化学必修 第二册第三节 无机非金属材料同步练习题

第三节 无机非金属材料

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题意。

1．下列有关物质组成、性质和用途的说法中，正确的是(　C　)

A．硅酸可由二氧化硅溶于水得到

B．氮化硅、光导纤维、氧化铝陶瓷、玻璃等都属于新型无机非金属材料

C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧

D．光导纤维的主要成分是硅，可广泛用于通信和医疗领域

解析：二氧化硅不能与水反应，A项错误；氮化硅、光导纤维、氧化铝陶瓷都属于新型无机非金属材料，玻璃属于传统无机非金属材料，B项错误；水玻璃是硅酸钠的水溶液，不燃烧也不易被腐蚀，具有防腐性，木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧，C项正确；光导纤维的主要成分是二氧化硅，可广泛用于通信和医疗领域，D项错误。

2．下列有关说法错误的是(　A　)

A．普通玻璃和钢化玻璃的成分不一样，钢化玻璃中加了玻璃钢

B．水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙

C．水泥具有水硬性，因此在保存和运输过程中要注意防水防潮

D．陶瓷的釉料在烧制时，若空气过量，一般显示的是高价态的金属的颜色

解析：钢化玻璃是将普通玻璃加热软化后，迅速冷却后得到的，成分与普通玻璃一样，故A错误；水泥的主要成分是硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙，故B正确；水泥具有水硬性，因此在保存和运输过程中要注意防水防潮，故C正确；陶瓷的釉料在烧制时，若空气过量，金属被氧化生成高价态物质，显示的是高价态的金属的颜色，故D正确。

3．下列说法正确的是(　C　)

A．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品

C．二氧化硅可用于制造石英表中的压电材料

D．化学家采用玛瑙研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐

解析：水晶的主要成分是二氧化硅，含有硅元素，但不是硅酸盐，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品，故A项错误；工艺师利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，故B项错误；石英表中压电材料的主要成分是二氧化硅，故C项正确；玛瑙的主要成分是二氧化硅，故D项错误。

4．二氧化硅是一种酸性氧化物。下列化学反应中体现二氧化硅的酸性氧化物的共性的是(　D　)

A．CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑

B．Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑

C．SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O

D．2NaOH＋SiO2Na2SiO3＋H2O

5．在高温下，碳与硅可形成SiC。对于化学反应SiO2＋3CSiC＋2CO↑，有关叙述正确的是(　C　)

A．反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂

B．硅元素被还原了，碳元素被氧化了

C．在反应中C既是氧化剂又是还原剂

D．在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1

解析：在＋3 ＋2↑反应中只有碳元素化合价既升高又降低，所以C既是氧化剂又是还原剂。

6．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　C　)

①水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不受腐蚀

②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品

③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维

④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

A．①②  B．②③  C．①④  D．③④

解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，①正确；光导纤维的主要成分是SiO2，③不正确。

7．下列所列各物质的用途不正确的是(　D　)

A．分子筛：吸附剂、催化剂载体

B．硅胶：干燥剂、吸附剂、催化剂载体

C．碳化硅：砂纸、砂轮

D．硅酸：黏合剂、耐火材料

解析：硅胶和分子筛均为疏松多孔物质，表面积大，可作为吸附剂以及催化剂的载体等，A、B项正确；碳化硅硬度大，可制作砂纸、砂轮等，C项正确；硅酸不能作耐火材料，D项错误。

8．过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成下列几种物质，其中正确的是(　B　)

①水泥　②玻璃　③瓷器　④混凝土　⑤一种硅酸盐产品

A．①和④   B．②和⑤

C．③    D．②

解析：本题主要考查玻璃的生产原理及学生思维的严密性。泥沙的主要成分是SiO2，与Na2CO3、CaO在高温熔化过程中发生如下反应：

SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，

SiO2＋CaOCaSiO3，

生成的Na2SiO3、CaSiO3与SiO2熔合在一起形成一种玻璃态物质，即我们通常说的普通玻璃，玻璃是一种硅酸盐产品。

二、不定项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有一个或两个选项符合题意，全部选对得6分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9．氮化硅陶瓷的机械强度高，硬度接近于刚玉(Al2O3)，热稳定性好，化学性质稳定。以下关于氮化硅陶瓷的用途不正确的是(　B　)

A．可以在冶金工业上制成坩埚、铝电解槽衬里等设备

B．在电子工业上制成耐高温的电的良导体

C．研发氮化硅的全陶发动机替代同类型金属发动机

D．氮化硅陶瓷的原料来源丰富，很有发展前途

解析：根据“性质决定用途”可知A、C两项都是利用了氮化硅陶瓷的机械强度高、硬度大、热稳定性好的性质，A、C两项正确；氮化硅耐高温，但不是电的良导体，B项错误。

10．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是(　B　)

A．2C＋SiO2Si＋2CO↑

B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

C．Si＋2Cl2SiCl4

D．SiCl4＋2H2Si＋4HCl

解析：沙(SiO2)粗硅SiCl4Si(纯)。

11．硅及其化合物是重要的无机材料，下列有关说法正确的是(　AB　)

A．反应SiO2＋2C2CO↑＋Si，每生成1 mol Si转移4 mol e－

B．光纤的主要成分是二氧化硅，它质量轻且对光的传输能力强

C．光纤可以将光能转化为电能，是制造光电池的最佳材料

D．陶瓷、水泥、金刚砂及所有的玻璃都是硅酸盐产品

解析：标出选项A反应前后元素的化合价，分析反应前后化合价的变化，可知A说法正确；光纤是光导纤维的简称，其主要成分是二氧化硅，B说法正确；制造光电池的材料是晶体硅，C说法错误；金刚砂的主要成分是碳化硅，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，都不是硅酸盐产品，故D说法错误。

12．石墨烯的结构示意图如图所示，下列关于石墨烯的叙述正确的是(　BC　)

A．石墨烯可导电，说明它是电解质

B．石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质

C．石墨烯与金刚石互为同素异形体

D．尽量使用含C的产品，减少使用含C的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨

解析：“石墨烯可由石墨剥离而成”，故石墨烯是可以导电的非金属单质，它既不是电解质，也不是非电解质，A项错；石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”都是由碳元素形成的不同的单质，它们互为同素异形体，B、C两项正确；C和C都是碳元素，故D项错。

三、非选择题：共52分。

13．(9分)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AC。

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　3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO　。

②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为__7∶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项正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。(2)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋6C＋2N2―→Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应的化学方程式为3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO。②根据反应3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO，分析各元素化合价变化可知，Si、O元素反应前后化合价没有变化，氮元素价态降低，N2为氧化剂，碳元素价态升高，C单质为还原剂，其质量比为(2 mol×28 g/mol)∶(6 mol×12 g/mol)＝7∶9。

14．(13分) 硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。

(1)硅在元素周期表中的位置是第3周期第ⅣA族。

(2)工业上生产粗硅的反应有：SiO2＋2CSi(粗)＋

2CO↑；SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。

(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：

①若反应Ⅰ为Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，则反应Ⅱ的化学方程式为SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。

②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。

③假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是5∶1。

解析：(1)硅在元素周期表中的位置是第3周期第ⅣA族。

(2)根据反应SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑，生成1 mol Si需C 2 mol、SiO2 1 mol，生成1 mol SiC需C 3 mol、SiO2 1 mol，产品中Si与SiC的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。

(3)①反应Ⅱ的化学方程式为SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。

②化学方程式为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。

15．(18分)含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通信材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

(1)在元素周期表中，A位于ⅣA族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为，A与B在原子的电子层结构上的相同点是最外层均有4个电子，最内层均有2个电子。

(2)易与C发生化学反应的酸是氢氟酸(写名称)，反应的化学方程式是SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。

①写出生成D和F的化学反应方程式：　SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓　。

②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是D。

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)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是50%。

解析：(1)A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素B为碳。(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。(4)若SiO2恰好完全反应或过量，与CaCO3反应的化学方程式只有一个，即CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO3CaO＋CO2↑。总之，CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过以下关系列式求解：

CaCO3　～　CO2

 100 g　　　 22.4 L

m(CaCO3)　 11.2 L

m(CaCO3)＝50 g，

混合物中CaCO3的质量分数：×100%＝50%。

16．(12分)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。

请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示)：

(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有①②③(填反应代号)。

(2)写出反应③的化学方程式SiHCl3＋H2Si＋3HCl。

(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1 373～1 623 K反应，生成化合物W，其化学方程式是SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑。

(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是CO2(填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是CO2和HCl(填化学式)。

(5)工业上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭与水蒸气反应生成水煤气，再提纯水煤气得到纯净的H2，提纯水煤气得到纯净的H2的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2、CO2＋Ca(OH)2===

CaCO3↓＋H2O。

解析：反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑，属于置换反应；反应②是Si＋3HCl

SiHCl3＋H2，属于置换反应；反应③是SiHCl3＋H2Si＋3HCl，属于置换反应；反应④为特定条件下的反应：CO＋H2OH2＋CO2，不属于置换反应。A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室气体，是节能减排的目标气体，CO2和HCl通入W(硅酸钠)溶液中能够生成白色沉淀(硅酸)。