必修第二册 5.3 无机非金属材料 同步练习题(含解析)

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必修第二册 第五章 第三节 无机非金属材料 同步练习题
一、选择题（每小题只有一个正确选项，每小题4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
2． 我国科学家合成的3 nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小、熔点高，化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是(　　)
A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳元素
C．它的结构与石墨相似 D．碳纤维复合材料耐高温
3． 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
4． 我国在航天、军事、天文等领域的发展备受世界瞩目，它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是(　　)
A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料
B．“歼－20”飞机上大量使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料
C．“神舟十三号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料
D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅
5． 陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　)
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
6． 单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。用化学方法可制得高纯度硅,其化学方程式为
①SiO2+2CSi+2CO↑; ②Si+3HClSiHCl3+H2; ③SiHCl3+H2Si+3HCl。
下列有关上述三个反应的叙述,不正确的是(　　)
A．①②③为置换反应 B．①②③均为氧化还原反应
C．反应①③中硅元素均被还原 D．由反应①可知,非金属性C>Si
7． 《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)
A．黏土是制砖瓦和水泥的主要原料
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．沙子的主要成分为硅酸盐
D．泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
8． 科学家最近用金属钠还原CCl4和SiCl4制得一种一维SiC纳米棒，相关反应的化学方程式为8Na＋CCl4＋SiCl4SiC＋8NaCl。下列说法不正确的是(　　)
A．SiC和SiO2中Si元素的化合价相同
B．上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物
C．SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应
D．一维SiC纳米棒比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力
9． 由二氧化硅制高纯硅的流程如下，下列判断中错误的是(　　)
A．①②③反应中均为氧化还原反应
B．H2和HCl均可循环利用
C．SiO2是一种坚硬难熔的固体
D．SiHCl3摩尔质量为135.5 g
10．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是(　　)
A．上图所含反应都不属于氧化还原反应
B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料
C．用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣
二、填空题（本题包括5个小题，共60分）
11．(12分)硅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____________(填字母)。
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。
(3)工业上常用反应：2C＋SiO2Si＋2CO↑制备粗硅，该反应物中所含元素化合价升高的物质是______________(填化学式，下同)，氧化剂是______________。
12．(12分)世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为：___________________________、
__________________________________________(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是______________。制备普通玻璃的主要反应方程式为________________________________(任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是______________(填化学式)。
(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是________(填字母)。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
13．(12分)中国高铁对实现“一带一路”的倡议有重要的作用。
(1)建设高铁轨道需要大量的水泥,生产水泥的主要原材料是黏土和 ,还需要加入适量________调节水泥硬化速率。
(2)高铁上的信息传输系统使用了光导纤维,其主要成分是________;乘务员使用的无线通话机的芯片材料是________。
(3)高铁上安装有许多玻璃,氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹,氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为 。
(4)高铁上的卫生间没有任何异味,是由于所使用的马桶、地漏和洗手盆下水口都是纳米硅胶的高科技产品。向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体,该反应的离子方程式为________________。
14．(12分)从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下：
请回答下列问题：
(1)流程甲加入盐酸后生成Al3＋的离子方程式为______________________________________。
(2)流程乙加入烧碱后生成SiO的离子方程式为 。
(3)验证滤液B含Fe3＋，可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。
(4)滤液E、K中溶质的主要成分是________(填化学式)，写出该溶质的一种用途：_______________。
15．(12分)氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：__________
_______________________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是_____________________(填序号)。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为____________。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：________________
_______________________________________________________________________________。
1.答案　B
解析 由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航天服的韧性很好，质地并不是很脆，B错误。
2.答案　C
解析　石墨的内部结构是层状的，碳纳米管是管状的。
3.答案　B
解析 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。
4.答案　C
解析钢铁属于金属材料，A错；碳纤维属于新型无机非金属材料，B错；高温结构陶瓷属于新弄无机非金属材料，C正确；太阳能电池板的主要材料是硅，D错。
5.答案　A
解析　“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。
6.答案　D
解析 反应①③中硅元素被还原,反应②中硅元素被氧化,C项正确;反应①是在高温下进行的反应,且生成CO气体,不能说明非金属性C>Si,D项错误。
7.答案　C
解析 由题目的“择取无沙黏土而为之”，说明黏土是制砖瓦和水泥的主要原料，选项A正确；“燃薪举火”是提供高温的环境，使黏土发生复杂的物理化学变化，选项B正确；沙子的主要成分为二氧化硅，选项 C错误；黏土中有一定量的Fe元素，泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁)，浇水冷却时C与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价铁，形成青瓦，选项D正确。
8.答案　B
解析　SiC和SiO2中Si元素的化合价均为＋4价，A项正确；SiC是还原产物，NaCl是氧化产物，B项错误；SiO2制备单质Si需加入还原剂，单质Si制备SiCl4需加入氧化剂，C项正确；一维粒子上下表面均能与其他物质接触，比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力，D项正确。
9.答案　D
解析 反应①②③中，都有元素化合价的升降，均属于氧化还原反应，A正确；生成的H2和HCl分别在反应③②中应用，B正确；SiO2的熔、沸点很高，C正确；摩尔质量的单位是g·mol－1，D错误。
10.答案　A
解析　A项，由SiO2制取单晶硅的一系列反应都属于氧化还原反应，错误；B项，SiO2可作光导纤维，单晶硅可作半导体材料，正确；C项，盐酸与SiO2不反应，但与CaCO3反应，正确；D项，高炉炼铁中，存在反应：CaCO3CaO＋CO2↑，SiO2＋CaOCaSiO3，CaSiO3作为炉渣除去，正确。
11.答案　(1)D　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氢氟酸　(3)C　SiO2
12.答案　(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)石灰石　SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑(或SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑)
(3)SiO2　(4)D
解析　(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，反应的化学方程式分别为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑、SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料为石灰石。制备普通玻璃的主要反应方程式有SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑或SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。(4)普通玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A错误；石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故B错误；氧化铝坩埚中的氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C错误；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D正确。
13答案:(1)石灰石　石膏 (2)SiO2　Si
(3)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
(4)SiO32-+2H+H2SiO3(胶体)
【解析】(1)生产水泥的主要原料是:石灰石和黏土;生产水泥的主要设备是:水泥回转窑;
(2)光导纤维,其主要成分是SiO2，具有良好的导光性,硅单质是半导体材料，常用于计算机芯片的材料和太阳能电池，乘务员使用的无线通话机的芯片材料是硅;
(3)玻璃中含有二氧化硅,二氧化硅和氢氟酸反应生成四氟化硅，反应方程式为:SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;
(4)向硅酸钠溶液中滴入稀盐酸,反应生成硅酸胶体，离子方程式: SiO32-+2H+ H2SiO3(胶体)。
14．答案：(1)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O (2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(3)硫氰化钾　(4)NaHCO3　制纯碱(或做发酵粉等合理答案)
解析：本题考查铝土矿中氧化铝提取的工艺流程。(1)与HCl反应生成Al3＋，应为铝土矿中的Al2O3。(2)SiO2可以溶于NaOH中生成Na2SiO3。(3)检验Fe3＋的特征反应很多，如与KSCN显血红色，与苯酚显紫色，与OH－显红褐色沉淀等。(4)生成E、K时，CO2均是过量的，故应生成NaHCO3。
15.答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
解析：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的原因是SiO2与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得：3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
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