高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料复习练习题

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料复习练习题，共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括5小题,每小题8分,共40分)
1.宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时,必须穿上10公斤重的舱内航天服,在舱外需穿120公斤的舱外航天服,我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的,主要成分由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。
下列相关叙述错误的是( )
A.它耐高温、抗氧化
B.它比钢铁轻,但质地较脆
C.它没有固定熔点
D.它是一种新型无机非金属材料
【解析】选B。由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航天服的韧性很好,质地并不脆,B错误。
2.宋代五大名窑分别为:钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )
A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化
B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料
C.高品质的瓷器晶莹剔透,属于纯净物
D.陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀
【解析】选C。不同的金属氧化物颜色可能不同,在高温下,釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变,A正确;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,B正确;瓷器的原料主要是黏土,还含有其他物质,是混合物,C错误;陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀,D正确。
【补偿训练】
(2020·佛山高一检测)2017年国产大飞机C919试飞成功,化学工作者研发的新材料发挥了重要作用。下列关于C919的说法中错误的是( )
A.机身涂料中的氢氧化铝有阻燃作用
B.发动机使用的高温陶瓷材料氮化硅属于硅酸盐产品
C.使用的碳纤维复合材料能经受许多由温差带来的“冷冻热蒸”的考验
D.使用的第三代铝锂合金具有低密度、高强度、优良的耐低温等性能
【解析】选B。氢氧化铝受热分解吸热,分解得到的氧化铝的熔点很高,所以氢氧化铝有阻燃作用,选项A正确。氮化硅不属于硅酸盐,所以选项B错误。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特殊纤维,具有出色的耐热性和低膨胀系数,所以能经受许多由温差带来的“冷冻热蒸”的考验,选项C正确。锂是世界上最轻的金属元素。把锂作为合金元素加到金属铝中,就形成了铝锂合金。加入锂之后,可以降低合金的密度,增加刚度,同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和耐低温性以及适宜的延展性,选项D正确。
3.(2020·宜昌高一检测)制砖瓦的技术是我国古代人民对世界建筑业的一大杰出贡献,有“秦砖汉瓦”之称。制砖瓦的原料为黏土(主要成分为铝硅酸盐和亚铁盐)。烧制流程如图:
下列描述错误的是( )
A.“过筛”的目的是选取小颗粒,提高水浸速率
B.在空气过量和自然冷却条件下制得红砖,因为生成了Fe2O3
C.烧制青灰色砖瓦,需从窑顶加入一定量冷水冷却
D.烧制砖瓦的过程是物理变化
【解析】选D。“过筛”的目的是选取小颗粒,增大接触面积,加快浸出速率,故A正确;黏土(主要成分为铝硅酸盐和亚铁盐),在空气过量和自然冷却条件下制得红砖,因为生成了Fe2O3,故B正确;从窑顶加入一定量冷水冷却,得到含黑色四氧化三铁的砖瓦,烧制青灰色砖瓦,故C正确;烧制砖瓦的过程中有新物质生成,是化学变化,故D错误。
【补偿训练】
(2019·龙岩高一检测)光缆的主要成分为SiO2。
下列叙述正确的是( )
A.CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸
B.SiO2与CO2都不能与酸反应
C.SiO2与CO2(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应
D.水晶的主要成分是SiC
【解析】选C。A项,CO2与水反应,SiO2不与水反应,也不溶于水;B项,SiO2为酸性氧化物,能与HF反应,但CO2不与酸反应;C项,SiO2、CO2均能与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,CO2+2NaOHNa2CO3+H2O;D项,水晶是纯净的SiO2,SiC俗称金刚砂。
4.《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无沙粘(黏)土而为之”“凡坯既成,干燥之后,则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
B.“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化
C.沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
D.烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦
【解析】选C。沙子的主要成分是二氧化硅,黏土的主要成分是硅酸盐,C错误。
5.(2020·高安高一检测)从古至今化学与生产、生活密切相关。下列说法正确的是( )
A.晶体硅被用于计算机芯片,工业制粗硅的反应原理为SiO2+CSi+CO2↑
B.合金熔点、硬度都低于成分金属
C.中国天眼FAST用到的碳化硅是一种新型硅酸盐材料
D.无色透明的SiO2是制造光导纤维的重要原料
【解析】选D。工业制粗硅的反应原理为SiO2+2CSi+2CO↑,故A错误;合金的硬度高于成分金属,故B错误;碳化硅是一种新型无机非金属材料,不是硅酸盐,故C错误;光导纤维的原料是SiO2,具有良好的光学特性,故D正确。
【补偿训练】
据报道,科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解,从中提取一种叫生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A.二氧化硅溶于水生成硅酸,所以二氧化硅属于酸性氧化物
B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸的强
D.水晶是比较纯净的二氧化硅,玛瑙的主要成分是硅酸盐
【解析】选B。二氧化硅为酸性氧化物,但其不溶于水;硅酸的酸性比碳酸的弱;玛瑙的主要成分是二氧化硅。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
6.(14分)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物;Y为氢化物,分子结构与甲烷相似。回答下列问题:
XMg2ZYZ
(1)由X制备Mg2Z的化学方程式为__________。
(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为____________,
Y分子的电子式为__________ 。
(3)Z、X中共价键的类型分别是__________、__________。
【解析】Z是半导体材料,则Z为Si,氧化物X为SiO2。
(1)根据反应的流程图可知,二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si,SiO2+4Mg
2MgO+Mg2Si。
(2)Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物,则Y的分子式是SiH4,Mg2Si+4HCl
2MgCl2+SiH4↑;SiH4与CH4的结构相似,电子式为H。
(3)硅单质中的共价键是非极性键;SiO2中的共价键为极性键。
答案:(1)SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si
(2)Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑ H
(3)非极性键 极性键
7.(16分)晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:
Si+3HClSiHCl3+H2
③SiHCl3与过量H2在1 100 ℃反应制得纯硅,已知SiHCl3能与H2O强烈反应,在空气中易自燃。
请回答下列问题:
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为 ____________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点-84.7 ℃),提纯SiHCl3采用的方法为
_____________________________________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去):
①装置B中的试剂是____________,装置C中的烧瓶需要加热,其目的是
__________________________________________。
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是 ________________________,
装置D中发生反应的化学方程式为 ________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及 ______________________________________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂是________(填写字母代号)。
a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e.Na2SO3溶液
【解析】 (1)高温下,SiO2和C反应生成Si和CO,反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑;
(2)沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离,这几种物质沸点不同,所以采用蒸馏的方法分离;
(3)①为防止SiHCl3与H2O强烈反应,需要干燥剂干燥氢气,浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应,所以可以作干燥剂;升高温度能使SiHCl3汽化,从而使SiHCl3和氢气在D中反应;
②D中发生反应SiHCl3+H2Si+3HCl,Si为固态,所以看到的现象是有固体物质生成;
③Si是亲氧元素,为防止Si被氧化,需要排尽装置中的空气;
④向溶液中加入强氧化剂,然后加入KSCN溶液检验铁离子,这几种物质中氯水具有强氧化性,故选b、d。
答案:(1)SiO2+2CSi+2CO↑
(2)蒸馏
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
②有固体物质生成 SiHCl3+H2Si+3HCl
③排尽装置中的空气
④bd
(20分钟 30分)
1.(6分)氮化碳结构如图所示,其硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A.氮化碳属于化合物
B.氮化碳中碳显-4价,氮显+3价
C.氮化碳的化学式为C3N4
D.每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连
【解析】选B。碳氮原子间以共价键结合,由于氮原子的得电子能力大于碳原子,共用电子对偏向氮原子而使其显负价,根据最外层电子数可得碳显+4价,氮显-3价,据此也可得出其化学式为C3N4,A、C正确、B错误;由题图分析得每一个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连,D正确。
【补偿训练】
下列关于硅酸盐及新型无机非金属材料的说法正确的是( )
A.汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土
B.SiO2具有导电性且硬度大,所以可用于制作光导纤维和光电池
C.传统无机非金属材料是指光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
D.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点,但强度比较差
【解析】A。工业上以黏土为原料烧制瓷器,A正确;二氧化硅对光具有良好的全反射作用,故用于制作光导纤维,而Si为半导体材料,可作光电池材料,B错误;光导纤维是新型无机非金属材料,C错误;新型无机非金属材料具有高强度,D错误。
2.(12分)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。可用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450～500 ℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。以下是制备四氯化硅的装置图:
相关信息如下:
①四氯化硅遇水极易水解。
②硼、铝、铁在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物。
③有关物质的物理常数见下表:
请回答下列问题:
(1)装置A中g管的作用是________________________________;装置C中的试剂是________。
(2)甲方案:f接装置Ⅰ;乙方案:f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处,请你评价后填写下表。
(3)在上述(2)评价的基础上,请你设计一个合理方案并用文字表述: _____
___________________________________________。
(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为________________________________。
【解析】(1)g管将分液漏斗与烧瓶连通,使浓盐酸顺利滴下。由信息知,四氯化硅与水反应,故需除去氯气中的水。B瓶装饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体,C瓶装浓硫酸干燥氯气;(2)四氯化硅在常温下易液化,如果收集产品的导管太细易堵塞导管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾气中含有氯气,要设置尾气处理装置,四氯化硅易水解,要避免空气中的水蒸气进入产品收集装置;(3)应避免空气中的水蒸气进入装置,在装置Ⅰ的i处接干燥管j,故答案为在装置Ⅰ的i处接干燥管j;(4)氢气能与四氯化硅反应生成单质硅和氯化氢。
答案:(1)平衡压强,使分液漏斗中的浓盐酸顺利流下 浓硫酸
(2)
(3)在装置Ⅰ的i处接盛有碱石灰的干燥管j
(4)SiCl4+2H2Si+4HCl
3.(12分)硅是带来人类文明的重要元素之一,在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。已知Si3N4与氢氟酸反应。
(1)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下:
已知硅的熔点是1 420 ℃,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。
①N2净化时,铜屑的作用是____________________________________;
②在氮化炉中反应为3Si(s)+2N2(g)Si3N4(s),该反应放热,开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的原因是 ____________________________________。
③X可能是________(选填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。
(2)SiHCl3遇水剧烈反应,该反应的化学方程式为 _____________________。
【解析】(1)①氮气中含有少量氧气,需将氮气净化,用Cu除去氧气。
②氮化炉温度为1 200～1 400 ℃,硅的熔点为1 420 ℃,该反应是放热反应,严格控制氮气流速,以控制温度为1 200～1 400 ℃,防止硅熔化成团,阻碍硅与氮气充分接触。
③Si3N4与氢氟酸反应,而硝酸不反应,且稀硝酸可将硅块中的Fe、Cu杂质溶解而除去。
(2)SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、盐酸和H2。
答案:(1)①除去原料气中的氧气
②因为反应放热,防止局部过热,导致硅熔化成团,阻碍与N2充分接触 ③硝酸
(2)SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+H2↑
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SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
沸点/℃
57.7
12.8
—
315
熔点/℃
-70.0
-107.2
—
—
升华温度/℃
—
—
180
300
方案
优点
缺点
甲
乙
方案
优点
缺点
甲
①收集产品的导管粗,不会堵塞导管
②冷凝产品,减少了产品损失
①空气中的水蒸气进入产品收集装置,使SiCl4水解
②没有尾气处理装置,污染环境
乙
①有尾气处理装置,注重环保
②避免了空气中的水蒸气进入收集装置
①产品易堵塞导管
②没有冷凝装置,产品易损失