2025人教版高中化学必修第二册强化练习题--第三节　无机非金属材料（含解析）

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2025人教版高中化学必修第二册
第三节　无机非金属材料
基础过关练
题组一　硅酸盐材料
1.(教材习题改编)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.(2024河南信阳高级中学月考)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.制普通玻璃的原料为纯碱、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.(2024山东大联考月考)下列有关新型无机非金属材料的说法,错误的是(　　)
A.人造骨头、人造血管属于生物陶瓷,生物陶瓷属于新型无机非金属材料
B.石墨烯作为新型无机非金属材料,已经在动力电池中大量使用
C.氧化铝陶瓷是一种高温结构材料,可用来制造高温炉管,但氧化铝陶瓷不属于新型无机非金属材料
D.宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分可能是氮化硅陶瓷,氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料
4.(2024福建三明一中期中)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　晶体硅的性质、制备和用途
5.(2024江西景德镇阶段考)下列关于硅的说法中,不正确的是(　　)
A.硅是非金属,其单质是灰黑色有金属光泽的固体
B.硅是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应
D.加热到一定温度时,硅能与氯气、碳等非金属单质反应
6.(2023北京五中月考)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　　　　　　　　　　,过滤后再用稀盐酸调节滤液的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.(2024湖南长沙雅礼中学期中)现代社会的发展与进步离不开材料,下列有关说法不正确的是　　(　　)
A.碳化硅是一种新型陶瓷材料,具有耐高温耐磨的特点
B.晶体硅是一种半导体材料,常用于制造光导纤维
C.硬铝是一种铝合金,是制造飞机和飞船的理想材料
D.石墨烯是一种新型无机非金属材料,具有高电导率的特点
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.(2024广东肇庆月考,)由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示,下列说法不正确的是(　　)
粗SiO2 X溶液 Y SiO2
A.X可制作木材防火剂
B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4 H2SiO3↓+Na2SO4
C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代
D.若在实验室中完成步骤Ⅲ,一般在蒸发皿中进行
4.(2024重庆巴川国际高级中学月考)工业上采用Si与HCl在300 ℃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↑
5.(2024湖南衡阳月考)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)。
答案与分层梯度式解析
第三节　无机非金属材料
基础过关练
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;制普通玻璃的原料为纯碱、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.C　氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,故C错误。
4.D　C、Si、Ge都是第ⅣA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.C　硅属于非金属,其单质有灰黑色金属光泽,A正确;硅元素在元素周期表中处于金属与非金属元素的过渡位置,其单质的导电性介于导体与绝缘体之间,是良好的半导体材料,B正确;硅的化学性质不活泼,但在常温下能与HF、NaOH溶液等发生反应,C错误;加热到一定温度时,硅能与氯气、碳等非金属单质发生反应,D正确。
6.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,且碳酸钠应在氯化钡之后加入。
(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.B　碳化硅陶瓷具有抗氧化性强、耐磨性好、耐高温等特点,其属于新型无机非金属材料,A正确;晶体硅是良好的半导体材料,常用于制造芯片,用于制造光导纤维的是SiO2,B错误;硬铝是一种铝合金,其密度小、强度高,是制造飞机和飞船的理想材料,C正确;石墨烯是一种新型无机非金属材料,石墨是良好的导体,石墨烯有独特的结构,具有优良的导电、导热性能,D正确。
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　步骤Ⅰ发生的反应为SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O,则X为Na2SiO3;步骤Ⅱ发生的反应为Na2SiO3+H2SO4 H2SiO3↓+Na2SO4,则Y为H2SiO3;步骤ⅢH2SiO3受热分解产生SiO2。X为Na2SiO3,Na2SiO3可以制作木材防火剂,A正确;步骤Ⅱ发生的反应为Na2SiO3+H2SO4 H2SiO3↓+Na2SO4,B正确;H2CO3的酸性比H2SiO3强,可用CO2替代稀硫酸,C正确;步骤Ⅲ为灼烧H2SiO3,应在坩埚中进行,D错误。
4.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。
5.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发生的反应为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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