Question

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：

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6.26 g样品，将其全部溶于过量稀HNO₃，加入过量Na₂SO₄溶液，生成4.66 g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3.20 g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

（1）①SiO₂＋2CSi＋2CO↑　②蒸馏
（2）①D　②在干燥的环境下保存
（3）1～100 nm；在沸腾的蒸馏水中逐滴加入少量FeCl₃饱和溶液，待溶液呈红褐色，停止加热，即制得胶体；　过滤；　丁达尔；自来水中含较多的阴离子和阳离子，能中和胶体粒子的电性，易使制备的胶体马上发生凝聚，导致实验失败
（4）①20.45%　②BaO·Fe₂O₃

试题分析：（1）提纯SiHCl₂可利用沸点差异，用蒸馏的方法。
（2）硬铝是由Al、Cu、Mg、Mn、Si形成的合金，黄铜是Cu-Zn合金，钢铁是Fe与其他元素形成的合金。因此唯一不属于合金的是水银。
（3）胶体粒子直径的范围是：1～100 nm；利用FeCl₃的水解反应制取Fe(OH)₃胶体：在沸腾的蒸馏水中逐滴加入少量FeCl₃饱和溶液，待溶液呈红褐色，停止加热，即制得胶体；难溶固体不能透过滤纸，胶体可透过滤纸，所以用过滤的方法，可消除胶体中的浑浊；胶体具有丁达尔现象，其它分散系不具备，所以用丁达尔现象可证明胶体已经制成；因为自来水中含较多的阴离子和阳离子，能中和胶体粒子的电性，易使制备的胶体马上发生凝聚，导致实验失败，所以不能用自来水制备胶体。
（4）①n(BaSO₄)＝＝0.02 mol，
m(Ba)＝137 g·mol^－1×0.02 mol＝2.74 g。
滤液中加入过量NaOH溶液，生成红褐色沉淀为Fe(OH)₃沉淀。洗涤，灼烧后得3.20 g固体。此固体应是Fe₂O₃，则
n(Fe₂O₃)＝＝0.02 mol，
m(Fe)＝56 g·mol^－1×0.02 mol×2＝2.24 g。
复合氧化物中氧元素的质量＝6.26 g－2.74 g－2.24 g＝1.28 g。
则氧元素的质量分数＝＝20.45%。
②1.28 g氧元素的物质的量是：
n(O)＝＝0.08 mol。
由以上计算知，复合氧化物中钡原子、铁原子、氧原子的物质的量之比是1∶2∶4，它们的原子个数比也是1∶2∶4。故该复合氧化物可表示为BaO·Fe₂O₃。