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2019-2020年高中化學(xué) 第三章 化學(xué)與材料的發(fā)展 新型無機(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))我國及美國、日本等國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．下列說法中，正確的是(　　) A．傳統(tǒng)的無機(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 C．有些新型無機(jī)非金屬材料可以作絕緣體，但都不能做半導(dǎo)體 D．新型無機(jī)非金屬材料都能透過可見光 【解析】　新型無機(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)，因此被稱為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說法中不正確的是(　　) 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)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，它不與任何無機(jī)酸反應(yīng) C．制造光導(dǎo)纖維主要原料是玻璃 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 【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保護(hù)眼睛 ⑤太陽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。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?；卮鹣铝袉栴}： (1)寫出制取粗硅的化學(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________________。 (2)寫出制取碳化硅的化學(xué)反應(yīng)方程式：________________，在該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________。 【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)寫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖：________，根據(jù)元素周期律知識(shí)，請(qǐng)寫出氮化硅的化學(xué)式：________。 (3)工業(yè)上多通過高純硅與純氮?dú)庠? 300 ℃條件下反應(yīng)獲得氮化硅，化學(xué)方程式為________________。 (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____________________。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_________________________________________________________。 【解析】　(1)氮化硅陶瓷硬度大、耐磨損、抗腐蝕、抗冷熱沖擊，所以可用來制造汽輪機(jī)葉片、永久性模具以及柴油機(jī)等。 (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，生產(chǎn)過程示意圖如下： 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題： (1)從方法一生產(chǎn)單晶硅的過程看，由焦炭還原得到的硅為何還要進(jìn)一步處理？___________________________________________________________。 (2)寫出方法二中生產(chǎn)高純硅的兩個(gè)化學(xué)方程式： ①_____________________________________________________________； ②_____________________________________________________________。 (3)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式：_______________________。 (4)在方法一中，整個(gè)制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)方程式：__________________________；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是______________________________________________________________。 (5)比較方法一和方法二，分析一下各自的優(yōu)缺點(diǎn)______________________。 (6)下列有關(guān)硅材料的說法正確的是________(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)，配平的化學(xué)方程式：SiHCl3＋3H2O(g)H2SiO3↓＋H2＋3HCl；H2還原SiHCl3過程中若混入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