化学必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第三节 无机非金属材料精品课堂检测

　　第五章  化工生产中的重要非金属元素

第三节  无机非金属材料

一、选择题

1．2022年北京冬奥会尽显科技力量，彰显绿色理念。下列说法不正确的是（　　）

A．颁奖礼服采用的石墨烯材料是能导热的金属材料

B．“飞扬”火炬内胆辅助材质铝合金是密度较小的金属材料

C．“飞扬”火炬外壳材料碳纤维是耐低温的无机非金属材料

D．陶瓷版“冰墩墩”属于无机非金属材料

【解析】选A。石墨烯是碳的一种单质，属于无机非金属材料，故A项错误；铝合金的密度较小，属于金属材料，故B项正确；碳纤维是微晶石墨材料，属于无机非金属材料，故C项正确；陶瓷以硅酸盐为主要原料，属于传统无机非金属材料，故D项正确。

2．如图为刻蚀在玻璃上的精美的花纹图案，则刻蚀过程中所发生的主要化学反应为（　　）

A．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

B．NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑

C．Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑

D．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

【解析】选D。氢氟酸可用于在玻璃上刻蚀各种精美图案，刻蚀过程中发生反应：4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。

3．碳纳米管是继足球烯（C60）以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯（C60）的说法错误的是（　　）

A．它们的物理性质有较大差异

B．在常温下它们的化学性质都稳定

C．它们是不同的碳单质

D．它们分别完全燃烧后生成物不同

【解析】选D。碳纳米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性质不同；它们都是碳单质，在常温下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。

4．2021年，我国航空航天事业取得了辉煌成就。下列成就所涉及的材料为半导体材料的是（　　）

A．“天问一号”探测器使用的复合材料——SiC增强铝基复合材料

B．“天舟三号”货运飞船使用的质量轻强度高的材料——铝合金

C．“长征五号”运载火箭使用的高效清洁的液体燃料——液氢

D．“神舟十三号”载人飞船使用的太阳能电池材料——砷化镓

【解析】选D。SiC增强铝基复合材料属于复合材料，A错误；铝合金是合金，属于金属材料，B错误；液氢是可燃性物质，燃烧会产生大量能量，属于高效清洁的液体燃料，不是材料，C错误；太阳能电池材料——砷化镓的导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料，D正确。

5.下列反应不能一步完成的是 (　　)

A.SiO2Na2SiO3         B.SiO2H2SiO3

C.Na2SiO3H2SiO3      D.H2SiO3SiO2

【解析】选B。SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,A项正确;SiO2不与水反应,不能一步生成H2SiO3,B项错误;Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl,C项正确;H2SiO3SiO2+H2O,D项正确。

[易错提醒]SiO2不溶于水且不与水发生反应。SiO2与HF反应,与其他酸不反应。

6.含硅元素的物质有很多用途,下列说法不正确的是 (　　)

A.硅晶片是生产芯片的基础材料,其主要成分为SiO2

B.高压输电线路使用的陶瓷绝缘材料属于硅酸盐材料

C.水玻璃是硅酸钠的水溶液,可用作木材防火剂的原料

D.超导陶瓷具有超导性,可应用于电力和交通领域

【解析】选A。光导纤维的主要成分是SiO2,而芯片的主要成分是Si,A项错误;陶瓷不导电,具有良好的绝缘性,其主要成分为硅酸盐,可用于高压输电线路使用的绝缘材料,B项正确;硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,不易燃烧,可用作木材防火剂的原料,C项正确;超导陶瓷具有超导性,是一种优良的导体,故可用于电力和交通领域,D项正确。

7.下列离子方程式中书写正确的是 (　　)

A.水玻璃中通入过量的二氧化碳:Na2SiO3+CO2+H2O2Na++C+H2SiO3

B.二氧化硅放入澄清石灰水中:Ca(OH)2+2SiO2CaSiO3+H2O

C.二氧化硅与氢氟酸反应:SiO2+4H++4F-SiF4↑+2H2O

D.单质硅溶于烧碱溶液中:Si+2OH-+H2OSi+2H2↑

【解析】选D。水玻璃是硅酸钠的水溶液,硅酸钠是易溶于水的强电解质,以离子形式存在,向其中通入过量CO2反应产生NaHCO3和H2SiO3,反应的离子方程式为Si+2CO2+2H2OH2SiO3↓+2HC,A错误;澄清石灰水中Ca(OH)2以离子形式存在,该反应方程式不符合质量守恒定律和物质存在形式,正确的离子方程式为Ca2++2OH-+SiO2CaSiO3+H2O,B错误;氢氟酸是弱酸,应该用化学式表示,C错误;单质硅溶于烧碱溶液中,生成硅酸钠和H2,反应符合反应事实,D正确。

8.“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下:

下列说法错误的是 (　　)

A.反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2

B.流程中HCl和H2可以循环利用

C.反应①②③均为置换反应

D.生成的硅单质是光导纤维的主要成分

【解析】选D。反应①的化学方程式为SiO2+2C2CO↑+Si,SiO2是氧化剂,C是还原剂,氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2,A项正确;反应②中的HCl是反应物、H2是生成物,反应③中H2是反应物、HCl是生成物,故流程中HCl和H2可以循环利用,B项正确;反应①SiO2+2C2CO↑+Si,反应②Si+3HClH2+SiHCl3,反应③H2+SiHCl3Si+3HCl,均为置换反应,C项正确;光导纤维的主要成分是SiO2,Si单质是良好的半导体材料,D项错误。

9．有关高温结构陶瓷和光导纤维说法不正确的是(　　)

A．高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料

B．氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，具有超硬性、耐高温、抗氧化、耐腐蚀的性能，可用于制造火箭发动机

C．光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维

D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听

答案：A

解析：高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点，本身具有很多优点，如硬度、强度高，抗氧化等，A项错误。氮化硅陶瓷是一种高温结构材料，具有超硬性、耐高温、抗氧化、耐腐蚀的性能，可用于制造火箭发动机，B项正确。光导纤维具有良好的光学特性，是一种高质量传导光的玻璃纤维，具有抗干扰能力、不发生电辐射、能防窃听等性能，C、D项正确。

10．列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是(　　)

A．高纯硅可用于制造半导体材料

B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷

C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面

D．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆

答案：D

解析：光导纤维不具有导电性，D不正确。

11．化学在生产生活和科学研究中具有重要的作用。下列说法正确的是(　　)

①石英的主要成分是二氧化硅　②三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料　③太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能　④二氧化硅的熔点高，硬度大，所以可用来制造电子部件和光学器件　⑤水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

A．①②③   B．②④⑤

C．③④⑤   D．①②③④

答案：A

解析：石英的主要成分是二氧化硅；水泥属于传统硅酸盐产品；太阳能电池的主要成分是硅；水晶项链的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；硅是半导体

12．关于下列反应的叙述正确的是(　　)

A．由SiO2＋2CSi＋2CO↑可推知硅的非金属性比碳强

B．由CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强

C．由Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓可推知碳的非金属性比硅强

D．H2CO3比H2SiO3受热易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强

答案：C

二、非选择题

13．是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。

(1)下列物质不属于硅酸盐材料的是__________。 

A.陶瓷　B.玻璃　C.水泥　D.生石灰

(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2和CO2都属于酸性氧化物,性质相似,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为__________________________,工艺师常用________________(填物质名称)来雕刻玻璃,其反应的化学方程式为________。 

(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作________。 

(4)工业上常利用反应2C+SiO2Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的物质是________________(填化学式,下同),氧化剂是______________。 

【解析】(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含硅元素,不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”,具有阻燃的功能,因此可用作防火剂。(4)制备硅单质的反应中C(碳)被氧化;SiO2中+4价的硅被还原,因此SiO2是氧化剂。

答案:(1)D　(2)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O　氢氟酸　SiO2+4HFSiF4↑+2H2O　(3)防火剂　(4)C　SiO2

14．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讯材料——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位于第____________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______________________________。 

(2)易与C发生化学反应的酸是__________________, 反应的化学方程式是

______________。 

(3)将C与纯碱混合高温熔融时发生化学反应生成D,同时还生成B的最高价氧化物E;将少量的E通入D的水溶液中,生成含A的化合物F。

①分别写出生成D和F的化学反应方程式:______________________________, 

____________________________________________。 

②要将纯碱高温熔化,下列坩埚中不可选用的是________________。 

A.普通玻璃坩埚　B.石英玻璃坩埚C.铁坩埚

【解析】含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料,则A为Si,含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维,则C为SiO2,C与烧碱反应生成含A元素的化合物D为Na2SiO3。

(1)A的最外层电子数为4,位于第ⅣA族,与A同族但相对原子质量比A小的元素B为碳,其原子结构示意图为,二者最外层均有4个电子;(2)二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅与水,化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;(3)①将SiO2与纯碱混合高温熔融时反应生成Na2SiO3,同时还生成B的最高价氧化物E,则E为CO2,化学方程式为SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑;将少量的CO2与Na2SiO3水溶液反应,生成了含A的化合物F为H2SiO3,化学方程式为Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓;②普通玻璃坩埚、石英玻璃坩埚中的二氧化硅在高温下都能与碳酸钠反应,应在铁坩埚中熔化,A、B两选项符合题意。

答案:(1)ⅣA　　最外层均有4个电子

(2)氢氟酸　SiO2+4HFSiF4↑+2H2O

(3)①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑

Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓　②AB

15．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)工业上生产粗硅的反应: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________________。 

(2)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__________。 

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:______________________。 

【解析】(1)若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1,可将两化学方程式叠加,可知C和SiO2的物质的量之比为5∶2。

(2)①由流程图可知反应Ⅱ是SiHCl3和H2反应生成纯硅和HCl,因此化学方程式为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。

②根据反应中的已知物质:SiHCl3+H2OH2SiO3+HCl,由原子守恒可知另一种物质为H2,因此反应的化学方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+H2↑。

答案:(1)5∶2

(2)①SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl　②SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+H2↑