Question

材料是科學技術進步的關鍵，是科學技術和社會發展的物質基礎。材料的發展不僅影響了人類的昨天和今天，而且還將影響到人類的明天。請回答以下與材料有關的問題。
（1）無機非金屬材料。單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發展的前沿。其主要用途是用做半導體材料和利用太陽能光伏發電、供熱等。單晶硅的制備方法如下：

①寫出步驟①的化學方程式：______________________。
②已知以下幾種物質的沸點：

物質	SiHCl3	SiCl4	HCl
沸點	33.0 ℃	57.6 ℃	－84.7 ℃

在步驟②中提純SiHCl₃所進行的主要操作的名稱是________。
（2）金屬材料。金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統稱。包括純金屬、合金和特種金屬材料等。
①下列物質中不屬于合金的是(　　)。
A．鋼鐵       B．青銅       C．硬鋁        D．水銀
②銅器制品常因接觸空氣中的O₂、CO₂和H₂O而易生成銅銹。試寫出保護銅制品的方法：___________________________________________________。
（3）納米材料，膠體粒子的直徑大約是________，與納米材料的尺寸相當。實驗室制取Fe(OH)₃膠體溶液的方法是_________________________________，
用________方法消除膠體中的渾濁，根據________現象證明膠體已經制成。實驗中必須要用蒸餾水，而不能用自來水，其原因是____________________。
（4）磁性材料。某磁性粉末材料是一種復合型氧化物，為測定其組成，現稱取6.26 g樣品，將其全部溶于過量稀HNO₃，加入過量Na₂SO₄溶液，生成4.66 g白色沉淀、過濾、在濾液中加入過量NaOH溶液，生成紅褐色沉淀，將沉淀過濾、洗滌、灼燒后得3.20 g固體。①該磁性粉末中氧元素的質量分數為________；②該材料的化學式為________。

Answer 1

（1）①SiO₂＋2CSi＋2CO↑　②蒸餾
（2）①D　②在干燥的環境下保存
（3）1～100 nm；在沸騰的蒸餾水中逐滴加入少量FeCl₃飽和溶液，待溶液呈紅褐色，停止加熱，即制得膠體；　過濾；　丁達爾；自來水中含較多的陰離子和陽離子，能中和膠體粒子的電性，易使制備的膠體馬上發生凝聚，導致實驗失敗
（4）①20.45%　②BaO·Fe₂O₃

解析試題分析：（1）提純SiHCl₂可利用沸點差異，用蒸餾的方法。
（2）硬鋁是由Al、Cu、Mg、Mn、Si形成的合金，黃銅是Cu-Zn合金，鋼鐵是Fe與其他元素形成的合金。因此唯一不屬于合金的是水銀。
（3）膠體粒子直徑的范圍是：1～100 nm；利用FeCl₃的水解反應制取Fe(OH)₃膠體：在沸騰的蒸餾水中逐滴加入少量FeCl₃飽和溶液，待溶液呈紅褐色，停止加熱，即制得膠體；難溶固體不能透過濾紙，膠體可透過濾紙，所以用過濾的方法，可消除膠體中的渾濁；膠體具有丁達爾現象，其它分散系不具備，所以用丁達爾現象可證明膠體已經制成；因為自來水中含較多的陰離子和陽離子，能中和膠體粒子的電性，易使制備的膠體馬上發生凝聚，導致實驗失敗，所以不能用自來水制備膠體。
（4）①n(BaSO₄)＝＝0.02 mol，
m(Ba)＝137 g·mol^－1×0.02 mol＝2.74 g。
濾液中加入過量NaOH溶液，生成紅褐色沉淀為Fe(OH)₃沉淀。洗滌，灼燒后得3.20 g固體。此固體應是Fe₂O₃，則
n(Fe₂O₃)＝＝0.02 mol，
m(Fe)＝56 g·mol^－1×0.02 mol×2＝2.24 g。
復合氧化物中氧元素的質量＝6.26 g－2.74 g－2.24 g＝1.28 g。
則氧元素的質量分數＝＝20.45%。
②1.28 g氧元素的物質的量是：
n(O)＝＝0.08 mol。
由以上計算知，復合氧化物中鋇原子、鐵原子、氧原子的物質的量之比是1∶2∶4，它們的原子個數比也是1∶2∶4。故該復合氧化物可表示為BaO·Fe₂O₃。
考點：本題考查物質的分類、保存與提純、膠體的性質與制備、質量分數與化學式的計算。