2022化学竞赛经典题集-56无机材料

无机材料A组B．光纤通信70年代后期发展起来的一种新型通信技术，目前长距离光纤通信系统已投入使用，光纤通信的光学纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成的BA碳B石英C锗D硅A．光缆通讯能同时传输大量信息，一条光缆通路可同时容纳十亿人通话，也可以同时传送多套电视节目，是一种现代化通讯手段，制造电缆的主要材料是AA光导纤维B氧化铝陶瓷C人造纤维D天然有机高分子材料A．人类已进入信息化社会，光导纤维是传递信息的必不可少的材料。光导纤维属于AA无机非金属材料B金属材料C有机高分子材料D复合材料C．用适量的原料经玻璃熔炉反应后制取的普通玻璃中，含钠%，含钙%，含硅%。习惯上可用下列哪个化学式来表示该玻璃的组成CANa2O·CaO·SiO2B2Na·CaO·6SiO2CNa2O·CaO·6SiO2DNa2O·CaO·5SiO2D．下列物质：①水泥②玻璃③陶瓷④水晶，其中属于硅酸盐工业产品的是DA只有①②B只有②④C全部D只有①②③B．与钢化玻璃成分相同的是BA有色玻璃B普通玻璃C石英玻璃D光学玻璃D．普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是DA离子晶体B分子晶体C原子晶体D玻璃体物质B．水泥的主要成分中，不含下列哪种物质BA2CaO·SiO2B2CaO·Al2O3C3CaO·SiO2D3CaO·Al2O3C．将固体烧碱熔化，应选择的坩埚是CA石英坩埚B瓷坩埚C铁坩埚D玻璃坩埚C．制红色玻璃时，应在原料中加入CACo2O3BPbOCCu2OD硼砂A、A、BA钢化玻璃B水玻璃C玻璃钢D玻璃纸B．下列物质中主要成分是二氧化硅晶体的是BA红宝石B水晶C刚玉D天然钻石C．光纤通信是以光作为信息的载体，让光在光导纤维中传播，制造光导纤维的基本原料是CA钢B铜C石英砂D铝B．我国及美国、日本等国家都已研制出了一种陶瓷柴油机。这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐高温且不易传热的材料制造的，这种材料是BA氧化铝陶瓷B氮化硅陶瓷C光导纤维D玻璃钢B．氮化硅陶瓷是一种超硬耐磨物质，可用于制造高性能柴油发动机部件，它属于BA金属材料B无机非金属材料C复合材料D功能高分子材料B．碳化硼（B4C）陶瓷硬度大，熔点高，具有化学惰性。据此判断，下列不能作为碳化硼陶瓷用途的是BA作耐磨材料B作润滑材料C制切削工具D制钠化玻璃B．下列有关材料的用途的叙述中不正确的是BA高温结构陶瓷可以制作耐酸设备B氧化铝陶瓷不可以用于制耐高温设备C氮化硅陶瓷可以制造轴承D光导纤维可用于传能、传像、照明等C．“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”获2022年度国家技术发明奖一等奖。该复合材料的强度比钢还大，在航空航天器中用来替代金属材料，可节约20～30%的燃料。下列关于该材料的叙述中不正确的是CA该材料属于新型无机非金属材料B该材料的化学性质非常稳定C与金属一样有较好的传热性能D可以替代金属做耐高温结构材料D．以下说法正确的是DA纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料B绿色食品是指不含任何化学物质的食品C生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气D光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的B．过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后，生成下列物质中的B①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一种硅酸盐产品A①和④B②和⑤C③D②A．陶瓷表面有一层绚丽多彩的釉，加工方法是在普通釉中加入一些金属元素，控制烧制时空气的用量（即氧用量）即可得到不同的颜色。若空气不足，铁、铜、锰元素形成的化合物呈现的颜色分别是AA蓝或绿、红、黑褐B红或黄、蓝、紫褐C蓝或绿、蓝、黑褐D红或黄、红、紫褐（（1）D（2）B（3）C（4）AA氧化亚铜（Cu2O）；B氧化钴（Co2O3）；C氧化铅（PbO）；D硼砂（Naa2B4O7·10H2O）（1）制造化学仪器的玻璃需加入的物质是；（2）制造蓝色玻璃需加入的物质是；（3）制造光学仪器的玻璃需加人的是；（4）制造红色玻璃需加入的物质是。Si光导纤维SiO2SiO2＋2OH－＝SiO32－＋H2Si光导纤维SiO2SiO2＋2OH－＝SiO32－＋H2O（1）“龙芯”（芯片）的主要化学成分是；（2）在计算机长距离联网使用的传输很快的线路，其使用的材料叫，主要化学成分是。（3）如果这种埋在地下的材料裸露在碱性土壤中，结果会断路，用离子方程式说明原因。22BeO·FeO·Y2O3·2SiO2．钇（Y）是激光材料和超导材料中的重要元素。某把矿石的成分是YxFeBe2Si2O10，该矿石与过量氢氧化钠共熔后，加水溶解，所得沉淀物中有Y(OH)3和Fe2O3（反应时22BeO·FeO·Y2O3·2SiO2若改用氧化物的形式表示其组成，则化学式为。K2CO3＋SiO2＝K2SiO3＋CO2↑K2CO3＋SiO2＝K2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2＝CaSiO3＋CO2↑

SiO2＝K2CO＝CaCO3＝B组D．下列哪些材料是新型无机材料D①氧化铝陶瓷②氮化硅陶瓷③碳化硅陶瓷④氮化铝陶瓷⑤氮化钛陶瓷⑥硅化硼陶瓷⑦二硅化铜陶瓷A①②③B①③④⑤C①⑤⑥D全部A．下列哪些材料是传统无机材料AA玻璃、水泥B塑料、橡胶C液晶、纳米材料D．半导体材料、绝缘体材料D．用于重返火箭发动机、航天飞机制动闸的金属要求有良好的热学性能，比如熔点高，比热高，热导率高，适宜的热膨胀率等优异性能。根据下表，可选择出最佳金属材料为D金属熔点比热热导率热膨胀率℃J／（g·K）W／（m·K）α(×10－6)25℃AFe418BMg923CAl933DBe1550B．火箭升空时，由于与大气层的剧烈摩擦，产生高温。为了防止火箭表面温度过高，可在火箭表面涂上一种特殊的化学物质，该物质最可能具有的性质是BA硬度很大，熔点很高B高温下可分解气化C良好的热稳定性D较强的还原性，易燃烧Ｃ．2022年12月31日，世界上第一条商业磁悬浮铁路在上海投入运营。磁悬浮的核心技术是利用超导体的反磁性。以Y2O3、BaCO3和CuO为原料，经研磨烧结可合成一种高温超导物质YBa2Cu3Ox。现欲合成此高温超导物质，理论上需取Y2O3、BaCO3和CuO的物质的量（molＣA、、B、、C、、D、、B．砖瓦是用含铁元素等杂质的粘土隔绝空气烧制而成的。当烧窑作业临近结束时，若用淋水的办法来降低温度，窑内处于还原性气氛，则砖呈青色，称青砖。若用捅开窑顶自然冷却的办法，则砖呈红色，称红砖。由此判断砖块中的成分错误的是BA砖块中的主要成分是硅酸盐B青砖中的铁元素主要以氢氧化亚铁的形式存在C红砖中的铁元素主要以氧化铁的形式存在D青砖中的铁元素主要以氧化亚铁的形式存在D．最近美国航天飞机“哥伦比亚号”爆炸，造成震惊世界的航天惨案，关于失事的原因有各种推测，其中照片显示，在“哥伦比亚号”机翼下方有几片小瓷片脱落，引起了科学家的注意，这是一种覆盖在航天飞机表面的特殊的陶瓷片，其主要作用是DA增加航天飞机的强度，防止流星和太空垃圾撞击而损坏航天飞机B将太阳能转化为电能供航天飞机使用C便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令D在返回大气层时，陶瓷耐高温隔热，有效地保护航天飞机平安返回地面B、C．新型无机材料碳化钛（TiC）、碳化硼（B4C）、氮化硅（Si3NB、CA通入充足的氧气B避免与氧气接触C可在氮气氢气中合成D通入少量氧气D．我国科学家前不久成功合成了3mm长的管状定向碳纳米管，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，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是DA它是制造飞机的理想材料B它的主要组成元素是碳C它的抗腐蚀能力强D碳纤维复合材料不易导电B．2022年美国的IBM公司制造出了第一批纳米碳晶体管，发明了利用电子波性来传递信息的“导线”。下列有关纳米碳的说法中正确的是BA纳米碳是一种新型高分子化合物B纳米碳的化学性质很稳定C纳米碳的结构和化学性质与金钢石相同D纳米碳的导电过程属于化学变化B．2022年12月21日出版的美国《科学》杂志评出了2022年十大科技成就，名列榜首的是纳米电子学，其中美国的IBM公司科学家制造出了第一批纳米碳管晶体等，发明了利用电子的波性来传递信息的“导线”。已知纳米材料是指微粒直径在1～100nm的材料。下列有关纳米碳管的说法正确的是BA纳米碳管是一种新型的高分子化合物B纳米碳管的化学性质稳定C纳米碳管导电属于化学变化D纳米碳管的结构和性质与金刚石相同B．我国科学家合成了世界上最细的碳纳米管，直径仅为，它的直径与C36分子的直径相当。C36分子是由正五边形和正六边形构成的足球状分子。下列有关推断错误的是BA碳纳米管与金刚石互为同素异形体B这种碳纳米材料分散到适当分散剂中，一定能形成胶体C每个C36分子中有18个双键和36个单键DC36分子中有12个正五边形和8个正六边形硅酸盐水泥的主要成分是：3CaO·SiO2，硅酸盐水泥的主要成分是：3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3。因为水泥的热膨胀系数跟铁几乎一样，所以用水泥建造的建筑物常用钢筋作加固的结构。当有物体压在钢筋混凝土上的时候，在平台的上表面受的是压力，下表面受的是拉力，在阳台的上表面受的是拉力，下表面受的是压力，为了使钢筋受到的是拉力，所以应当采用A图所示的方式放置钢筋。ABCDCO2盐酸与水泥的反应硫酸钙生成的CaCl2摩尔质量大于HCl的2倍．某工厂以普通水泥建筑贮池，他内壁涂上耐酸涂料。由于施工质量不佳，导致如下现象：用地子贮存CO2盐酸与水泥的反应硫酸钙生成的CaCl2摩尔质量大于HCl的2倍[Si]n＋nCH4＋nH2

3SiH4＋4NH3＝Si3N4＋12H2原子[Si]n＋nCH4＋nH2

3SiH4＋4NH3＝Si3N4＋12H2原子熔点高（耐高温）硬度大（耐磨）（1）原子晶体

（2）3SiCl4＋4NH3＝Si3N4＋12HCl

（3）SiO2（写Mg2SiO3也可）加足量稀盐酸过滤．氮化硅Si3N4是一种高温结构材料，粉末状态的Si（1）原子晶体

（2）3SiCl4＋4NH3＝Si3N4＋12HCl

（3）SiO2（写Mg2SiO3也可）加足量稀盐酸过滤（1）经过热处理的Si3N4，其晶体类型为；（2）写出由SiCl4和NH3反应制取Si3N4的化学反应方程式；（3）在Si3N4和适量氧化镁在230××105Pa和185℃的密闭容器中热处理的过程中，除生成Mg3N2外，还可能生成物质。热处理后除去MgO和Mg3N2的方法是________________________。HgBa2Ca2O5＋δ．自YBa2Cu3O7－δ超导氧化物发现以后，许多新型超导材料不断问世。汞系超导氧化物就是一类典型的代表物。1993年Putilin等合成了第一个Hg系超导体HgBa2Cu2O4＋δ（Hg－1201相TC＝94K），紧接着HgBa2CaCu2O6＋δ（Hg－1212相TC＝127K）和HgBa2Ca2Cu3O8＋δ（Hg－1223相TC＝134K）也相继合成出来，其中Hg－122HgBa2Ca2O5＋δ（1）原子（1）原子

（2）Si3N4

（3）3SiCl4＋2N2＋6H2＝Si3N4＋2HCl

（4）①Si3N4为原子晶体，由于O2－与N3－、Si4＋与Al3＋半径大小相近，用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部分硅后，晶体类型不发生变化，因此赛伦为原子晶体。原子晶体具有耐高温、热稳定性好、高强度、超硬度、耐磨损、耐腐蚀等特性。②由元素化合价代数和等于零知：y＝8－X。（1）氧化硅晶体属于晶体（填晶体类型）。（2）已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子与N原子、Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式；（3）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为；（4）在氮化硅中添加氧化铝，用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部分硅，通过常压烧结即成为新一代无机非金属材料叫氧氮化硅铝，即赛伦（Sialon），化学通式为：Si6－xAlxOxNy（x＝2～4）。①判断赛伦属于晶体类型，并且有等特性（至少写出三种）。②化学通式里y值为（用含x的表达式或某一具体数值表示）。C组3C＋8H2SO4＋2K2Cr2O7＝2Cr2(SO4)3＋3CO2＋2K2SO43C＋8H2SO4＋2K2Cr2O7＝2Cr2(SO4)3＋3CO2＋2K2SO4＋8H2O电弧法合成的纳米碳管，伴有大量杂质——碳纳米颗粒。由于杂质存在，纳米碳管较难提纯。现在的提纯方法是：将纳米碳管的粗品放入圆底烧瓶中，依次加入K2Cr2O7和1︰2的硫酸，装好回流冷凝和搅拌装置，在150℃回流2h溶液由橙色（Cr2O72－）转变为墨绿色（Cr3＋），将所有的墨绿色溶液过滤，滤纸上存在的黑色物质即为纯纳米碳管。则提纯纳米碳管的化学方程式为。（（1）①4(CH3)2SiCl2＋4H2O→＋8HCl

②2(CH3)2SiCl2＋3H2O→＋4HCl

③(CH3)3SiCl＋H2O→(CH3)3Si(OH)＋HCl

（2）n＋nH2O

2[SiC]2n＋2nH2O

（3）nSiH2Cl2＋nCH3NH2→＋2nHCl

3nSi3N4＋6nCH4＋2nNH3

（4）3PCl3＋3NH4Cl→＋12HCln→3（1）(CH3)2SiCl2＋H2O→AB，A为四聚甲基环硅氧烷．B为聚二甲基硅氧烷，B的相对分子质量和长度可以通过硅元素的氯化物与水反应生成端基团C来控制。试写出下列化学反应方程式：①(CH3)2SiCl2→A②A→B③另一种硅的氯化物（X）→C（2）聚二甲基硅氧烷D（碳原子与硅原子交替排列一条长链物）E（碳化硅纤维）。写出该两步反应化学方程式。（3）SiH2Cl2F（聚合物）G（氮化硅）完成这两步反应方程式。（4）当PCl2与NH4Cl悬浊液（惰性溶剂中），形成环状化合物H，H再加热先熔化，然后转变成橡胶状物质，称为“无机橡胶”I。试写出这两步反应的化学方程式。2H3PO4＋3CuO2H3PO4＋3CuO＝Cu3(PO4)2＋3H2O3Fe＋2H3PO4＝Fe3(PO4)2＋3H2↑

2Al＋2H3PO4＝2AlPO4＋3H2↑3Fe＋Cu3(PO4)2＝Fe3(PO4)2＋3Cu

2Al＋Cu3(PO4)2＝2AlPO4＋6Cu（1）Ti(OC4H9)4＋xHOAC→Ti(OC4H9)4－x(OAC)x＋xHOC4H9

Ti(OC4H9)4＋yHOAC＋xH2O→Ti(OH)x(OAC)（1）Ti(OC4H9)4＋xHOAC→Ti(OC4H9)4－x(OAC)x＋xHOC4H9

Ti(OC4H9)4＋yHOAC＋xH2O→Ti(OH)x(OAC)y＋4HOC4H9

nTi(OC4H9)4＋(4n＋x－y)H2O→TinO2n－(x＋y)/2(OH)x(OC4H9)y＋(4n－y)HOC4H9

Ti(OC2H5)4＋6H2O→Ti(OH)62－＋4C2H5OH＋2H＋

Ti(OH)62－＋Sr2－→SrTiO3＋3H2O（1）用溶胶－凝胶法制备钛酸锶系电子陶瓷粉方法的关键是制得均质的凝胶，凝胶的形成是由于体系中生成了多聚物，如Ti(OH)x(OAC)y、Ti(OC4H9)x(OAC)y、TinO2n－(x＋y)/2(OH)x(OC4H9)y等。锶离子因静电作用均匀的吸附在凝胶主体中，在煅烧过程中反应生成钛酸锶。写出凝胶的形成机理：原料有Ti(OC4H9)4、HOAC和水。（2）水热反应制备钛酸锶粉末还有一种酸碱反应机理：钛烃氧化物Ti(OC2H5)4首先水解形成Ti(OH)62－，然后与碱土金属阳离子Sr2＋中和，写出离子方程式。（1）沸石Ⅰ。因为沸石Ⅰ（Si/Al＝1）含有比沸石Ⅱ（Si/Al＝（1）沸石Ⅰ。因为沸石Ⅰ（Si/Al＝1）含有比沸石Ⅱ（Si/Al＝2）更多的铝原子，结果使沸石Ⅰ对阳离子有更好的交换数

（2）“具有高Si/Al的沸石”。因为在高硅沸石中，只有少量酸性的铝原子位点，因此酸性的交换数较小。再加上硅的电负性略比铝高，在沸石骨架中有较多的硅将使骨架有较强的电负性，于是，在这种骨架中酸性位点的强度比其他骨架强

（3）“含Li的沸石”。因为Li十是最小的碱金属阳离子，它的电荷密度特别高，因而它吸引水的能力很大。四边形的交点表示Si和Al原子，骨架线则表示氧桥。当一个用原子插入骨架时，三价阳离子便产生一个负电荷。为平衡骨架的负电荷，必须有阳离子。这些阳离子被称为“电荷平衡离子”。这些阳离子与骨架之间的作用力具有高度离子性，因此是可以被交换的。例如，含钠（Na＋）沸石（钠沸石），通过与稀CuCl2溶液在加热（60℃～80℃）搅拌下，可交换阳离子（Na＋）被交换为Cu2＋成为“铜交换沸石，Cu－沸石”。（1）沸石广泛应用于净化工业，除去硬水中的钙阳离子。如沸石（I）的Si/Al＝1，而沸石（Ⅱ）的Si/Al＝2，问哪一种沸石除去钙阳离子更有效？（2）可交换阳离子为质子的沸石，在石油炼制过程中也用作酸催化剂，问酸强度较强的沸石是Si/Al比高的或是低的？（3）在通常条件下，沸石的孔为水分子填充着。这种所谓“沸石水”加热至200℃～300℃可以从孔中除去。这决定于Si/Al比、可交换阳离子的类型和沸石孔径大小。Si/Al比低的脱水沸石广泛应用于气体分离和净化过程的干燥剂。对于Si/Al比相同，可交换阳离子为Li、Na、K的沸石，问哪一种吸水更有效？（1）＋2、＋3的混合态

（2）4Y(NO3)32Y2O3＋12NO2↑＋（1）＋2、＋3的混合态

（2）4Y(NO3)32Y2O3＋12NO2↑＋3O2↑2Ba(NO3)2BaO＋4NO2↑＋O2↑

2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑BaC2O4BaO＋CO↑＋CO2↑

（3）[C2O42－]≈10－LQsp＝10－L＞Ksp足够大（1）试确定超导体里钠的氧化态。（2）试给出钇、钡、铜的硝酸盐以及草酸钡热分解生成氧化物的化学方程式。（3）通过计算说明L草酸溶液里的草酸根浓度是否足够大，设沉淀是在理想条件下进行的，并忽略稀释的影响（草酸钡的溶度积Ksp＝；草酸的K1、K2分别为、）。（1）

（1）

（2）N2O4d(N－N)＝175pm比标准N－N单键长1