2024人教版高中化学必修第二册同步练习题--第三节　无机非金属材料（含解析）

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2024人教版高中化学必修第二册同步
第三节　无机非金属材料
基础过关练
题组一　硅酸盐材料
1.(2022浙江宁波期中)下列物品或设施使用了硅酸盐材料的是(　　)
①陶瓷餐具　②砖瓦　③混凝土桥墩　④门窗玻璃　⑤水晶镜片　⑥石英钟　⑦水晶项链　⑧硅太阳能电池　⑨光导纤维　⑩计算机芯片
A.⑧⑩　　　　B.⑤⑥⑦⑨ C.①②③④　　　　D.②④⑥
2.(2023安徽宿州联考)“九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句,描绘我国古代精美的青瓷工艺品。陶瓷、玻璃和水泥均为硅酸盐制品,下列有关说法中不正确的是(　　)
A.陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品
B.制玻璃的原料为纯碱、石灰石和石英砂
C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
题组二　新型无机非金属材料
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
4.(2023江苏锡山中学期中)《流浪地球2》向观众展示了太空电梯、行星发动机、超级计算机550W等超前的科技幻想,探讨了数字生命、人工智能等科技伦理问题。它们与化学有着密切联系,下列说法不正确的是(　　)
A.我国“硅—石墨烯—锗高速晶体管”技术获重大突破,C、Si、Ge都是主族元素
B.我国提出网络强国战略,光纤线路总长超过三千万公里,光纤的主要成分是SiO2
C.新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料
D.富勒烯、石墨烯都是含碳化合物
题组三　晶体硅的制备
5.(2023北京五中月考)在“双碳”目标影响下,光伏产业迎来“高光时刻”。高纯硅是光伏发电技术中重要的基础原料。制备高纯硅的主要工艺流程如图所示。
(1)反应①常伴有副反应:SiO2+3C SiC+2CO↑。若产物中粗硅与碳化硅的物质的量之比为10∶1,则参与反应的SiO2和C的物质的量之比为　　　　。
(2)反应②③均须在无氧环境中进行,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(答出2点)
(3)反应③所需的高纯H2可通过电解精制的饱和食盐水获得。在粗盐水精制过程中,为有效除去其中的Ca2+、Mg2+和S,应按顺序加入过量NaOH、　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　,并用稀盐酸调节溶液的pH至中性。
(4)在上述制备高纯硅的过程中,可循环使用的物质有　　　　和　　　　。
能力提升练
题组一　无机非金属材料的性质与应用
1.硅是带来人类文明的重要元素之一,科学家也提出硅是“21世纪的能源”。这主要是由于硅及其化合物对社会发展所起的巨大促进作用。下列关于硅及其化合物的说法中错误的是(　　)
A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B.高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路”
C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
2.(2023河北模拟预测)原始瓷是中国乃至世界出现最早且初步具有瓷器特征的一种器物。考古工作者对某原始瓷文物分析发现,其中含有石英颗粒,还有一定量的莫来石(2Al2O3·xSiO2,1≤x≤1.5)等。下列说法正确的是(　　)
A.在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体
B.瓷器质地均匀,硬度高,是纯净物
C.莫来石的主要成分为氧化物
D.瓷器烧制前后颜色不同的现象称为“窑变”,“窑变”属于物理变化
题组二　硅及其化合物的制备与性质探究
3.(2023安徽宿州联考)芯片是信息革命的核心技术和主要推动力,利用高温电炉冶炼得到的粗硅难以满足制作芯片所需要的纯度要求,因此必须对粗硅进行提纯。工业上采用Si与HCl在350 ℃左右的条件下反应生成SiHCl3,之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,且遇O2与H2O均剧烈反应。现要在实验室中制取少量SiHCl3,其实验装置如图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.不可以用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换干燥管中的碱石灰
B.使用浓H2SO4和NaCl混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的难挥发性
C.冰盐浴的目的是降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体
D.工业上用过量焦炭与石英砂混合冶炼粗硅,其反应为SiO2+C Si+CO2↑
4.(2023河北邢台月考,)碳、硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用。
(1)硅酸盐材料是传统的无机非金属材料,工业生产普通玻璃的主要原料为　　　　　　　　　　　　　　　;实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶应使用橡胶塞,而不用玻璃塞,请用化学方程式解释原因:　　　　　　　　　　　。
(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上制取高纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图如下:
①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②该工艺流程中可以循环利用的物质有　　　　　　(写化学式)。
第三节　无机非金属材料
基础过关练
1.C 2.D 3.D 4.D
1.C　陶瓷、砖瓦、混凝土、玻璃的主要成分为硅酸盐,水晶、石英、光导纤维的主要成分为二氧化硅,硅太阳能电池、计算机芯片的原料为硅单质,故符合题意的是①②③④。
2.D　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品,主要原料是黏土,A正确;制玻璃的原料为纯碱、石灰石和石英砂,B正确;硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高、耐腐蚀,C正确;沙子的主要成分是二氧化硅,D错误。
3.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,A正确;它们都是碳单质,在通常情况下化学性质比较稳定,B正确;碳纳米管和足球烯(C60)是不同的碳单质,C正确;它们分别完全燃烧后都生成二氧化碳,D错误。
4.D　C、Si、Ge都是第ⅣA主族元素,A正确;光纤的主要成分是SiO2,B正确;新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料,C正确;富勒烯和石墨烯都是碳元素的单质,D错误。
5.答案　(1)11∶23　(2)氢气易燃易爆、硅会和空气中的氧气反应　(3)过量氯化钡　过量碳酸钠
(4)氢气　氯化氢
解析　(1)SiO2+2C 2CO↑+Si、SiO2+3C SiC+2CO↑,由化学方程式可知,若产物中粗硅与碳化硅的物质的量之比为10∶1,则参与反应的SiO2和C的物质的量之比为(10+1)∶(20+3)=11∶23。
(2)氢气易燃易爆且硅会和空气中的氧气反应,故反应②③均须在无氧环境中进行。
(3)粗盐水精制过程中,加入过量氢氧化钠除去镁离子、加入过量氯化钡除去硫酸根离子、加入过量碳酸钠除去钙离子和过量的钡离子,且氯化钡、碳酸钠顺序不可调换。
(4)在题述制备高纯硅的过程中,氢气、氯化氢既是反应物又是生成物,故可循环使用的物质有氢气、氯化氢。
能力提升练
1.D　无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类,传统无机非金属材料的主要成分是硅酸盐,如玻璃、水泥、陶瓷等,新型无机非金属材料的主要成分不是硅酸盐,D错误。
2.A　在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水的特点,A正确;瓷器为多种硅酸盐的混合物,不是纯净物,B错误;莫来石的主要成分为铝硅酸盐,C错误;“窑变”过程中发生复杂的化学变化和物理变化,D错误。
3.D　干燥管中的碱石灰是碱性干燥剂,可以吸收HCl尾气,并可以防止空气中的水分进入收集容器,不能用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换,A正确;使用浓H2SO4和NaCl混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的高沸点、难挥发性,B正确;由于SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,所以冰盐浴的目的是降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体,C正确;工业上用过量的焦炭与石英砂混合冶炼粗硅,发生反应的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑,D错误。
4.答案　(1)纯碱、石灰石、石英砂　SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O
(2)①SiO2+2C Si+2CO↑　②HCl、H2
解析　(1)生产普通玻璃的主要原料为纯碱、石灰石和石英砂;氢氧化钠溶液和SiO2发生反应:SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O,Na2SiO3具有黏合性,所以盛装氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。
(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅,用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅,该反应的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑。②粗硅与氯化氢在流化床反应器中加热反应生成SiHCl3和H2,SiHCl3再与氢气在还原炉中加热反应得到高纯度的硅和HCl,则可以循环利用的物质有HCl、H2。
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