资料简介
3.1 无机非金属材料
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.碳纳米管是由一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型碳纳米材料制成,它是由一层碳原
子卷曲而成的无缝、中空的管体;具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点。下列关于碳
纳米管的可能用途叙述中不正确的是( )
A.用它可做成攀登月球的“太空天梯”
B.能解决室温下,低气压、高容量储存氢气的难题
C.作为优秀的绝缘材料
D.制造电脑芯片可大大提高计算机系统的计算能力
解析:由于碳纳米管具有质轻、可弯曲、强度好、弹性强的特点,所以它可以制成强度很大、
质量较小的绳索,做成攀登月球的“太空天梯”;又由于碳纳米管是由一层碳原子卷曲而成的无
缝、中空的管体,所以在管体内可以安全地储存氢气;它是由一层碳原子卷曲而成的管体,因而
可以联想到碳纳米管相当于是由石墨的一层碳原子卷曲而成的管体,所以它应像石墨一样能
够导电,可以用于制造电器部件。
答案:C
3.下列叙述正确的是( )
①普通水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙
②制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂
③陶瓷的种类很多,主要分为土器、瓷器和炻器等
④高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷都属于新型无机非金属材料
⑤硅氧四面体结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于
水、绝缘、耐腐蚀等特点
A.①②③ B.②③④
C.①③④⑤ D.①②③④⑤
解析:由常用无机非金属材料的性能和用途可知,以上叙述均正确。
答案:D
4.下列有关玻璃的说法中错误的是( )
A.制造水泥的主要原料为石灰石、黏土、石膏
B.氢氟酸能腐蚀玻璃是因为它是最强的无氧酸
C.钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大 4~6 倍
D.石英玻璃的膨胀系数比普通玻璃的小
解析:氢氟酸腐蚀玻璃是因为 SiO2+4HF SiF4↑+2H2O。
答案:B
5.下列关于硅单质及其化合物的说法中正确的是( )
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
解析:硅是地壳中元素含量居第二位的元素;水晶的主要成分是 SiO2,不是硅酸盐制品;用于制
作光导纤维的是 SiO2;陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料。
答案:C
6.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,通信质量高,能防窃听
解析:A 项其硬度大于金属材料,B 项能与氢氟酸反应,C 项主要原料为 SiO2。
答案:D
7.下列表述正确的一项是( )
①人造刚玉熔点很高,可用作高级耐火材料,主要成分是二氧化硅 ②化学家采用玛瑙研钵摩
擦固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③提前建成的三峡大坝使用了大
量水泥,水泥是硅酸盐材料 ④夏天到了,游客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:人造刚玉的主要成分是氧化铝;玛瑙是含有有色杂质的石英晶体,主要成分是二氧化硅;
有色玻璃是在制造玻璃的过程中加入某些金属氧化物(加入 Co2O3 后呈蓝色,加入 Cu2O 后呈
红色),但不是变色玻璃,变色玻璃是含有 AgBr 的玻璃(AgBr 具有感光性);水泥、玻璃、陶瓷都
是硅酸盐材料。
答案:D
8.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,但都不能做半导体
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
9.下列关于无机非金属材料的叙述不正确的是( )
A.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料
B.可以用 Si3N4、Al2O3 制作高温结构陶瓷制品
C.水泥砂浆又称混凝土
D.金刚石是自然界最硬的物质
解析:水泥砂浆是水、水泥、沙子的混合物,在建筑上用作黏合剂;混凝土是水泥、沙子和碎石
等的混合物,大量用于建筑、水利、道路和国防等工程中,并大都采用钢筋骨架的混凝土结构。
答案:C
10.(双选)世界著名的科技史学家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说:“中国至少在距今 3 000
年以前,就已经使用玻璃了”。下列关于玻璃的叙述中,正确的是( )
A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料
B. 玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C.制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
D.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
解析:陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料;玻璃是混合物,无固定的熔点。
答案:CD
11.开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是( )
A.氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B.C60 属于原子晶体,用于制造纳米材料
C.纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
D.单晶硅常用于制造光导纤维
解析:C60是分子晶体,不是原子晶体,B 项错误;纤维素乙酸酯是人工合成的,不是天然高分子材
料,C 项错误;制造光导纤维的材料是 SiO2 而不是 Si,D 项错误。
答案:A
12.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以下几种。
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。
石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) SiHCl3(纯) 高纯硅
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.碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥
B.氮化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通信材料——光导纤维
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的
E.常温下盐酸可以与硅反应,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,写出配平的化学方程式:SiHCl3+3H2O 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,H2 遇 O2 发生爆炸;(6)SiC 和 Si3N4 均
为熔点高、性质稳定的晶体,A、B 正确。光导纤维的材料为 SiO2,C 正确。普通玻璃的主要
成分为 Na2SiO3 和 CaSiO3,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+SiO2 Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑,D 正确。常温
下,Si 只能与 HF 反应,不与 HCl 反应,E 错误。
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,
便于蒸发提纯,然后再还原得高纯硅。
(2)①Mg2Si+4HCl 2MgCl2+SiH4↑
②SiH4 Si+2H2
(3)SiHCl3+H2 Si+3HCl
(4)SiHCl3+3H2O 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)ABCD
13.据《科学时报》报道,一项名为“陶瓷耐高温大红色釉的研究”的课题通过了国家 12 位陶瓷
色釉专家参加的技术鉴定,至此国际陶瓷工艺界无法高温(1 200~1 300 ℃)烧制大红色釉的历
史正式宣告结束。
(1)下列名称与陶瓷有关的是 (选填字母代号)。
①宜兴 ②景德镇 ③秦兵马俑 ④china ⑤黏土
(2)陶瓷分为陶器和瓷器,二者尽管都用黏土作为原料,但在原料的纯度上要求不同,其中需要
纯净高岭土的是 ;二者都需要在高温下进行烧制,但具体的温度不同, 烧制
的温度要求更高;二者的制作工艺相差不大,一般需要经过制泥→ →干燥→
→冷却。
(3)唐三彩属于彩陶,彩陶是在陶瓷坯体上涂有掺杂重金属离子的釉料,而且烧制时通入不同
的空气量,即便是掺杂的同一种金属离子,颜色也不同。用铁元素在高温时的变化说明烧制成
红色陶瓷的原理: 。
(4)高岭土又叫瓷土,主要由高岭石的微小晶体组成,因盛产于我国江西景德镇的高岭而得名,
是制造瓷器的优良原料,其组成可表示为 Al2Si2Ox(OH)y,其中 y>10 时,x= 。
解析:(1)该题中的 5 个选项都与陶瓷有关,其中宜兴和景德镇分别是我国的陶器盛产地和瓷器
盛产地;而秦兵马俑则属于陶;china 的词意就是瓷器;黏土是陶瓷的主要原料。
(2)陶瓷是陶和瓷的简称,二者的制作工艺有相同的地方,也有不同的地方。
(3)红色陶瓷多含高价铁(Fe2O3),这种氧化物是在氧化气氛的火焰中烧制的,所以需要足
量的氧气。
(4)根据化合物中元素化合价代数和为零可以列出关于 x、y 的方程式:2x+y=2×3+2×4=14,
讨论可知当 y>10,即 y=12 时,x=1。
答案:(1)①②③④⑤
(2)瓷器 瓷器 成型 烧结
(3)在空气过量和高温的条件下,铁元素生成的多为+3 价的氧化铁
(4)1
14.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 。(填序号)
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 1 300 ℃ 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) 由 SiCl4 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) ○+7
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Si3N4
(3)3Si+2N2 Si3N4
(4)3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl
CH4 C(金刚石)+2H2
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