第5章　化工生产中的重要非金属元素 分层作业7　无机非金属材料--2025人教版化学必修第二册同步练习题（含答案）

中小学教育资源及组卷应用平台
2025人教版化学必修第二册
分层作业7　无机非金属材料
A 级　必备知识基础练
题组1.硅酸盐材料
1.(2024·陕西西安高一期末)陶瓷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。下列说法中错误的是(　　)
A.瓷器的青色来自氧化铁
B.秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成
C.陶瓷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
题组2.新型无机非金属材料
2.(2024·福建福州八中高一检测)某电影向观众展示了太空电梯、行星发动机、超级计算机550 W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都是主族元素
B.我国提出网络强国战略,光纤线路中光纤的主要成分是SiO2
C.新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料
D.富勒烯、石墨烯都是有机高分子材料
3.(2024·河南郑州十校高一联考)从物质类别、元素化合价、物质所含元素在元素周期表中的位置的角度可以认识有关物质的化学性质。下列说法正确的是(　　)
A.自然界中存在游离态的硅
B.SiO2中硅元素的化合价为+4价,具有氧化性,能发生反应SiO2+2CSi+2CO↑
C.SiO2属于两性氧化物,能与氢氧化钠溶液反应,也能与氢氟酸反应
D.H2SiO3属于弱酸,可由反应SiO2+H2OH2SiO3↓制得
4.(2024·江苏南通名校联盟联考)下列有关硅及其化合物的说法中不正确的是(　　)
A.在粗硅的提取中发生反应:2C+SiO22CO↑+Si,硅元素被还原
B.Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,再通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3可知,硅酸的酸性强于碳酸
5.(2024·河北张家口统考)自然界中硅元素主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在于地壳中。下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)
A.“麒麟”芯片的主要材料是单晶硅
B.制造太阳能电池板的主要材料是二氧化硅
C.硅酸可由酸性氧化物SiO2与水化合而制得
D.SiO2是酸性氧化物,不与任何酸发生反应
6.(2024·山西运城高一统考)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示:
容器①中300 ℃进行的反应①为Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g);容器②中1 100 ℃进行的反应②为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。下列说法正确的是(　　)
A.高纯硅可用作光导纤维和太阳能电池
B.粗硅的制法:SiO2+CSi(粗硅)+CO2↑
C.反应①和②互为可逆反应
D.该工艺流程的优点是H2和HCl可循环使用
7.(2024·福建福州高一期末)H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是(　　)
A.合成1反应中H2作氧化剂
B.合成2的反应为SiF4+NaAlH4SiH4+NaAlF4
C.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
8.(2024·黑龙江齐齐哈尔高一期末)制造芯片用到的高纯硅可用SiHCl3(沸点:31.85 ℃,SiHCl3遇水会剧烈反应,除生成H2SiO3、HCl外,还生成一种气体a)与过量H2在1 100~1 200 ℃反应制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去),下列说法错误的是(　　)
A.实验时,先打开装有稀硫酸仪器的活塞,收集尾气验纯,再预热装置Ⅳ石英管
B.装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、温度高于32 ℃的温水
C.a气体为H2
D.Ⅰ装置可用于二氧化锰固体与浓盐酸反应制备氯气
B 级　关键能力提升练
9.(2024·江西抚州高一期末)科技发展改变生活,近几年我国人工智能、航空航天、量子通信、生命科学大放异彩。下列说法不正确的是(　　)
A.神舟飞船航天员所使用的操纵杆采用碳纤维材料制作,碳纤维属于新型无机非金属材料
B.清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料与光导纤维的不同
C.“长征五号遥五”运载火箭中使用的氮化铝陶瓷,属于新型硅酸盐材料
D.量子通信材料螺旋碳纳米管TEM与石墨烯互为同素异形体
10.(2024·安徽铜陵高一期末)近年来,我国在太空探索、高铁建设、5G通信等方面取得了举世瞩目的成就,它们都与化学有着密切的联系。下列说法正确的是(　　)
A.“天宫二号”空间实验室的二氧化硅电池板将光能直接转换为电能
B.“神舟十七号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
C.“火树银花合,星桥铁锁开”中涉及的焰色试验是化学变化
D.碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等
11.(2024·四川达州高一统考)以下是由石英砂(主要成分为二氧化硅)制备高纯硅的工艺流程示意图。
下列说法中不正确的是(　　)
A.步骤①中反应的化学方程式:SiO2+2CSi+2CO↑
B.工艺流程中,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分液
C.由粗硅制备高纯硅的过程中,循环使用的物质主要有HCl和H2
D.若混合物分离后,得到SiCl4、SiHCl3、H2的物质的量之比为1∶1∶1,理论上需要额外补充H2
12.(2024·广东江门高一调研)2023年10月26日,“神舟十七号”载人飞船在我国酒泉卫星发射中心成功发射,飞船使用了我国自主研发和生产的航天芯片,其中芯片全为我国制造,制作芯片的刻蚀液为硝酸与氢氟酸的混合液,工艺涉及反应为Si+HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2↑+H2O,下列说法错误的是(　　)
A.此反应不能在玻璃容器中进行
B.由此反应可判断氢氟酸是强酸
C.氧化性:HNO3>H2SiF6
D.标准状况下,生成1.12 L H2时,转移电子的物质的量为0.2 mol
13.(2024·广东东莞实验中学高一期中)工业上采用Si与HCl在350 ℃左右反应生成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和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,下列说法正确的是(　　)
A.反应时,应该先点燃“粗硅”处的酒精灯
B.使用浓硫酸和NaCl混合加热制取HCl利用了浓硫酸的脱水性和强酸性
C.冰盐浴的目的为降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体
D.可以用无水CaCl2替换干燥管中的碱石灰
14.(2024·湖北武汉部分重点校联考)氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物):
下列叙述不正确的是(　　)
A.“还原”步骤中焦炭主要被氧化为CO
B.“高温氮化”反应的化学方程式为3Si+2N2Si3N4
C.“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉
D.“稀酸Y”可选用稀硝酸或稀硫酸
15.(2024·辽宁锦州高一期末)实验室用H2还原SiHCl3(沸点:31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去),下列说法正确的是(　　)
A.装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是热水、浓硫酸
B.实验时,应先加热管式炉,再打开活塞K
C.为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质,需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D.该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备氨
C 级　学科素养拔高练
16.(2024·江苏无锡高一调研)Ⅰ.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气体在300 ℃反应制得SiHCl3和H2;
③SiHCl3与过量H2在1 000~1 100 ℃反应制得纯硅。
(1)第②步制备SiHCl3反应的化学方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)整个制备过程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,写出配平的化学反应方程式: 　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.粗硅与氯气反应也可生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下:
a.四氯化硅极易与水反应;
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
c.有关物质的物理常数见下表:
物质 SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5
沸点/℃ 57.7 12.8 - 315 -
熔点/℃ -70.0 -107.2 - - -
升华温度/℃ - - 180 300 162
(3)写出装置A中发生反应的离子方程式: 　　　　　　　　。
(4)装置A中g管的作用是　　　　　　　　　　　　;装置C中的试剂是　　　　;装置E中的h瓶需要冷却的理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外还可能含有的杂质元素是　　　　　(填写元素符号)。
答案：
1.A　解析 氧化铁为棕红色固体,瓷器的青色不可能来自氧化铁,A错误;陶制品是由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的,B正确;陶瓷的主要成分是硅酸盐,与水泥、玻璃同称为三大硅酸盐产品,C正确;陶瓷的主要成分是硅酸盐,硅酸盐的化学性质不活泼,具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点,D正确。
2.D　解析 C、Si、Ge都是第ⅣA族元素,都是主族元素,A正确;二氧化硅晶体具有良好的导光性,是制造光导纤维的主要原料,B正确;碳化硅(SiC)熔点很高,可作耐高温结构材料,C正确;富勒烯、石墨烯都是碳单质,不是有机高分子材料,D错误。
3.B　解析 硅元素的非金属性弱于碳元素,但是自然界中无游离态的硅,Si均以SiO2或硅酸盐的形式存在,A错误;在反应SiO2+2CSi+2CO↑中,硅由+4价变为0价,则二氧化硅是氧化剂,B正确;SiO2能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应,SiO2不是两性氧化物,因为SiO2与氢氟酸反应生成的是SiF4与水,SiF4不是盐类,C错误;二氧化硅不能溶于水,不能直接制备硅酸,D错误。
4.D　解析 A项,该反应中,SiO2中Si得电子被还原,A正确;Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气,SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水,B正确;二氧化硅无法直接与水反应生成硅酸,因此先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠,硅酸钠溶液再与二氧化碳反应生成硅酸,C正确;酸性强弱的比较需要在没有外界条件干扰的情况下,该反应的反应条件为高温,且硅酸钠溶液中通入二氧化碳生成硅酸,可知碳酸酸性强于硅酸,D错误。
5.A　解析 硅单质是良好的半导体材料,常用于制芯片,A正确;制造太阳能电池板的主要材料是硅单质,B错误;SiO2不溶于水,不与水反应,C错误;SiO2能与HF反应,生成SiF4和H2O,D错误。
6.D　解析 从流程图中可以看出,容器①中,Si(粗)与HCl(g)反应,生成SiHCl3(l)和H2(g);容器②中,SiHCl3(l)与H2(g)反应,生成Si(纯)和HCl(g);HCl(g)和H2(g)可以循环使用。制作光导纤维的是二氧化硅,A错误;粗硅提纯的第一步就是在电炉中用C与二氧化硅反应,置换出粗硅和CO:SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑,B错误;反应①与反应②对应反应温度不一致,因此二者不是可逆反应,C错误;由分析可知,H2和HCl可循环使用,D正确。
7.C　解析 合成1中发生反应Na+Al+2H2NaAlH4,合成2中发生反应NaAlH4+SiF4SiH4+NaAlF4,合成3制备四氟化硅,净化、热解SiH4步骤中四氢化硅分解为晶体硅和氢气。合成1中发生反应Na+Al+2H2NaAlH4,H由0价转化成-1价,化合价降低,氢气作氧化剂,A正确;分析可知B正确;合成3中NaAlF4与硫酸反应生成HF,HF与二氧化硅反应生成SiF4,因此不能说明二氧化硅溶于硫酸,C错误;四氢化硅分解为晶体硅和氢气,根据非金属性分析,氢的非金属性强于硅,硅元素显+4价,化合价降低,因此晶体硅为还原产物,D正确。
8.D　解析 实验时应先打开装有稀硫酸仪器的活塞制取氢气,用氢气将装置内的空气排出,收集尾气验纯,再预热装置Ⅳ石英管,防止氢气不纯加热易爆炸,A正确;装置Ⅱ中浓硫酸可干燥氢气,Ⅲ中盛装温度高于32 ℃的温水,目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化,与氢气反应,B正确;SiHCl3遇水剧烈反应方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3+H2↑+3HCl,故a为氢气,C正确;浓盐酸与二氧化锰反应需要加热,常温下不发生反应,D错误。
9.C　解析 碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维,碳纤维材料属于新型无机非金属材料,A正确;异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料是Si,光导纤维的主要材料为SiO2,B正确;氮化铝陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点,属于新型无机非金属材料,不是硅酸盐材料,C错误;量子通信材料螺旋碳纳米管TEM为碳单质,石墨烯也为碳单质,两者是同种元素的不同单质,两者互为同素异形体,D正确。
10.D　解析 电池板的主要材料是高纯硅,不是二氧化硅,A错误;高温结构陶瓷的主要成分是氮化硅等,为新型无机非金属材料,不属于硅酸盐,B错误;焰色试验是物理变化,是某些金属元素的性质,C错误;碳纳米材料是一类新型无机非金属材料,主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等,D正确。
11.B　解析 工艺流程中,各物质沸点不同,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分馏,B错误;结合反应过程,HCl和H2可循环使用,C正确;根据SiCl4+H2SiHCl3+HCl、SiHCl3+H2Si+3HCl,1 mol SiCl4、SiHCl3完全转化为Si需要3 mol氢气,若得到SiCl4、SiHCl3、H2的物质的量之比为1∶1∶1,则理论上需要额外补充2 mol H2,D正确。
12.B　解析 氢氟酸能腐蚀玻璃,此反应不能在玻璃容器中进行,A正确;该反应为氧化还原反应,不能由此反应判断氢氟酸是强酸还是弱酸,B错误;氧化剂的氧化性大于氧化产物,则氧化性:HNO3>H2SiF6,C正确;据关系式Si~HNO3~H2SiF6~HNO2~H2~4e-,则标准状况下,生成1.12 L H2(0.05 mol)时,转移电子的物质的量为0.2 mol,D正确。
13.C　解析 浓硫酸与氯化钠反应生成氯化氢,Si与HCl在350 ℃左右反应生成SiHCl3,SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,用冰盐浴冷却,碱石灰防止空气中的水进入装置中,同时吸收尾气HCl。反应时,应该先点燃“NaCl”处的酒精灯,产生的氯化氢赶走装置中空气,A错误;使用浓硫酸和NaCl混合加热制取HCl利用了高沸点的浓硫酸制取低沸点的氯化氢,B错误;SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,冰盐浴的目的为降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体,C正确;干燥管中的碱石灰,防止空气中的水进入装置中,同时吸收尾气HCl,不可以用无水CaCl2替换,氯化钙不能吸收氯化氢,D错误。
14.D　解析 焦炭与石英砂发生反应SiO2+2CSi+2CO↑,焦炭被氧化成CO,A正确;“高温氮化”是Si与氮气化合生成Si3N4,化学方程式为3Si+2N2Si3N4,B正确;原料气中含有N2和少量的O2,氧气能与Cu反应生成CuO,N2不与Cu反应,将原料气通过灼热的铜粉可以得到纯净氮气,C正确;粗硅中含有少量Fe和Cu,即Si3N4中含有少量Fe和Cu,Fe、Cu与稀硝酸反应,得到可溶于水的Fe(NO3)3和Cu(NO3)2,稀硝酸可以除去Si3N4中Fe和Cu,但Cu不溶于稀硫酸,故不能用稀硫酸,D错误。
15.C　解析 制备高纯硅的反应为H2+SiHCl3Si+3HCl,在装置Ⅳ中进行,装置Ⅰ的目的是制备氢气,氢气中含有水蒸气,对后续实验产生干扰,必须除去,因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气,即装置Ⅱ中盛放浓硫酸,装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体,因此在水浴中加热,A错误;实验时应先通入氢气,目的是排出装置中的空气,防止发生危险,B错误;硅单质不与盐酸反应,铁与盐酸反应生成Fe2+,Fe2+被H2O2氧化成Fe3+,Fe3+与KSCN溶液反应,溶液变红色,可以鉴定是否含有微量铁单质,C正确;用稀NaOH溶液制备氨,需要加热,装置Ⅰ中没有加热装置,因此不能制备氨,D错误。
16.答案 (1)Si+3HClSiHCl3+H2
(2)SiHCl3+3H2OH2SiO3+H2↑+3HCl
(3)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(4)平衡压强,使液体顺利流下　浓硫酸　使SiCl4冷凝
(5)Al、P、Cl
解析 (2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和H2,反应的化学方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3+H2↑+3HCl。
(4)装置A中g管可以平衡压强,使液体能顺利流下;装置C中由浓硫酸吸收氯气中的水蒸气,干燥气体;装置E中的h瓶收集四氯化硅,为使SiCl4冷凝,该装置需要冷却。
(5)E中收集的粗产物中混有BCl3、AlCl3、FeCl3、PCl5,精馏BCl3使其汽化,除去BCl3,AlCl3、FeCl3、PCl5均留在瓶中,精馏后的残留物中含有Fe、Al、P、Cl元素。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)