2022年高中化學(xué) 第三章 化學(xué)與材料的發(fā)展 新型無(wú)機(jī)非金屬材料練習(xí) 新人教版選修2

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1、2022年高中化學(xué) 第三章 化學(xué)與材料的發(fā)展 新型無(wú)機(jī)非金屬材料練習(xí) 新人教版選修2 1．(xx·亳州高二檢測(cè))我國(guó)及美國(guó)、日本等國(guó)家都已研制出一種陶瓷柴油機(jī)，這種柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件的受熱面用一種耐高溫且不易傳熱的材料來(lái)制造，這種材料是(　　) A．氧化鋁陶瓷 B．氮化硅陶瓷 C．光導(dǎo)纖維 D．玻璃鋼 【解析】　Si3N4陶瓷強(qiáng)度大、硬度高、耐磨、不與除氫氟酸外的酸反應(yīng)。 【答案】　B 2．下列說(shuō)法中，正確的是(　　) A．傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料具有抗腐蝕性、耐高溫等許多優(yōu)點(diǎn)，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊的缺點(diǎn) B．新型無(wú)機(jī)非金屬材料繼承了傳統(tǒng)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)，但不能耐高溫

2、 C．有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作絕緣體，但都不能做半導(dǎo)體 D．新型無(wú)機(jī)非金屬材料都能透過(guò)可見(jiàn)光 【解析】　新型無(wú)機(jī)非金屬材料有的可以耐高溫；用金剛石可以制作半導(dǎo)體材料；并不是所有的無(wú)機(jī)非金屬材料都可透光。 【答案】　A 3．(xx·西安高二檢測(cè))我國(guó)科學(xué)家前不久成功合成3 nm長(zhǎng)的管狀碳納米管，長(zhǎng)度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度(抵抗變形的能力)高、密度小(只有鋼的1/4)、熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此被稱(chēng)為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說(shuō)法中不正確的是(　　) A．它是制造飛機(jī)的理想材料 B．它的主要組成元素是碳元素 C．它的結(jié)構(gòu)與石墨相似 D．碳纖維復(fù)合材料能導(dǎo)

3、電 【解析】　石墨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是層狀的，碳納米管是管狀的。 【答案】　C 4．(xx·廊坊高二檢測(cè))下列有關(guān)物質(zhì)組成、性質(zhì)和用途的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．合金的熔點(diǎn)一般比組成合金的各成分金屬的高 B．氮化硅、光導(dǎo)纖維、氧化鋁陶瓷等屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料 C．水泥、玻璃和水晶都是硅酸鹽產(chǎn)品 D．光導(dǎo)纖維的主要成分是硅，可廣泛用于通信和醫(yī)療領(lǐng)域 【答案】　B 5．有關(guān)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是(　　) A．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷彌補(bǔ)了金屬材料的弱點(diǎn)，但是硬度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬材料 B．氮化硅陶瓷是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷，具有超硬性，它不與任何無(wú)機(jī)酸反應(yīng) C．制造光導(dǎo)纖維主要原料

4、是玻璃 D．光導(dǎo)纖維的抗干擾性能好，不發(fā)生電輻射，通訊質(zhì)量高，能防竊聽(tīng) 【解析】　A項(xiàng)其硬度大于金屬材料，B項(xiàng)能與氫氟酸反應(yīng)，C項(xiàng)主要原料為SiO2。 【答案】　D 6．下列敘述正確的是(　　) ①工業(yè)上合成非氧化物陶瓷氮化硅(Si3N4)需要在高溫、空氣氣氛中進(jìn)行 ②金剛石硬度很大，不可能利用人工制造 ③建設(shè)三峽大壩需要使用大量水泥，水泥是硅酸鹽材料 ④夏天人們佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來(lái)保護(hù)眼睛 ⑤太陽(yáng)能電池可采用硅材料制作，其應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能 A．①②③　　 B．②④　　 C．③④⑤　　 D．③⑤ 【解析】　本題考查化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系。

5、①生產(chǎn)Si3N4陶瓷若在空氣氣氛中會(huì)生成SiO2等；②金剛石可以利用石墨轉(zhuǎn)化而成；④添加Cu2O的玻璃呈紅色，不具有變色性能。 【答案】　D 7．晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，也是信息技術(shù)中的關(guān)鍵材料，工業(yè)上用焦炭在電爐中(高溫)還原二氧化硅制得含少量雜質(zhì)的粗硅，同時(shí)生成一氧化碳?xì)怏w。碳化硅(SiC)具有金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度大可用作砂紙、砂輪的磨料?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)寫(xiě)出制取粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式：____________，在該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)_______________。 (2)寫(xiě)出制取碳化硅的化學(xué)反應(yīng)方程式：________________，在該反應(yīng)中氧化劑與還

6、原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)_______。 【解析】　利用化合價(jià)的升降法判斷氧化劑和還原劑，注意在SiC中Si顯＋4價(jià)，C顯－4價(jià)，所以在制取粗硅的反應(yīng)中，氧化劑是SiO2，還原劑是C，而在制取SiC的反應(yīng)中，氧化劑和還原劑都是碳。 【答案】　(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑　　1∶2 (2)SiO2＋3CSiC＋2CO↑　　1∶2 8．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 (1)根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是________。(填序號(hào)) A．制汽輪機(jī)葉片　　　　 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造柴油機(jī) (2)寫(xiě)出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖：___

7、_____，根據(jù)元素周期律知識(shí)，請(qǐng)寫(xiě)出氮化硅的化學(xué)式：________。 (3)工業(yè)上多通過(guò)高純硅與純氮?dú)庠? 300 ℃條件下反應(yīng)獲得氮化硅，化學(xué)方程式為_(kāi)_______________。 (4)工業(yè)上也可用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制得氮化硅，化學(xué)方程式為_(kāi)___________________。工業(yè)上也可用化學(xué)氣相沉積法由CH4制造金剛石薄膜，反應(yīng)原理為_(kāi)________________________________________________________。 【解析】　(1)氮化硅陶瓷硬度大、耐磨損、抗腐蝕、抗冷熱沖擊，所以可用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片、永久性模具以及柴油機(jī)等。

8、(2)氮化硅中，氮的非金屬性強(qiáng)，應(yīng)顯－3價(jià)，硅的還原性強(qiáng)，且＋4價(jià)穩(wěn)定，故應(yīng)顯＋4價(jià)。由此可得氮化硅的化學(xué)式：Si3N4。 【答案】　(1)ACD　(2) 　Si3N4 (3)3Si＋2N2Si3N4 (4)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl CH4C(金剛石)＋2H2 14．獲取知識(shí)和信息是現(xiàn)代人不可缺少的素質(zhì)，信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展離不開(kāi)材料科學(xué)的推動(dòng)。信息產(chǎn)業(yè)的核心材料是高純度的硅，單晶硅可用來(lái)制作大規(guī)模集成電路、整流器等，硅純度越高，大規(guī)模集成電路的性能就越好。高純度的單晶硅生產(chǎn)方法有： 方法一：三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法

9、，生產(chǎn)過(guò)程示意圖如下： 石英砂粗硅SiHCl3(粗) SiHCl3(純)高純硅 方法二：用金屬硅化物(Mg2Si)與鹽酸作用制得硅烷，再熱分解硅烷可得高純硅。 根據(jù)上述信息回答以下問(wèn)題： (1)從方法一生產(chǎn)單晶硅的過(guò)程看，由焦炭還原得到的硅為何還要進(jìn)一步處理？___________________________________________________________。 (2)寫(xiě)出方法二中生產(chǎn)高純硅的兩個(gè)化學(xué)方程式： ①_____________________________________________________________； ②_____________

10、________________________________________________。 (3)寫(xiě)出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式：_______________________。 (4)在方法一中，整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫(xiě)出配平的化學(xué)方程式：__________________________；H2還原SiHCl3過(guò)程中若混入O2，可能引起的后果是______________________________________________________________。 (5)比較方法一和方法

11、二，分析一下各自的優(yōu)缺點(diǎn)______________________。 (6)下列有關(guān)硅材料的說(shuō)法正確的是________(填字母)。 A．氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高，可用于制作高溫陶瓷和軸承 B．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通信材料——光導(dǎo)纖維 C．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高 D．鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅 【解析】　(1)C還原SiO2得到的單質(zhì)硅是粗硅，雜質(zhì)的含量高，需要進(jìn)一步的提純處理；(2)Mg2Si與鹽酸作用生成硅烷，同時(shí)生成MgCl2；(3)注意副產(chǎn)物為HCl；(4)SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)

12、，配平的化學(xué)方程式：SiHCl3＋3H2O(g)H2SiO3↓＋H2＋3HCl；H2還原SiHCl3過(guò)程中若混入O2，可能引起的后果是：高溫下，Si被氧氣氧化，或H2遇O2發(fā)生爆炸；(6)Si3N4為熔點(diǎn)高，性質(zhì)穩(wěn)定的晶體，A正確。光導(dǎo)纖維的主要材料為SiO2，B正確。普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和純堿(Na2CO3)為主要原料反應(yīng)制成的：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，但玻璃是混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，C錯(cuò)。常溫下，Si不與HCl反應(yīng)，D錯(cuò)。 【答案】　(1)由C還原SiO2得到的單質(zhì)硅中，雜質(zhì)含量過(guò)高，將它用HCl處理得到低沸點(diǎn)SiHCl3，便于蒸餾提純，然后再還原得高純硅 (2)①M(fèi)g2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑ ②SiH4Si＋2H2 (3)SiHCl3＋H2Si＋3 HCl (4)SiHCl3＋3H2O(g)===H2SiO3↓＋3HCl＋H2　Si被氧化成SiO2而得不到Si單質(zhì)，H2和O2混合發(fā)生爆炸 (5)方法一的優(yōu)點(diǎn)是原料來(lái)源豐富，但與方法二相比，步驟較復(fù)雜；方法二的優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是原料需要制備 (6)AB