第二单元　材料组成的优化
(时间：30分钟)　　　　　　　　　　　　　　　　　
考查点一　合金与纳米材料
1．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，根据下列四种金属的熔沸点：

Na
Cu
Al
Fe

熔点/℃
97.5
1 083
660
1 535

沸点/℃
883
2 595
2 200
3 000

其中不能形成合金的是        (　　)。
A．Cu和Al      B．Fe和Cu 
C．Fe和Na      D．Al和Na
解析　形成合金的两种金属必须在同一温度下都能熔化而且不能达到沸点。只有C不符合。
答案　C
2．(浙江台州)材料是人类生存和社会发展的物质基础，不同的材料功能各不相同。以下都是有关材料的内容，试根据所给内容回答问题。
(1)氢能是未来能源最佳选择之一，氢能的利用涉及氢的储存、输运和使用。贮氢合金是解决氢的储存等问题的重要材料。贮氢合金中最具代表的是镧-镍合金(LaNi5)，已知LaNi5(s)＋3H2(g)LaNi5H6(s)
ΔH＝－31.77 kJ·mol－1。
镧-镍合金的熔点比镧、镍的熔点________(填“高”“低”或“介于两者之间”)，根据反应原理，形成LaNi5H6的化学反应条件是________。最近有人提出可以研制出一种性能优越的催化剂，可以大大提高贮氢合金的贮氢能力，你认为该讲法可信吗？________(填“可信”或“不可信”)，其理由是______________________________________________________________。
(2)无机非金属材料是日常生活中不可缺少的物质，它往往具有高强度、耐高温、耐腐蚀的特点。Si3N4就是一种重要的精细陶瓷，合成氮化硅的方法之一为：
3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO。Si3N4属于________晶体，在上述反应中氧化剂为________。
解析　(1)合金的熔点比成分金属的熔点低；反应原理是气体分子数减小的放热的可逆反应，故应采取低温、高压的条件；催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，没法提高贮氢合金的贮氢能力。
(2)根据其“高强度、耐高温、耐腐蚀”的特点，可判断它应属于原子晶体；N元素价态的变化是0价→－3价，在反应中得到电子，作氧化剂。
答案　(1)低　低温、高压　不可信　该反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不可能大大提高贮氢合金的贮氢能力
(2)原子　N2
考查点二　硅与二氧化硅
3．光纤通信是一种现代化的通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，即信息高速公路。光纤通信所使用的光缆，其主要部件为光导纤维。下列说法正确的是        (　　)。
①制造光导纤维的主要原料是CaCO3；②制造光导纤维的主要原料是SiO2；③光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射；④光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的折射
A．①④      B．②③ 
C．①③      D．②④
解析　光导纤维主要原料的成分是SiO2；光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射。②、③正确。
答案　B
4．工业上由粗硅制取高纯硅有以下反应：①Si(s)＋3HCl(g)===SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH＝－381 kJ·mol－1；
②SiHCl3(g)＋H2(g)===Si(s)＋3HCl(g)。对上述反应的说法中正确的是
        (　　)。
A．均为置换反应和氧化还原反应
B．反应①、②实际上互为可逆反应
C．由于反应①放热，则反应②可能是吸热的，也可能是放热的
D．提高SiHCl3产率，应采用加压和升温的办法
解析　由①和②两个反应可知，都是单质和化合物反应，生成新的单质和化合物，并且都有电子的得失，故二者均为置换反应和氧化还原反应。又由于①和②可看成向两个方向进行的反应，但反应条件不同，故不属于可逆反应，B错；一个化学反应的一个方向为放热反应，则另一方向必为吸热反应，C错；由平衡移动原理可知，提高SiHCl3产率，应采用减压和降温的办法，D错。
答案　A
考查点三　硅酸盐材料
5．下列表述正确的是        (　　)。
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由涂加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③      B．②④ 
C．③④⑤      D．③⑤
解析　人造刚玉主要成分是氧化铝，玛瑙的成分是二氧化硅，涂加氧化亚铜的玻璃为有色玻璃，变色眼镜是掺有溴化银的眼镜。
答案　D
6．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是
            (　　)。
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
解析　本题考查玻璃的制法与性质；制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英，A项正确；玻璃不是晶体，称作玻璃态物质，它没有固定熔点，B项错误；普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起的物质，C项正确；玻璃中含有SiO2，它能够被碱溶液腐蚀：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，故盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，D项正确。
答案　B
7．江苏省东海县矿产丰富，除了水晶制品名扬天下外，蛭石、蛇纹石等矿石储量大，品位高，其相关的耐火、保温隔热材料(主要成分为MgO、Al2O3)工业也较发达。某中学化学探究小组通过查阅相关资料，对蛭石的组成进行了实验探究。
Ⅰ.相关资料：①蛭石的成分可看成是由MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成；
②氢氧化物开始沉淀及沉淀完全时的pH：
氢氧化物
Fe(OH)3
Mg(OH)2
Al(OH)3

沉淀的pH范围
1.5～4.1
9.4～12.4
3.3～5.2

Ⅱ.相关实验：


Ⅲ.实验数据：
①矿石样品质量为：8.22 g
②实验过程中得到固体的质量：A—2.40 g、D—2.14 g、F—1.56 g
③每次转化所得固体成分只有一种
请你根据以上内容和中学化学知识回答以下问题：
(1)过滤操作需要的玻璃仪器有：
_____________________________________________________________。
(2)写出由D制一种红色颜料的化学方程式：
_____________________________________________________________
______________________________________________________________。
(3)工业上的耐火材料通常由F及滤液E进一步转化而成，请你根据滤液E中可能含有的成分，设计一个从滤液E制取耐火材料的实验方法：_______________________________________________________________。
(4)滤液B与NaOH溶液反应时，应控制溶液的pH在7～8之间，这是因为_______________________________________________________________。
(5)通过计算，写出用氧化物的形式表示蛭石组成的化学式：_____________________________________________________________。
解析　本题关键是要看明白流程图各步的反应以及原理。混合物MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2加入盐酸，得固体A为SiO2，滤液中加入氢氧化钠得沉淀D为Fe(OH)3，滤液C中含有Mg2＋和AlO，通入CO2生成Al(OH)3沉淀。(1)过滤操作所需的玻璃仪器：漏斗、烧杯、玻璃棒。(2)D制一种红色颜料的化学方程式：2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O。(3)所得的滤液E中含有Mg2＋，因而可加入碱生成氢氧化镁沉淀，然后加热分解即得耐火材料氧化镁。(4)根据表中数据，控制溶液的pH在7～8之间，Mg2＋没有变化，Al3＋转化为AlO，只有Fe(OH)3沉淀。
(5)n(SiO2)＝＝0.04 mol
2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
214 g　　　　　1 mol
2．14 g　　　　n(Fe2O3)
列式解得：n(Fe2O3)＝0.01 mol
m(Fe2O3)＝0.01 mol×160 g·mol－1＝1.60 g
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
156 g　　　　 1 mol
1．56 g　　   n(Al2O3)
列式解得：n(Al2O3)＝0.01 mol
m(Al2O3)＝0.01 mol×102 g·mol－1＝1.02 g
m(MgO)＝8.22 g－2.40 g－1.60 g－1.02 g＝3.20 g
n(MgO)＝＝0.08 mol
则n(MgO)∶n(Fe2O3)∶n(Al2O3)∶n(SiO2)＝0.08 mol∶0.01 mol∶0.01 mol∶0.04 mol＝8∶1∶1∶4
即该蛭石矿的组成为8 MgO·Al2O3·Fe2O3·4SiO2。
答案　(1)漏斗、烧杯、玻璃棒
(2)2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
(3)将所得的滤液E加热煮沸一定时间(或向滤液中加入足量的NaOH溶液)，再进行过滤、洗涤、干燥，最后进行高温灼烧
(4)根据表中数据，控制溶液的pH在7～8之间，Mg2＋没有变化，Al3＋转化为AlO，只有Fe(OH)3沉淀
(5)8MgO·Al2O3·Fe2O3·4SiO2