Question

26．材料是科学技术进步的关键，是科学技术和社会发展的物质基础．材料的发展不仅影响了人类的昨天和今天，而且还将影响到人类的明天．请回答以下与材料有关的问题．
（1）无机非金属材料．单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿．其主要用途是用做半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等．单晶硅的制备方法如下：
SiO₂

①C

高温

Si（粗）

②HCI

300℃

SiHCl₃

③过量H2

1000～1100℃

Si（纯）
①写出步骤①的化学方程式：

 

．
②已知以下几种物质的沸点：

物质	SiHCl3	SiCl4	HCl
沸点	33.0℃	57.6℃	-84.7℃

在步骤②中提纯SiHCl₃所进行的主要操作的名称是

 

．
（2）金属材料．金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称．包括纯金属、合金和特种金属材料等．
①下列物质中不属于合金的是

 

．A．钢铁  B．青铜  C．硬铝  D．水银
②铜器制品常因接触空气中的O₂、CO₂和H₂O而易生成铜锈．试写出保护铜制品的方法：

 

．
（3）纳米材料，胶体粒子的直径大约是

 

，与纳米材料的尺寸相当．实验室制取Fe（OH）₃胶体溶液的方法是

 

，用

 

方法消除胶体中的浑浊，根据

 

现象证明胶体已经制成．实验中必须要用蒸馏水，而不能用自来水，其原因是

 

．
（4）磁性材料．某磁性粉末材料是一种复合型氧化物，为测定其组成，现称取6.26g样品，将其全部溶于过量稀HNO₃，加入过量Na₂SO₄溶液，生成4.66g白色沉淀、过滤、在滤液中加入过量NaOH溶液，生成红褐色沉淀，将沉淀过滤、洗涤、灼烧后得3.20g固体．
①该磁性粉末中氧元素的质量分数为

 

；
②该材料的化学式为

 

．

Answer 1

分析：（1）①焦炭在高温下可以置换二氧化硅中的硅；
②根据熔沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏；
（2）①依据合金是金属和金属或非金属形成的具有化学特性的物质，结合物质组成和合金的概念分析判断；
②铜发生化学腐蚀条件是和氧气，二氧化碳，水接触发生反应，保护铜可以依据隔离反应物质分析判断；
（3）依据胶体的本质特征是分散质微粒直径分析；氢氧化铁胶体的制备方法是利用铁离子的水解反应制备，饱和氯化铁溶液滴入沸水中加热到红褐色得到氢氧化铁胶体；胶体能通过滤纸，浊液不能通过滤纸，胶体形成的检验方法可以利用胶体具有丁达尔现象设计检验方法；自来水中含有电解质的 阴阳离子，能中和胶体微粒吸附的电荷引发胶体聚沉，得不到胶体；
（4）依据题干信息可知生成的沉淀为硫酸钡，计算得到被元素物质的量，在滤液中加入过量NaOH溶液，生成红褐色沉淀，将沉淀过滤、洗涤、灼烧后得3.20g固体，分析反应过程可知为氧化铁，计算得到铁元素物质的量，依据氧化物组成元素就是所含氧元素质量得到质量分数；依据计算得到钡元素、铁元素、氧元素物质的量计算得到氧化物的化学式；

解答：解：（1）①工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅，方程式为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑；
故答案为：SiO₂+2C

高温  .

Si+2CO↑；
②SiHCl₃（沸点33.0℃）、SiCl₄（沸点57.6℃）、HCl（沸点-84.7℃），他们的沸点不同，根据沸点的不同实现物质分离的方法为蒸馏或分馏；
故答案为：蒸馏或分馏；
（2）①A、硬铝是由Al、Cu、Mg、Mn、Si等形成的合金，故A不符合；
B、黄铜是Cu和Zn的合金，故B不符合；
C、钢铁是铁和碳等形成的合金，故C不符合；
D、水银是金属汞，属于金属单质，不是合金，故D符合；
故答案为：D．
②铜器制品常因接触空气中的O₂、CO₂和H₂O而易生成铜锈，发生化学腐蚀，保护铜应隔离铜与空气中的氧气水等接触发生反应，所以保护铜制品需要在干燥的空气环境中；
故答案为：在干燥的空气环境中保存；
（3）胶体的本质特征是分散质微粒直径为1～100nm的分散系，实验室制取Fe（OH）₃胶体溶液的方法是，是利用铁离子的水解反应制备，饱和氯化铁溶液滴入沸水中，加热到红褐色得到氢氧化铁胶体；胶体能通过滤纸，浊液不能通过滤纸，胶体形成的检验方法可以利用胶体具有丁达尔现象设计检验方法；自来水中含有电解质的 阴阳离子，能中和胶体微粒吸附的电荷引发胶体聚沉，得不到胶体；
（4）①n（BaSO₄）=

4.66g

233g/mol

=0.02mol，m（Ba）=137g/mol×0.02mol=2.74g，滤液中加入过量氢氧化钠溶液，生成红褐色沉淀为氢氧化铁沉淀，洗涤灼烧得到3.20g固体为氧化铁，则n（Fe₂O₃）

3.20g

160g/mol

=0.02mol，m（Fe）=0.02mol×56g/mol=2.24g；复合氧化物中氧元素的质量=6.26g-2.74g-2.24g=1.28g，则氧元素质量分数=

1.28g

6.26g

×100%=20.45%；
故答案为：20.45%；
②1.28g氧元素的物质的量=

1.28g

16g/mol

=0.08mol，由①计算可知，符合氧化物中钡原子、铁原子、氧原子的物质的量之比=0.02：0.02×2：0.08=1：2：4；
所以原子数之比为1；2；4，化学式为BaO?Fe₂O₃；
故答案为：BaO?Fe₂O₃；

点评：本题考查了无机材料的分析判断，物质性质的分析应用，主要有胶体的制备和检验方法，合金概念的理解应用，复杂化学式的计算方法是解题关键，题目难度中等．