5.3 新型无机非金属材料
(30分钟 100分)
班级 姓名 成绩
【课时目标】
基础 达标 掌握SiO2和硅单质的物理性质及化学性质、新型陶瓷
素养 突破 通过学习SiO2、Si的结构特点,形成结构决定性质的观念
【课时必刷】
A级 基础训练题
1.(7分)下列选项的主体材料不属于新型无机非金属材料的是 ( )
2.(7分)光缆的主要成分为SiO2。下列叙述正确的是 ( )
A.CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸
B.SiO2与CO2都不能与酸反应
C.SiO2与CO2都能够与氢氧化钠溶液反应
D.水晶的主要成分是SiC
3.(7分)化学材料在生产、生活中应用广泛。下列说法正确的是 ( )
A.氮化镓陶瓷属于传统无机非金属材料
B.量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体
C.硅是良好的半导体材料,可用于制作光导纤维
D.硬铝具有很高的熔点,硬铝属于新型无机非金属材料
4.(7分)氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料,熔点高、硬度大、电绝缘性能好、化学性质稳定,但生产成本较高。工业上一种制备氮化硅的化学方程式为3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。下列关于氮化硅的说法错误的是 ( )
A.氮化硅中硅的化合价为+4
B.氮化硅不宜作建筑材料
C.氮化硅制备反应中,SiO2是氧化剂
D.该反应制备1 mol Si3N4转移电子的数目为12NA
5.(7分)化学与生活息息相关。下列所述事实与性质没有关联的是 ( )
选项 事实 性质
A 石墨烯动力电池 石墨烯质量很轻
B 碳化硅陶瓷轴承 碳化硅耐高温、硬度大
C 实验室盛放碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞 NaOH腐蚀玻璃,产生黏性物质
D 技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板 铝能形成致密的氧化膜
6.(7分)天津大学材料学院某教授团队采用弹性的PDMS作为聚合物基体、石墨烯焊接的三维碳纳米管网络(t-CNT)作为导热填料,制备兼具各向同性高导热及弹性的复合材料,将其应用于可穿戴传感器、人造皮肤等。下图是碳纳米管、石墨烯、C60的结构图。下列有关说法错误的是 ( )
A.碳纳米管属于纳米材料
B.碳纳米管属于新型化合物
C.碳纳米管、石墨烯、C60互为同素异形体
D.碳纳米管、石墨烯、C60完全燃烧都生成二氧化碳
B级 素养提升题
7.(7分)用二氧化硅制备高纯硅的工业流程如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.X是CO2,Y是HCl
B.①②③不全是氧化还原反应
C.流程中能循环利用的物质有H2和Y
D.SiO2是酸性氧化物,不能和任何酸反应
8.(7分)氮化物陶瓷是氮与金属或非金属元素制造的陶瓷,具有良好的力学、化学、电学、热学及高温物理性能。下列关于氮化铝(AlN)陶瓷说法错误的是 ( )
A.AlN中铝原子和氮原子通过共价键连接
B.AlN具有类似金刚石的结构,硬度很大
C.AlN陶瓷可用于耐火材料
D.AlN陶瓷属于传统无机非金属材料
9.(24分)硅是人类文明发展中的重要元素之一,从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高,硬度大,化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法,在H2的保护下,使SiCl4与N2在高温下反应生成Si3N4而沉积在石墨表面,写出该反应的化学方程式: 。
(2)已知硅的熔点是1414 ℃,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种用工业硅(含少量铁、铜)和氮气(含少量氧气和水蒸气)合成氮化硅的主要工艺流程如下:
①净化N2时,铜屑的作用是 ,硅胶的作用是 。
②氮化炉中发生的反应为3Si+2N2Si3N4,该反应剧烈放热。开始时,严格控制氮气的流速以控制温度的原因是 。
③稀酸X可能是 (填“稀盐酸”、“稀硝酸”、“稀硫酸”或“氢氟酸”)。
C级 情境创新题
10.(20分)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常作外延法工艺中重要的硅源,易燃、有毒,与水接触易水解,沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下,HCl与硅在250~260 ℃下反应可以制得SiH2Cl2,装置如图所示(加热和冷凝装置已省略)。
回答下列问题:
(1)用仪器a代替分液漏斗,其优点是 。
(2)装置C的作用是 。
(3)装置D中生成二氯二氢硅的化学方程式为 。
(4)装置E中得到的粗品中除含有二氯二氢硅之外,还含有SiCl4(沸点为57.6 ℃)和SiHCl3(沸点为31.5 ℃)等,则粗品提纯时需要用到的仪器有 (填字母)。
a.分液漏斗 b.冷凝管
c.碎瓷片 d.烧杯
参 考 答 案
1.A 解析:兵马俑是陶瓷,属于传统无机非金属材料,A项符合题意;硅属于新型无机非金属材料,B项不符合题意;光导纤维的主要成分是二氧化硅,属于新型无机非金属材料,C项不符合题意;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,D项不符合题意。
2.C 解析:A项,CO2与水反应,SiO2不与水反应,也不溶于水;B项,SiO2能与HF反应,但CO2不与酸反应;C项,SiO2、CO2均能与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,CO2+2NaOHNa2CO3+H2O;D项,水晶的主要成分是SiO2,SiC俗称金刚砂。
3.B 解析:氮化镓陶瓷属于新型无机非金属材料,A项错误;量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体,B项正确;硅是良好的半导体材料,SiO2可用于制作光导纤维,C项错误;硬铝属于金属材料,D项错误。
4.C 解析:氮化硅中氮的非金属性更强显负价,硅的化合价为+4,A项正确;氮化硅的生产成本较高,不宜作建筑材料,B项正确;氮化硅制备反应中,N2是氧化剂,C是还原剂,C项错误;根据化学方程式可知,制备1 mol Si3N4转移电子的数目为12NA,D项正确。
5.A 解析:石墨烯用作动力电池,是因为石墨烯导电性好,A项符合题意;钢板上镀铝,保护钢板,金属铝表面能形成致密的氧化膜而保护金属铝不被腐蚀,D项不符合题意。
6.B 解析:碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料,属于单质,B项错误。
7.C 解析:X是CO,Y是HCl,A项错误;①②③都是氧化还原反应,B项错误;流程中H2和HCl能循环利用,C项正确;SiO2是酸性氧化物,但能和氢氟酸反应,D项错误。
8.D 解析:氮和铝两种原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构,硬度很大,A、B两项均正确;由题干可知AlN耐高温,可用于耐火材料,C项正确;AlN属于新型无机非金属材料,D项错误。
9.(1)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
(2)①除去原料气中的氧气;除去水蒸气
②该反应是放热反应,防止局部过热,导致硅熔化成团,阻碍Si与N2接触
③稀硝酸
10.(1)平衡气压,便于液体流下
(2)除去HCl中的水蒸气,防止干扰后续实验
(3)Si+2HClSiH2Cl2
(4)b
