案(1)ACD(2)Si3N4(3)Si3N4＋12HF=3SiF4↑＋4NH3↑(4)3SiCl4＋2N2＋6H2eq\o(=,\s\up7(强热))Si3N4＋12HCl相关链接近几年，具有特殊功能的特殊的含硅材料得到迅速发展。例如硅与碳的化合物碳化硅(SiC，俗称金刚砂)，具有金刚石结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮的磨料；含4%硅的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；人工合成的硅橡胶是目前最好的既耐高温又耐低温的橡胶，在－60～250℃仍能保持良好的弹性，用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料等；人；等等。1.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答案A解析玻璃、石英、水晶、玛瑙和光导纤维的成分中都含有二氧化硅，计算机芯片、硅太阳能电池的主要成分是单质硅。2.(2018·三门峡高一期末)高纯度晶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”。它可以按下列方法制备：SiO2eq\o(→,\s\up7(①C),\s\do5(高温))Si(粗)eq\o(→,\s\up7(②HCl),\s\do5(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up7(③过量H2),\s\do5(1100℃))Si(纯)下列说法不正确的是()A.步骤①的化学方程式：SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋CO2↑B.步骤①中每生成1molSi，转移4mol电子C.步骤③中的反应为氧化还原反应D.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答案A解析步骤①的反应方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。3.下列物质与其对应的用途搭配不正确的是()A.高能燃料——火箭动力B.石英砂——制造光导纤维C.半导体硅晶片——制造计算机芯片D.高强度耐火陶瓷——制造轮船答案D解析制造轮船材料为钢铁，不能选用高强度耐火陶瓷。课时对点练A组基础对点练题组一传统无机非金属材料1.硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。下面有关硅酸盐材料的说法，正确的是()A.普通玻璃的主要成分是纯碱、石灰石和石英B.制造水泥的主要原料是石灰石和黏土C.水玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D.陶器比瓷器的结构致密，几乎不吸水答案B解析普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅；水玻璃是硅酸钠的水溶液；瓷器的结构致密，几乎不吸水。2.制造水泥和普通玻璃都需要的原料是()A.石灰石 B.黏土C.纯碱 D.硅酸钠答案A解析生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂；生产水泥以黏土和石灰石为主要原料。题组二新型无机非金属材料3.被誉为21世纪“材料之星”的是()A.石英砂 B.钛合金材料C.纳米材料 D.半导体硅晶片答案C解析被誉为21世纪“材料之星”的是纳米材料，其中碳纳米管是一种奇异分子，它是使用一种特殊的化学气相方法，使碳原子形成长链来生长出的超细管子，碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。4.碳化硅(SiC)陶瓷基复合材料是一种新型热结构材料。在空气中，碳化硅能与熔融的氢氧化钠发生反应：SiC＋2NaOH＋2O2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋X＋H2O，下列有关X物质的化学式推断中，正确的是()A.SiO2B.COC.CO2D.Na2CO3答案C解析根据反应的化学方程式和质量守恒定律可知X物质的化学式为CO2。5.碳纳米管是继足球烯(C60)以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯(C60)的说法错误的是()A.它们的物理性质有较大差异B.在常温下它们的化学性质都稳定C.它们是不同的碳单质D.它们分别完全燃烧后生成物不同答案D解析碳纳米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性质不同；它们都是碳单质，都是纯净物，在通常情况下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。6.太空航天器常穿上用新型陶瓷材料制成的“外衣”，在穿越大气层时，能克服“热障”安全返回地面，这种外衣主要利用了材料的()A.绝缘性好 B.密度大C.耐高温和隔热性好 D.硬度大答案C解析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剧烈摩擦，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；还有要防止舱内温度过高导致对宇航员产生危险，这种材料还应具备隔热性好的特点。题组三硅和二氧化硅7.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是()A.晶体硅和金刚石的物理性质相似B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电答案A解析晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质。8.(2019·长春市十一中期末)下列关于硅及其化合物的说法中，正确的是()A.硅可用于制造光导纤维B.水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品C.可用反应Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3(胶体)制取硅酸D.SiO2既能与HF反应又能与强碱反应，所以SiO2是两性氧化物答案C解析SiO2可用于制光导纤维，而硅用于半导体材料，故A错误；水晶主要成分为SiO2，不属于硅酸盐，故B错误；SiO2能与HF反应生成四氟化硅和水，不是盐和水，且二氧化硅只能与一种酸反应，不是两性氧化物，属于酸性氧化物，故D错误。9.下列说法正确的是()A.光导纤维的主要成分为二氧化硅B.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸C.二氧化硅的俗名叫水玻璃，不溶于水D.硅在自然界中既有游离态又有化合态答案A解析二氧化硅是酸性氧化物，可溶于氢氟酸；硅酸钠的水溶液俗名叫水玻璃，易溶于水；硅在自然界中只以化合态的形式存在。10.氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多地被应用于热工的各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________(填字母)。A.硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应B.氮化硅陶瓷属于硅酸盐C.氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D.太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物。①该反应的化学方程式为_______________________________________________________。②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为___________________________________________。答案(1)AC(2)①3SiO2＋2N2＋6Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si3N4＋6CO②7∶9解析(1)Si与N2反应前后，N、Si元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。6Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si3N4＋6CO。②根据反g·mol－1)＝7∶9。B组综合强化练1.(2019·合肥一中高一检测)根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是()A.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷C.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，它用于制造陶瓷发动机的受热面D.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差答案D解析高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等，属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，A正确；氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，是一种生物陶瓷，B正确；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，C正确；新型无机非金属材料不但克服了传统无机非金属材料的缺点，而且同时还具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，且有电学性能等若干优点，D错误。2.(2018·福州高一段考)制备硅单质时，主要化学反应如下：①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)eq\o(=,\s\up7(高温))Si(粗硅)＋2CO↑，②Si(粗硅)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高温))SiCl4，③SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高温))Si(纯硅)＋4HCl，下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是()A.①③为置换反应B.①②③均为氧化还原反应C.②为化合反应D.三个反应的反应物中硅元素均被还原答案D解析在反应②中Si元素化合价升高，被氧化。3.氮化铝(AlN)是一种新型陶瓷材料。可通过如下反应制备：Al2O3＋N2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))2AlN＋3CO关于该反应的说法正确的是()A.该反应是复分解反应B.Al2O3是氧化剂C.N2发生还原反应D.每反应1molN2转移3mol电子答案C解析在该氧化还原反应中，只有氮元素的化合价降低，氮气为氧化剂，发生还原反应；氮元素化合价由0价变化为－3价，则每反应1molN2转移6mol电子。4.二氧化硅是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是()A.图中所有反应都不属于氧化还原反应B.硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙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C解析图中二氧化硅与碳、硅与氯气、四氯化硅与氢气的反应属于氧化还原反应；石英砂(主要成分为SiO2)与盐酸不反应，碳酸钙能与盐酸反应，用盐酸可溶解除去石英砂中的碳酸钙；光导纤维的主要成分是二氧化硅，而不是硅酸盐；玻璃是混合物，没有固定的熔点。5.下列溶液中①碳酸钠溶液；②氢氟酸；③氢氧化钠溶液；④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是()A.①③B.②④C.②③D.①④答案A解析①③项中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃塞裸露的SiO2反应，生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的黏结性，易使瓶塞与瓶口粘在一起而难以开启。氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶存放。6.除去二氧化硅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过滤④加稀盐酸⑤加稀硫酸，正确的操作顺序是()A.①③B.④③C.⑤③D.②③答案B解析加稀盐酸与CaO、CaCO3反应生成CaCl2溶液，然后过滤得到SiO2固体。注意不能选用稀硫酸，因CaSO4微溶，不易分离出SiO2。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。请回答下列问题：(1)下列物质不属于硅酸盐的是________(填字母)。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)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________，Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________(填字母)。A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚(4)工业上常用2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中有元素化合价升高的物质是________________(填化学式，下同)，氧化剂是________。答案(1)D(2)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O氢氟酸(3)阻燃剂D(4)CSiO2解析(1)陶瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐，生石灰是氧化钙，不属于硅酸盐。(2)二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，化学方程式为SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；氢氟酸能够与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，可用来雕刻玻璃。(3)硅酸钠不能燃烧，可以用作阻燃剂；普通玻璃坩埚、石英玻璃坩埚都含有二氧化硅，能够与纯碱发生反应，氧化铝与纯碱也能够发生反应，所以高温熔融纯碱时应选用铁坩埚。(4)该反应中SiO2作氧化剂，C作还原剂。8.(2019·天津一中下学期开学考试)某实验小组设计了如下装置探究焦炭还原二氧化硅。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)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_______________________________________。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\o(=,\s\up7(高温))2CO2↑＋2CO↑＋3Si(4)无尾气吸收装置(5)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊解析(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气、水蒸气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽。(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装置用来检验有没有二氧化碳，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，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，检测两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\o(=,\s\up7(高温))2CO2↑＋2CO↑＋3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，产生的CO2气体先通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3=Na2CO3＋H2SiO3(胶体)，说明酸性H2CO3>H2SiO3。课后测评一、选择题(本题包括10小题,每小题只有一个正确选项,每小题2分,共20分)1.(河北卷,4)硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大,但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注。下列说法正确的是()A.NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体,是酸雨的主要成因B.汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定D.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除答案D解析SO2为无色有刺激性气味的气体,A项错误。汽车尾气中的主要大气污染物为CO、碳氢化合物、氮氧化物、烟尘等,B项错误。氮的固定是将氮由游离态转化为化合态,植物一般利用硝酸盐作为肥料,无法利用NO和NO2,通常大气中不含有NO、NO2,C项错误。工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱硫,原理为SO2+CaOCaSO3,2CaSO3+O22CaSO4,D项正确。2.(安徽师大附中高一期中)下列说法正确的是()A.在反应SiO2+2CSi+2CO↑中,硅被还原,所以碳的还原性强于硅的还原性B.硅酸钠属于盐,不属于碱,故硅酸钠溶液可以保存在磨口玻璃塞的试剂瓶中C.用SiO2制取硅酸,应先使其与NaOH溶液反应,然后再通入CO2D.由反应SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑可知,硅酸的酸性强于碳酸答案C解析反应SiO2+2CSi+2CO↑在高温下进行,不能据此比较碳、硅的还原性,A错误;硅酸钠的水溶液能将磨口玻璃塞和试剂瓶黏在一起,应盛放在带橡胶塞的试剂瓶中,B错误;H2CO3的酸性强于H2SiO3,SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3,再通入CO2气体,可生成H2SiO3,C正确;SiO2和Na2CO3在高温下反应产生的CO2是气体,脱离该反应体系,使反应向生成Na2SiO3的方向进行,不符合较强酸制取较弱酸的规律,实际上H2CO3的酸性强于H2SiO3,D错误。3.(天津部分区高一期末)下列说法不正确的是()A.遇空气变为红棕色的是NOB.NH4HCO3不稳定,受热易分解C.Cl2能使湿润的红色布条褪色D.浓硫酸能使蔗糖变黑并有刺激性气味的气体生成,只体现了浓硫酸的脱水性答案D解析NO遇到空气中的O2反应生成红棕色的NO2,A正确;NH4HCO3不稳定,受热易分解生成NH3、CO2和H2O,B正确;Cl2与湿润红色布条中的水发生反应生成HCl和HClO,HClO具有漂白性,能使红色布条褪色,C正确;浓硫酸能使蔗糖变黑并有刺激性气味的气体生成,在蔗糖脱水炭化后,浓硫酸与炭反应生成CO2、SO2和H2O,故浓硫酸体现了脱水性和强氧化性,D错误。4.下列有关物质性质与用途具有对应关系的是()A.Na2O2吸收CO2产生O2,可用作呼吸面具供氧剂B.ClO2具有还原性,可用于自来水的杀菌消毒C.SiO2硬度大,可用于制造光导纤维D.NH3易溶于水,可用作制冷剂答案A解析A项,人呼出气体中含有的CO2可与Na2O2反应生成O2,故Na2O2可用作呼吸面具的供氧剂,正确;B项,ClO2具有强氧化性,可以用于自来水的杀菌消毒,错误;C项,SiO2可用于制造光导纤维不是因为其硬度大,两者无对应关系,错误;D项,NH3易液化,液氨汽化时吸收大量的热是其可用作制冷剂的原因,错误。5.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.FeFeCl2Fe(OH)2B.SSO3H2SO4C.CaCO3CaOCaSiO3D.NH3NOHNO3答案C解析A项,Fe与Cl2反应生成FeCl3,错误;B项,S与O2反应生成SO2,错误;C项,CaCO3高温分解生成CaO和CO2,碱性氧化物CaO与酸性氧化物SiO2在高温条件下反应生成CaSiO3,正确;D项,NO与H2O不反应,错误。6.(山东临沂高一期中)不能利用下图所示装置进行的气体制备实验是()A.用生石灰和浓氨水制取氨气B.用铜和浓硝酸制取二氧化氮C.用二氧化锰和浓盐酸制取氯气D.用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳答案C解析MnO2与浓盐酸在常温下不反应,要在加热条件下反应生成Cl2。7.下列除杂试剂选用正确且除杂过程不涉及氧化还原反应的是()选项物质(括号内为杂质)除杂试剂AFeCl2溶液(FeCl3)Fe粉BNaCl溶液(MgCl2)NaOH溶液、稀盐酸CCl2(HCl)H2O、浓硫酸DNO(NO2)H2O、无水CaCl2答案B解析A项,主反应Fe+2FeCl33FeCl2属于氧化还原反应,A不选;B项,加入足量NaOH溶液发生复分解反应生成Mg(OH)2沉淀,过滤后用盐酸中和过量的NaOH得到不含MgCl2的NaCl溶液,B符合题意;C项,除去Cl2中的HCl,可将混合气体通过饱和食盐水,然后再用浓硫酸干燥,C不选;D项,主反应3NO2+H2O2HNO3+NO属于氧化还原反应,D不选。8.(山东枣庄高一期末)在提纯粗盐(含有Ca2+、Mg2+、SO42-A.加入试剂顺序可以是BaCl2、Na2CO3、NaOH、HClB.过滤操作可以在所有的试剂加完后进行C.可以用玻璃棒搅拌溶液,以加快过滤速度D.将提纯后的食盐溶液倒入坩埚,加热,至水分全部蒸干停止加热答案A解析要先加入BaCl2溶液除去SO42-,后加入Na2CO3溶液除去Ca2+及过量Ba2+,最后加入盐酸,A正确;过滤操作要在加入盐酸之前进行,B错误;过滤时,不能用玻璃棒搅拌,防止滤纸破损,C错误;蒸发时,待溶液中析出大量晶体时即可停止加热,9.(全国乙卷,8)在实验室采用如图装置制备气体,合理的是()选项化学试剂制备的气体ACa(OH)2+NH4ClNH3BMnO2+HCl(浓)Cl2CMnO2+KClO3O2DNaCl+H2SO4(浓)HCl答案C解析NH3的密度小于空气的密度,收集NH3应该用向下排空气法,题干中装置采用的是向上排空气法,A项不合理;MnO2与浓盐酸反应制Cl2、NaCl与浓硫酸反应制取HCl,均应该使用固-液加热型制气装置,而题干给出的装置属于固-固加热型制气装置,B、D项不合理;利用MnO2与KClO3共热制取氧气,制取装置及收集装置均正确,C项合理。10.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()选项操作现象解释或结论A过量的Fe粉中加入稀硝酸,充分反应后,滴加KSCN溶液溶液呈红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3+BAl箔插入稀硝酸中无现象Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜C用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上试纸变蓝色浓氨水呈碱性D向盛有某溶液的试管中滴加稀NaOH溶液,将湿润红色石蕊试纸置于试管口试纸不变蓝原溶液中无NH答案C解析稀硝酸与Fe粉反应,首先生成Fe3+,过量的铁将Fe3+还原得到Fe2+,滴入KSCN溶液不显红色,A项错;Al箔能与稀硝酸反应放出NO,B项错;检验溶液中的NH4+,应加入浓NaOH溶液,且需要加热,故无法确定是否含有NH二、选择题(本题包括5小题,每小题有1~2个正确选项,每小题4分,共20分)11.(山东青岛高一期末)已知甲、乙、丙三种物质均含有同种元素X,其转化关系如下。下列说法错误的是()A.若A为硝酸,X为金属元素,则甲与丙反应可生成乙B.若A为氧气,丙在通常状况下为红棕色气体,则甲一定为非金属单质C.若乙为NaHCO3,则A可能是盐酸,也可能是氢氧化钠溶液D.若甲为淡黄色固体,则丙与水形成的浓溶液与某些金属单质和非金属单质都可以生成乙答案B解析若A为硝酸,X为铁元素,甲是Fe,乙是Fe(NO3)2,丙是Fe(NO3)3,Fe和Fe(NO3)3反应可生成Fe(NO3)2,A正确。若A为氧气,丙是红棕色气体,则丙是NO2,乙是NO,甲可以是N2或NH3,B错误。若乙为NaHCO3,A可能是盐酸,甲是Na2CO3,丙是CO2;A也可能是NaOH溶液,丙是Na2CO3,甲是CO2,C正确。若甲为淡黄色固体,可能是S,A是O2,则乙是SO2,丙是SO3,SO3与水反应生成H2SO4,浓硫酸与某些金属单质、非金属单质反应均生成SO2,D正确。12.如图装置,将溶液A逐滴加入固体B中,下列叙述正确的是()A.若A为浓盐酸,B为MnO2,C中盛品红溶液,则C中溶液褪色B.若A为醋酸,B为贝壳,C中盛过量澄清石灰水,则C中溶液变浑浊C.若A为浓氨水,B为生石灰,C中盛AlCl3溶液,则C中先产生白色沉淀后沉淀又溶解D.若A为浓硫酸,B为Na2SO3固体,C中盛石蕊溶液,则C中溶液先变红后褪色答案B解析浓盐酸与MnO2反应需要加热,A项错误;Al(OH)3不与弱碱性的氨水反应,C项错误;SO2具有漂白性,但不能使石蕊溶液褪色,D项错误。13.下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间是否具有因果关系的判断都正确的是()选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断A向浓盐酸中加入浓硫酸可制备氯化氢气体浓盐酸易挥发,浓硫酸与水作用放出大量的热Ⅰ对,Ⅱ对;有BCu能与浓硝酸反应由于Cu具有还原性,浓硝酸具有氧化性,在任何条件下生成的气体一定是NO2Ⅰ对,Ⅱ对;无C硫单质在纯氧中燃烧有少量SO3生成部分二氧化硫被氧化为SO3Ⅰ对,Ⅱ对;无D氯化铵和碱石灰共热用于实验室制备NH3铵盐与碱能发生复分解反应Ⅰ对,Ⅱ对;有答案AD解析A项,浓硫酸具有吸水性,吸水的过程中放出大量的热,促使浓盐酸中的HCl挥发,从而制得HCl气体;B项,Cu与浓硝酸反应时,随着反应的进行,硝酸浓度逐渐减小,当变为稀硝酸时生成NO,且陈述Ⅱ与陈述Ⅰ有因果关系;C项,硫单质燃烧仅生成SO2;D项,利用铵盐与碱共热能发生复分解反应,实验室用氯化铵和碱石灰共热制备NH3。14.(山东济南高一期末)向200mL稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中缓慢加入铁粉,产生气体的体积随铁粉质量的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列说法错误的是()A.OA段产生的气体是NO,BC段产生的气体是H2B.A点溶液中的溶质为Fe2(SO4)3和H2SO4C.原混合溶液中NO3-的物质的量为0D.原混合溶液中H2SO4的物质的量浓度为1mol·L-1答案CD解析酸性条件下,氧化性:NO3->Fe3+>H+。OA段稀硝酸足量,反应生成Fe(NO3)3,发生反应:①Fe+4H++NO3-Fe3++NO↑+2H2O;由于Fe3+的氧化性强于H+,AB段发生反应:②2Fe3++Fe3Fe2+;BC段铁与H+发生反应:③Fe+2H+Fe2++H2↑。由上述分析可知,OA段产生NO,BC段产生H2,A正确;A点NO3-恰好完全反应,溶液中溶质为Fe2(SO4)3和H2SO4,B正确;A点NO3-完全反应,消耗11.2gFe(即0.2mol),结合反应方程式可知同时消耗0.2molNO3-,故原混合溶液中含0.2molNO3-,C错误;反应①消耗0.2molFe和0.8molH+,反应③消耗0.1molFe和0.2molH+,则溶液中硫酸提供H+为0.8mol+0.2mol-0.2mol=0.8mol,n(H2SO4)=0.8mol2=0.4mol,故原混合液中c(H215.(山东德州高一期末)向500mL稀硝酸中加入一定量的铁粉,铁粉完全溶解后,放出NO6.272L(标准状况下),同时溶液质量增加11.2g。下列判断不正确的是()A.原硝酸溶液的物质的量浓度为2.24mol·L-1B.原溶液中投入铁粉的物质的量是0.2molC.反应后溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=3∶2D.反应后的溶液还可以溶解铜粉4.48g答案BC解析标准状况下6.272LNO的物质的量为0.28mol,假设反应后生成Fe2+、Fe3+的物质的量分别为x、y,据得失电子守恒可得:0.28mol×(5-2)=2x+3y;反应后溶液质量增加11.2g,则有56g·mol-1(x+y)-0.28mol×30g·mol-1=11.2g,联立上述两式解得:x=0.21mol,y=0.14mol,则反应后溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=0.14∶0.21=2∶3,C错误。根据铁元素守恒可知,原溶液中投入铁粉的物质的量为0.21mol+0.14mol=0.35mol,B错误。据氮元素守恒可知,原HNO3溶液中n(HNO3)=0.21mol×2+0.14mol×3+0.28mol=1.12mol,则有c(HNO3)=1.12mol0.5L=2.24mol·L-1,A正确。反应后的溶液为Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的混合溶液,加入铜粉发生反应2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,则0.14molFe3+可溶解0.07molCu,其质量为0.07mol×64g·mol-1三、非选择题(本题包括5小题,共60分)16.(10分)A、B、C、D是中学化学常见的三种物质,它们之间的相互转化关系如下(反应条件及部分产物已略去):(1)若A是一种黄色固体单质,则反应②③的化学方程式分别为;。

(2)若A是一种金属单质,C是淡黄色固体,则反应③的化学方程式为。

(3)①②③三步反应中,一定属于氧化还原反应的是(填序号)。

答案(1)2SO2+O22SO3SO3+H2OH2SO4(2)2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑(3)①②解析图示中的①②反应就是常见的“连续氧化”。在中学教材中,这样的“连续氧化”有:C(或CH4等)→CO→CO2;Na→Na2O→Na2O2;S(或H2S)→SO2→SO3;N2(或NH3)→NO→NO2等。据此可知:(1)的路线为:S→SO2→SO3→H2SO4;(2)的路线为:Na→Na2O→Na2O2→NaOH;根据上述分析可知,反应①②是单质或化合物被氧气氧化的反应,一定属于氧化还原反应,而③则不一定。17.(11分)(1)分别向盛有等量铜片的四支试管中加入等体积的①浓硫酸、②稀硫酸、③浓硝酸、④稀硝酸,能随即发生剧烈反应的是(填序号,下同),常温下缓慢反应(或微热后能发生剧烈反应)的是,常温下不反应,但加热后发生剧烈反应的是,加热也不发生反应的是。由此可以得到上述四种酸氧化性由强到弱的顺序是。

(2)先将铜与浓硫酸反应产生的气体X持续通入如图装置中,一段时间后再将铜与浓硝酸反应产生的大量气体Y也持续通入该装置中,可观察到的现象包括。

A.通入X气体后产生白色沉淀B.通入X气体后溶液中无明显现象C.通入Y气体后开始沉淀D.通入Y气体后沉淀溶解E.通入Y气体后溶液中无明显现象由此可得到的结论是。

A.HNO3的酸性比H2SO4的强B.盐酸的酸性比H2SO3的强C.BaSO3能溶于盐酸D.HNO3能氧化H2SO3(或SO2)E.BaSO4不溶于水也不溶于HNO3溶液答案(1)③④①②③>④>①>②(2)BCBCDE解析(2)因为盐酸的酸性比H2SO3的强,所以SO2不与BaCl2反应,即持续通入X气体(SO2)后溶液中无明显现象。NO2与水反应生成HNO3,HNO3氧化H2SO3(或SO2)生成SO42-,所以通入Y气体(NO2)后开始生成沉淀18.(15分)依据下图中氮元素及其化合物的转化关系,回答问题:(1)图1中,X的化学式为,从化合价上看,X具有(填“氧化”或“还原”)性。

(2)回答下列关于NH3的问题:①实验室常用NH4Cl与Ca(OH)2制取氨气,该反应的化学方程式为。

②下列试剂不能用于干燥NH3的是(填字母)。

A.浓硫酸B.碱石灰C.NaOH固体③若要收集一瓶氨气,请将上述装置补充完整,在图2虚框内画出连接图。④氨气是重要的化工原料,可以合成多种物质,写出其催化氧化的化学方程式:。

(3)回答下列关于NO、NO2的问题:①汽车排气管上装有催化转化器可减少尾气对环境的污染,汽车尾气中的有害气体CO和NO反应可转化为无害气体排放,写出相关反应的化学方程式:。

②NO和NO2按一定比例混合可以被NaOH溶液完全吸收,写出相关化学方程式:。

工业生产中利用氨水吸收SO2和NO2,原理如下图所示:NO2被吸收过程的离子方程式是。

答案(1)N2O5氧化(2)①Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O②A③④4NH3+5O24NO+6H2O(3)①2NO+2CON2+2CO2②NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O2NO2+4SO32-N2解析(1)X中氮元素化合价是+5价,故该氧化物的化学式为N2O5,氮元素处于最高价,因此X具有氧化性。(2)①实验室常用NH4Cl与Ca(OH)2制备氨气,该反应的化学方程式为Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O。②氨气为碱性气体,且具有还原性,浓硫酸具有酸性和强氧化性,会与氨气发生反应,故不能用浓硫酸干燥。③氨气极易溶于水,密度比空气小,可用向下排空气法收集,导气管应短进长出。④氨气催化氧化反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。(3)①汽车尾气中的有害气体CO和NO在催化剂作用下反应可转化为无害气体(N2、CO2)排放,根据元素化合价升降守恒和原子守恒可知,其化学方程式为2