2025-2026学年人教版化学必修第二册 5.3无机非金属材料 课时达标（含答案）

5.3无机非金属材料
一．选择题
1．(2024·湖南卷)中华文化源远流长，化学与文化传承密不可分。下列说法错误的是(　　)
A．青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金
B．长沙走马楼出土的竹木简牍主要成分是纤维素
C．蔡伦采用碱液蒸煮制浆法造纸，该过程不涉及化学变化
D．铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成
2．北京故宫的屋顶有各种颜色的琉璃瓦，坚实耐用，经历几百年的风雨洗礼仍能保存完整。下列说法错误的是(　　)
A．琉璃瓦的主要成分是硅酸盐
B．制作琉璃瓦的主要原料是黏土
C．硅酸盐的结构决定了琉璃瓦坚实耐用
D．黄色和绿色琉璃瓦中分别含有Fe2+、Cu2+
3．玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是(　　)
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、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
4．下列有关说法正确的是(　　)
A．光刻胶是制造芯片的关键材料，金属氧化物纳米颗粒光刻胶由金属氧化物纳米簇和溶剂等组成，是一种胶体
B．晶体硅和无定形硅是硅元素的同素异形体，且二者化学性质完全不同
C．硅是芯片的主要成分之一，晶体硅是一种性能优良的半导体材料，它属于非电解质
D．工业粗硅的冶炼方法为SiO2＋2CSi＋2CO↑，在该反应中SiO2作还原剂
5．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为Si
D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶4
6．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。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下图所示：
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下列说法正确的是(　　)
A．自然界中存在大量的单质硅
B．电弧炉中反应的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑
C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
7．从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
②Si(粗)＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
关于上述反应的叙述不正确的是(　　)
A．①③是置换反应，②是化合反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移 4 mol电子
D．高温下在焙炉里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅
8．新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题，其结构模型如图所示。
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下列有关说法正确的是(　　)
A．石墨烯是一种新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素异形体
D．氧化石墨烯具有一定的亲水性
9．天安门前的华表(又称“望柱”)、金水桥都是用汉白玉制作的。汉白玉就是纯白色的大理石，是一种石灰石形态，内含闪光晶体，主要由CaCO3、MgCO3和SiO2组成，也包含少量Al2O3、Fe2O3等。下列叙述正确的是(　　)
A．CaCO3、MgCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3五种化合物在高温下都能稳定存在
B．SiO2、Al2O3均既能与强酸反应又能与强碱反应
C．汉白玉制成的金水桥能被酸雨腐蚀
D．将汉白玉雕刻成“望柱”的过程中发生了化学变化
10.纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是(　　)
A．X可用作木材防火剂
B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4
C．步骤Ⅱ中的Y生成可用SiO2与水反应代替
D．步骤Ⅲ若在实验室完成，一般在坩埚中进行
二．非选择题
11．硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下图所示：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：__________________________
____________________________________________________________________。
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，写出并配平该化学方程式：___________________________； H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是____________________________________________________。
(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料中查阅到下列信息：
Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；
Ⅱ.金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐和SiH4；
Ⅲ.SiH4在空气中自燃。
他们根据信息进行实验，当用足量稀硫酸溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。
①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是
____________________________________________________________________。
②用稀硫酸溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是_____________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
12.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：____________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________。
5.3无机非金属材料
一．选择题
1．C　解析：四羊方尊由青铜制成，青铜属于合金，A正确；竹木简牍由竹子、木头等原料制成，竹子、木头的主要成分为纤维素，B正确；蔡伦用碱液制浆法造纸，将原料放在碱液中蒸煮，原料在碱性环境下发生反应使原有的粗浆纤维变成细浆，该过程涉及化学变化，C错误；陶瓷是利用黏土在高温下烧结定型生成硅酸铝，D正确。
2．D　解析：琉璃瓦的主要成分是硅酸盐，故A正确；制作琉璃瓦的主要原料是黏土，故B正确；硅酸盐的结构决定了琉璃瓦坚实耐用，故C正确；黄色琉璃瓦中可能含有Fe3+，故D错误。
3．C　解析：陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的主要原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
4．A　解析：胶体的分散质的粒子直径为1～100 nm，因此金属氧化物纳米颗粒光刻胶属于胶体，故A正确；晶体硅和无定形硅是由硅元素组成的不同单质，互为同素异形体，二者结构不同，化学性质相同，故B错误；硅是单质，既不属于电解质也不属于非电解质，故C错误；SiO2中Si的化合价降低，得电子，SiO2作氧化剂，故D错误。
5．C　解析：在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，A项正确；碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，属于原子晶体，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，B项正确；光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2，C项错误；在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶4，D项正确。
6．D　解析：在自然界中没有单质硅，只有化合态的硅，故A错误；电弧炉中反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，故B错误；二氧化硅和硅都能与氢氟酸反应，故C错误；SiHCl3(沸点33.0 ℃)和SiCl4(沸点67.6 ℃)的沸点有较大差距，所以可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3，故D正确。
7．D　解析：根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g(1 mol)硅，均转移4 mol电子，C错误；题中的三个反应是在三个不同的反应器中发生的，D错误。
8．D　解析：石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以具有一定的亲水性，D正确。
9．C　解析：CaCO3和MgCO3在高温下易分解，故A错误；SiO2只与HF反应，不能与强酸反应，故B错误；酸雨中含硫酸和硝酸，CaCO3、MgCO3、Al2O3、Fe2O3都能与酸雨反应，因此汉白玉制成的金水桥能被酸雨腐蚀，故C正确；将汉白玉雕刻成“望柱”的过程中没有新物质的生成，没有发生化学变化，故D错误。
10.　C 解析　硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂，A项正确；硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸，所以步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4，B项正确；SiO2与水不反应不能够生成硅酸，C项错误；灼烧固体一般在坩埚中进行，D项正确。
二．非选择题
11．
解析：(1)在SiHCl3中，硅元素的化合价为＋4价，则氢元素的化合价为－1价，氯元素的化合价为－1价，SiHCl3和水反应时，会生成氢气。
答案：(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl　高温下，H2遇O2发生爆炸
(2)①2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si
②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4自燃，即发生反应：Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O
12.
　(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①②　(3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
解析　(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定律求得：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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