2022年高二化学选修2寒假学业分层测评：09化学与材料的发展 Word版含解析

学业分层测评(九)

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．下列有关物质组成、性质和用途的说法中，正确的是(　　)

A．合金的熔点一般比组成合金的各成分金属的高

B．氮化硅、光导纤维、氧化铝陶瓷等属于新型无机非金属材料

C．水泥、玻璃和水晶都是硅酸盐产品

D．光导纤维的主要成分是硅，可广泛用于通信和医疗领域

【答案】　B

2．传统硅酸盐材料与新型无机非金属材料的共同特性是(　　)

A．耐高温　　　　　　 B．具有电学特性

C．具有光学特性  D．具有生物功能

【解析】　由两者的性能可知，传统无机非金属材料和新型无机非金属材料均具有耐高温的性能。

【答案】　A

3．陶瓷已广泛应用于生活和生产中，下列不属于陶瓷制品的是(　　)

A．电器中的绝缘瓷管  B．实验室中的坩埚

C．实验室中的试管  D．建筑上烧制的砖瓦

【解析】　实验室中的试管是由玻璃制成的，不属于陶瓷。

【答案】　C

4．制取下列物质，无须用到二氧化硅的是(　　)

A．玻璃  B．水泥

C．粗硅  D．光导纤维

【解析】　制造普通玻璃的原料是纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英砂(SiO2)；制造水泥的原料为石灰石和黏土；制造粗硅的原料是SiO2；制造光导纤维的材料是SiO2。综上所述，不需要用SiO2为原料的只有水泥。

【答案】　B

5．我国及美国、日本等国家都已研制出一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面用一种耐高温且不易传热的材料来制造，这种材料是(　　)

A．氧化铝陶瓷  B．氮化硅陶瓷

C．光导纤维  D．玻璃钢

【解析】　Si3N4陶瓷强度大、硬度高、耐磨、不与除氢氟酸外的酸反应。

【答案】　B

6．下列说法中，正确的是(　　)

A．传统的无机非金属材料具有抗腐蚀性、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击的缺点

B．新型无机非金属材料继承了传统非金属材料的优点，但不能耐高温

C．有些新型无机非金属材料可以作绝缘体，但都不能作半导体

D．新型无机非金属材料都能透过可见光

【解析】　新型无机非金属材料有的可以耐高温；用金刚石可以制作半导体材料；并不是所有的无机非金属材料都可透光。

【答案】　A

7．我国科学家已成功合成3 nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是(　　)

A．它是制造飞机的理想材料

B．它的主要组成元素是碳元素

C．它的结构与石墨相似

D．碳纤维复合材料能导电

【解析】　石墨的内部结构是层状的，碳纳米管是管状的。

【答案】　C

8．下列有关玻璃的说法中不正确的是(　　)

A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂

B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点

C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅

D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱与二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口黏在一起

【解析】　本题考查玻璃的制法与性质；制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英，A项正确；玻璃不是晶体，称作玻璃态物质，它没有固定熔点，B项错误；普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起的物质，C项正确；玻璃中含有SiO2，它能够被碱溶液腐蚀：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，故盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。

【答案】　B

9．有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是(　　)

A．高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料

B．氮化硅陶瓷是一种重要的结构陶瓷，具有超硬性，它不与任何无机酸反应

C．制造光导纤维主要原料是玻璃

D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听

【解析】　A项陶瓷的硬度大于金属材料，B项能与氢氟酸反应，C项主要原料为SiO2。

【答案】　D

10．下列叙述正确的是(　　)

①工业上合成非氧化物陶瓷氮化硅(Si3N4)需要在高温、空气气氛中进行　②金刚石硬度很大，不可能利用人工制造　③建设三峡大坝需要使用大量水泥，水泥是硅酸盐材料　④夏天人们佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛

⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能

A．①②③　 B．②④　

C．③④⑤　 D．③⑤

【解析】　本题考查化学与工农业生产的关系。①生产Si3N4陶瓷若在空气气氛中会生成SiO2等；②金刚石可以利用石墨转化而成；④添加Cu2O的玻璃呈红色，不具有变色性能。

【答案】　D

[能力提升]

11．晶体硅是良好的半导体材料，也是信息技术中的关键材料，工业上用焦炭在电炉中(高温)还原二氧化硅制得含少量杂质的粗硅，同时生成一氧化碳气体。碳化硅(SiC)具有金刚石的结构，硬度大可用作砂纸、砂轮的磨料。回答下列问题：

(1)写出制取粗硅的化学反应方程式：_____________________，

在该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________________。

(2)写出制取碳化硅的化学反应方程式：________________，在该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

【解析】　利用化合价的升降法判断氧化剂和还原剂，注意在SiC中Si显＋4价，C显－4价，所以在制取粗硅的反应中，氧化剂是SiO2，还原剂是C，而在制取SiC的反应中，氧化剂和还原剂都是碳。

【答案】　(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑　　1∶2

(2)SiO2＋3CSiC＋2CO↑　　1∶2

12．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。

(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是__________(填字母)。

A．制汽轮机叶片　　　 B．制有色玻璃

C．制永久性模具  D．制造柴油机

(2)写出N的原子结构示意图：________，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式：________。

(3)工业上多通过高纯硅与纯氮气在1300 ℃条件下反应获得氮化硅，化学方程式为__________________________________。

(4)工业上也可用化学气相沉积法(CVD)制得氮化硅，化学方程式为

____________________________________________________

____________________________________________________。

工业上也可用化学气相沉积法由CH4制造金刚石薄膜，反应原理为

____________________________________________________

____________________________________________________。

【解析】　(1)氮化硅陶瓷硬度大、耐磨损、抗腐蚀、抗冷热冲击，所以可用来制造汽轮机叶片、永久性模具以及柴油机等。

(2)氮化硅中，氮的非金属性强，应显－3价，硅的还原性强，且＋4价稳定，故应显＋4价。由此可得氮化硅的化学式：Si3N4。

【答案】　(1)ACD　(2) 　Si3N4

(3)3Si＋2N2Si3N4

(4)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl

CH4C(金刚石)＋2H2

13．获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。信息产业的核心材料是高纯度的硅，单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。高纯度的单晶硅生产方法有：

方法一：三氯甲硅烷(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：

方法二：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷，再热分解硅烷可得高纯硅。

根据上述信息回答以下问题：

(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由焦炭还原得到的硅为何还要进一步处理？____________________________________________________

____________________________________________________。

(2)写出方法二中生产高纯硅的两个化学方程式：

①____________________________________________________；

②____________________________________________________。

(3)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：

____________________________________________________

____________________________________________________。

(4)在方法一中，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，写出配平的化学方程式：__________________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是____________________________________________________

____________________________________________________。

(5)比较方法一和方法二，分析一下各自的优缺点：

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________。

(6)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)。

A．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承

B．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通信材料——光导纤维

C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高

D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅

【解析】　(1)C还原SiO2得到的单质硅是粗硅，杂质的含量高，需要进一步的提纯处理。(2)Mg2Si与盐酸作用生成硅烷，同时生成MgCl2。(3)注意副产物为HCl。(4)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，配平的化学方程式：SiHCl3＋3H2O(g)H2SiO3↓＋H2＋3HCl；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是：高温下，Si被氧气氧化，或H2遇O2发生爆炸。(6)Si3N4为熔点高，性质稳定的晶体，A正确。光导纤维的主要材料为SiO2，B正确。普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na2CO3)为主要原料反应制成的：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，但玻璃是混合物，没有固定的熔点，C错。常温下，Si不与HCl反应，D错。

【答案】　(1)由C还原SiO2得到的单质硅中，杂质含量过高，将它用HCl处理得到低沸点SiHCl3，便于蒸馏提纯，然后再还原得高纯硅

(2)①Mg2Si＋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单质，H2和O2混合发生爆炸

(5)方法一的优点是原料来源丰富，但与方法二相比，步骤较复杂；方法二的优点是流程简单，缺点是原料需要制备

(6)AB