2026年北京市北师大版高中化学人教版选修3-13化学与材料习题

2026年北京市北师大版高中化学人教版选修3-13化学与材料习题一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在选修3-13《化学与材料》第3章“高分子材料”中，聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）的主要区别在于其单体结构不同。聚乙烯的单体是乙烯（CH₂=CH₂），而聚氯乙烯的单体是氯乙烯（CH₂=CHCl）。以下关于这两种高分子材料的性能比较，正确的是（）。A.聚乙烯的密度大于聚氯乙烯，且耐热性更好B.聚氯乙烯的强度高于聚乙烯，但耐候性较差C.聚乙烯的透明度优于聚氯乙烯，适用于制作食品包装袋D.聚氯乙烯的导电性比聚乙烯强，常用于电线电缆解析：聚乙烯（PE）的密度约为0.9g/cm³，透明度高，耐热性可达120℃；聚氯乙烯（PVC）的密度约为1.4g/cm³，强度较高但耐候性差，遇热易分解释放氯化氢气体。选项A正确，聚乙烯密度更低且耐热性更好。选项B错误，聚氯乙烯强度虽高但耐候性差。选项C错误，聚氯乙烯通常不透明。选项D错误，聚乙烯是绝缘体，聚氯乙烯导电性较差。2.在选修3-13第4章“无机非金属材料”中，二氧化硅（SiO₂）是石英玻璃的主要成分，具有高熔点（约1713℃）和化学稳定性。以下关于石英玻璃的应用描述，错误的是（）。A.石英玻璃可用于制造高温实验仪器，如熔融金属的观察窗B.石英玻璃的透光性极佳，可制作高档光学仪器镜头C.石英玻璃的硬度极高，可用于制作耐磨手表指针D.石英玻璃在高温下易与氢氟酸反应，因此不适用于储存氢氟酸解析：选项A正确，石英玻璃耐高温且耐腐蚀，适合高温实验仪器。选项B正确，石英玻璃透光率可达99%，适用于光学仪器。选项C正确，石英玻璃莫氏硬度为7，可用于耐磨部件。选项D错误，石英玻璃确实会与氢氟酸反应（SiO₂+4HF→SiF₄↑+2H₂O），因此不适用于储存氢氟酸。3.在选修3-13第5章“金属材料”中，不锈钢（如304钢）之所以具有优良的抗腐蚀性，主要是因为其表面能形成一层致密的氧化膜。以下关于不锈钢防腐蚀原理的描述，不正确的是（）。A.不锈钢中的铬（Cr）含量通常不低于10.5%，能与氧气反应形成氧化膜B.不锈钢的氧化膜具有自我修复能力，即使局部受损也能继续保护基体C.不锈钢的防腐蚀性仅限于干燥环境，在潮湿环境中会显著下降D.不锈钢的防腐蚀性优于碳钢，因为其电化学活性更低解析：选项A正确，铬是形成氧化膜的关键元素。选项B正确，氧化膜中的铬离子能向破损处迁移修复。选项C错误，不锈钢在潮湿环境中仍能保持良好抗腐蚀性，但高盐雾环境会加速腐蚀。选项D错误，不锈钢电化学活性与碳钢相近，但表面氧化膜提供了额外保护。4.在选修3-13第6章“复合材料”中，碳纤维增强复合材料（CFRP）因其轻质高强而广泛应用于航空航天领域。以下关于CFRP性能的描述，错误的是（）。A.碳纤维的密度约为1.78g/cm³，远低于钢（约7.85g/cm³）B.碳纤维的拉伸强度可达7000MPa，是钢的7-10倍C.碳纤维复合材料的耐高温性能优于钛合金（Ti-6Al-4V）D.碳纤维复合材料的导电性优于铝合金（Al-Mg-Mn）解析：选项A正确，碳纤维密度低。选项B正确，碳纤维强度远超钢。选项C错误，钛合金（熔点约1660℃）比碳纤维复合材料（热变形温度约300℃）耐高温。选项D错误，碳纤维复合材料导电性极低（绝缘体），铝合金是良导体。5.在选修3-13第7章“能源材料”中，锂离子电池（Li-ion）的工作原理基于锂离子在正负极材料间的嵌入/脱嵌。以下关于锂离子电池正极材料的描述，不正确的是（）。A.磷酸铁锂（LiFePO₄）是锂离子电池常用正极材料，具有高安全性B.三元锂离子电池（如NCM811）通常使用镍钴锰酸锂（LiNiCoMnO₂）作为正极C.锰酸锂（LiMn₂O₄）正极材料的成本低于三元材料，但能量密度较低D.锂离子电池正极材料的放电过程是锂离子从正极向负极迁移解析：选项A正确，LiFePO₄安全性高。选项B正确，NCM811是常见三元材料。选项C正确，LiMn₂O₄成本较低但能量密度低。选项D错误，放电过程是锂离子从负极（石墨）向正极迁移。6.在选修3-13第8章“信息材料”中，液晶显示器（LCD）利用液晶分子的光学特性实现显示功能。以下关于液晶显示器工作原理的描述，不正确的是（）。A.液晶分子在电场作用下会改变排列方向，从而控制光线通过B.LCD需要背光源照射才能显示图像，因此功耗较高C.液晶显示器具有高分辨率和快速响应时间，适合动态图像显示D.液晶显示器对温度敏感，在极端温度下可能无法正常工作解析：选项A正确，液晶的电光效应原理。选项B正确，LCD依赖背光源。选项C正确，LCD适合高分辨率显示。选项D错误，液晶显示器在-20℃至60℃范围内通常能正常工作，极端温度会导致性能下降。7.在选修3-13第9章“生物医用材料”中，钛合金（Ti-6Al-4V）因其良好的生物相容性和力学性能，常用于人工关节制造。以下关于钛合金在生物医用领域的应用描述，错误的是（）。A.钛合金的弹性模量与人体骨骼相近，可减少应力遮挡效应B.钛合金在人体内会发生腐蚀，因此需要表面改性以提高生物相容性C.钛合金的耐磨性和抗疲劳性能优于不锈钢，适合长期植入物D.钛合金的密度与不锈钢相近，但重量更轻，适合运动假肢解析：选项A正确，钛合金弹性模量（约100GPa）与骨骼（约70-120GPa）匹配。选项B错误，钛合金在生理环境中表面会形成致密氧化膜，生物相容性良好，无需额外改性。选项C正确，钛合金耐磨抗疲劳性能优异。选项D错误，钛合金密度（约4.4g/cm³）远低于不锈钢（7.85g/cm³），重量更轻。8.在选修3-13第10章“纳米材料”中，碳纳米管（CNTs）因其独特的力学和电学性质，在电子器件领域具有广阔应用前景。以下关于碳纳米管特性的描述，不正确的是（）。A.单壁碳纳米管（SWCNT）的导电性优于多壁碳纳米管（MWCNT）B.碳纳米管的杨氏模量（约1TPa）是钢的5-10倍，使其成为理想的结构材料C.碳纳米管在高温下仍能保持力学性能，适用于极端环境应用D.碳纳米管的比表面积极大（可达2000m²/g），但分散性较差，难以实际应用解析：选项A正确，SWCNT导电性优于MWCNT。选项B正确，碳纳米管强度极高。选项C正确，碳纳米管耐高温性能优异。选项D错误，虽然碳纳米管分散性是挑战，但通过表面改性等方法已实现工业化应用。9.在选修3-13第11章“智能材料”中，形状记忆合金（SMA）能在外力作用下变形，当温度恢复时自动恢复原状。以下关于形状记忆合金应用的描述，错误的是（）。A.Nitinol（镍钛合金）是常见的形状记忆合金，可用于制作自修复管道B.形状记忆合金的恢复应力可达5-8GPa，使其适用于高强度应用C.形状记忆合金的恢复温度通常与其相变温度相关，但不可调节D.形状记忆合金在循环使用中会逐渐降低性能，因此不适用于长期应用解析：选项A正确，Nitinol用于自修复管道。选项B正确，形状记忆合金恢复应力高。选项C错误，形状记忆合金的相变温度可通过合金成分调节。选项D错误，形状记忆合金在初期使用时性能可能下降，但经过“训练”后可稳定循环使用。10.在选修3-13第12章“新能源材料”中，固态氧化物燃料电池（SOFC）利用固体电解质传导离子，具有高效率和环境友好性。以下关于SOFC工作原理的描述，不正确的是（）。A.SOFC的阳极发生氧化反应，将燃料气（如氢气）转化为水B.SOFC的阴极发生还原反应，将氧气转化为氧离子C.SOFC的固体电解质在高温下传导氧离子，实现电化学转换D.SOFC的运行温度（600-1000℃）低于质子交换膜燃料电池（PEMFC）解析：选项A正确，阳极反应：H₂→2H⁺+2e⁻。选项B正确，阴极反应：O₂+4H⁺+4e⁻→2H₂O。选项C正确，固体电解质传导氧离子。选项D错误，SOFC运行温度高于PEMFC（PEMFC约80-200℃）。二、填空题（每题2分，共20分）1.在选修3-13第3章“高分子材料”中，聚乙烯（PE）是通过乙烯（CH₂=CH₂）的________反应生成的高分子，其结构特点是________。参考答案：加聚；主链为碳原子，不含双键解析：聚乙烯通过加聚反应（链增长聚合）形成，结构为-(-CH₂-CH₂-)n-，无双键。2.在选修3-13第4章“无机非金属材料”中，石英玻璃（SiO₂）的化学稳定性源于其________结构，该结构在高温下不易分解。参考答案：三维网络；解析：石英玻璃为α-SiO₂，三维共价键网络结构使其化学性质稳定。3.在选修3-13第5章“金属材料”中，不锈钢（304钢）中的铬（Cr）含量通常不低于10.5%，其作用是________，从而提高材料的抗腐蚀性。参考答案：在表面形成致密氧化膜；解析：Cr与氧反应生成Cr₂O₃氧化膜，阻止基体继续氧化。4.在选修3-13第6章“复合材料”中，碳纤维增强复合材料（CFRP）的轻质高强特性主要归因于碳纤维的________和________。参考答案：低密度；高比强度；解析：碳纤维密度1.78g/cm³，强度/密度比远超金属。5.在选修3-13第7章“能源材料”中，锂离子电池（Li-ion）的负极材料通常是________，其工作原理基于锂离子在正负极材料间的________。参考答案：石墨；嵌入/脱嵌；解析：石墨（碳）作为负极，锂离子在嵌锂/脱锂过程中转移。6.在选修3-13第8章“信息材料”中，液晶显示器（LCD）利用液晶分子的________效应，通过电场控制光线通过。参考答案：电光；解析：液晶分子在电场下排列变化，影响透光性。7.在选修3-13第9章“生物医用材料”中，钛合金（Ti-6Al-4V）的生物相容性良好，主要得益于其表面能形成________，且在生理环境中________。参考答案：致密氧化膜；稳定；解析：Ti表面形成TiO₂氧化膜，与人体组织无排异反应。8.在选修3-13第10章“纳米材料”中，碳纳米管（CNTs）的结构类似于________，其导电性受________影响。参考答案：石墨烯卷曲形成的管状结构；手性；解析：CNTs由单层石墨烯卷曲而成，手性（卷曲方向）决定导电性。9.在选修3-13第11章“智能材料”中，形状记忆合金（SMA）的形状记忆效应是指材料在________作用下变形，当温度恢复时自动恢复________。参考答案：外力；原状；解析：SMA在应力下发生相变变形，卸载后加热可恢复初始形状。10.在选修3-13第12章“新能源材料”中，固态氧化物燃料电池（SOFC）的固体电解质通常由________材料制成，其工作温度可达________℃以上。参考答案：离子导体（如氧化锆基）；1000；解析：SOFC使用ZrO₂基固体电解质传导氧离子，工作温度可达1000℃以上。三、判断题（每题2分，共20分）1.在选修3-13第3章“高分子材料”中，聚氯乙烯（PVC）的单体是氯乙烯（CH₂=CHCl），其聚合物中存在碳碳双键，因此具有较高的不饱和度。（×）解析：PVC聚合后双键消失，结构为-(-CH₂-CHCl-)n-，不饱和度降低。2.在选修3-13第4章“无机非金属材料”中，石英玻璃（SiO₂）的熔点极高（约1713℃），因此可用于制作高温炉管。（√）解析：石英玻璃耐高温，适用于高温设备。3.在选修3-13第5章“金属材料”中，不锈钢（304钢）中的镍（Ni）含量通常不低于8%，其作用是提高材料的耐腐蚀性和韧性。（×）解析：304钢镍含量为5-10%，镍主要提高耐腐蚀性，铬（10.5%以上）提高耐腐蚀性和强度。4.在选修3-13第6章“复合材料”中，碳纤维增强复合材料（CFRP）的密度低于碳纤维本身，因此其比强度（强度/密度）低于碳纤维。（×）解析：CFRP的密度低于碳纤维，比强度高于碳纤维。5.在选修3-13第7章“能源材料”中，锂离子电池（Li-ion）的正极材料通常为钴酸锂（LiCoO₂），其能量密度较高但成本也较高。（√）解析：LiCoO₂能量密度高，但钴资源稀缺导致成本高。6.在选修3-13第8章“信息材料”中，液晶显示器（LCD）的响应速度通常比有机发光二极管（OLED）慢，因此不适合显示动态图像。（×）解析：现代LCD响应速度已显著提升，可满足动态图像显示需求。7.在选修3-13第9章“生物医用材料”中，钛合金（Ti-6Al-4V）的弹性模量与人体骨骼相近，因此植入后不会产生应力遮挡效应。（√）解析：匹配的弹性模量可减少应力遮挡。8.在选修3-13第10章“纳米材料”中，碳纳米管（CNTs）的直径通常在0.34-2nm之间，其导电性与石墨相似，因此适合用作导电填料。（×）解析：CNTs导电性受手性影响，部分管状结构导电性差。9.在选修3-13第11章“智能材料”中，形状记忆合金（SMA）的形状记忆效应仅限于单次循环，多次使用后性能会显著下降。（×）解析：SMA可通过“训练”实现多次稳定循环使用。10.在选修3-13第12章“新能源材料”中，固态氧化物燃料电池（SOFC）的运行温度过高（600-1000℃），因此不适用于车载应用。（√）解析：高温限制SOFC在车载领域的应用。四、简答题（每题2分，共16分）1.在选修3-13第3章“高分子材料”中，简述聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）在结构、性能和应用上的主要区别。（不少于100字）参考答案：聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）的结构区别在于单体不同：PE单体为乙烯（CH₂=CH₂），PVC单体为氯乙烯（CH₂=CHCl）。PE聚合后形成-(-CH₂-CH₂-)n-结构，无极性，透明度高，耐热性可达120℃；PVC聚合后形成-(-CH₂-CHCl-)n-结构，含极性氯原子，不透明，耐候性差。性能差异：PE密度更低（0.9g/cm³），强度适中；PVC密度更高（1.4g/cm³），强度较高但易老化。应用上，PE广泛用于食品包装、管道等；PVC用于电线绝缘、门窗等，但需注意其含氯废弃物问题。2.在选修3-13第4章“无机非金属材料”中，说明石英玻璃（SiO₂）的化学稳定性与其三维网络结构的关系。（不少于100字）参考答案：石英玻璃的化学稳定性源于其三维共价键网络结构。在SiO₂网络中，每个硅原子与四个氧原子形成强共价键，氧原子又与两个硅原子相连，形成稳定的三维骨架。这种结构使得Si-O键能高，化学键难以断裂，因此石英玻璃耐酸碱腐蚀（除氢氟酸外），且高温下不易分解。相比之下，二氧化硅气凝胶（xerogel）结构疏松，表面能高，化学稳定性较差。石英玻璃的稳定性使其适用于化学实验仪器、光学器件等要求苛刻的应用场景。3.在选修3-13第5章“金属材料”中，简述不锈钢（304钢）中铬（Cr）和镍（Ni）的作用。（不少于100字）参考答案：不锈钢（304钢）中铬（Cr）含量通常不低于10.5%，其作用是提高材料的抗腐蚀性。Cr在表面与氧反应形成致密的Cr₂O₃氧化膜，阻止基体继续氧化。镍（Ni）含量为5-10%，主要作用是提高材料的耐腐蚀性（尤其是耐点蚀）和韧性。Ni能稳定奥氏体相，使不锈钢在室温下保持面心立方结构，从而提高低温韧性。此外，Ni还能改善不锈钢的加工性能和耐碱腐蚀能力。304钢兼具良好的抗腐蚀性和加工性能，是应用最广泛的不锈钢牌号。4.在选修3-13第6章“复合材料”中，说明碳纤维增强复合材料（CFRP）的轻质高强特性与其微观结构的关系。（不少于100字）参考答案：CFRP的轻质高强特性源于其微观结构设计。碳纤维本身密度低（1.78g/cm³），强度高（可达7000MPa），比强度（强度/密度）远超金属。在复合材料中，碳纤维沿受力方向排列，形成高强纤维束，树脂基体则起到粘结纤维、传递载荷和防止分层的作用。通过优化纤维体积分数（通常60-80%）、编织方式（如单向带、编织布）和界面设计，可充分发挥碳纤维的力学性能。例如，在航空航天领域，CFRP替代铝材可减重30%，同时保持或提升结构强度。五、应用题（每题4分，共24分）1.在选修3-13第7章“能源材料”中，某锂离子电池的正极材料为磷酸铁锂（LiFePO₄），负极材料为石墨，电解质为1MLiPF₆/EC:DMC溶剂体系。请简述该电池的工作原理，并说明其优缺点。（案例背景不少于200字）案例背景：磷酸铁锂（LiFePO₄）锂离子电池因其安全性高、循环寿命长、成本较低而广泛应用于电动汽车和储能系统。某新能源汽车采用该电池，其能量密度为160Wh/kg，充电倍率可达1C（1C表示1小时充满），在-20℃至60℃温度范围内仍能保持80%以上容量。然而，该电池的放电平台较低（3.45-3.5V），限制了功率密度。参考答案：工作原理：放电时，LiFePO₄正极发生脱锂反应（LiFePO₄→FePO₄+Li⁺+e⁻），锂离子通过电解质迁移至石墨负极（石墨+Li⁺+e⁻→LiC₆），电子经外电路流动。充电时过程相反。优点：安全性高（不易热失控）、循环寿命长（>2000次）、成本较低；缺点：能量密度较低、放电平台低（限制功率密度）、低温性能较差。改进方向：可通过纳米化LiFePO₄、表面改性或采用固态电解质提升性能。2.在选修3-13第8章“信息材料”中，液晶显示器（LCD）和有机发光二极管（OLED）是两种常见的显示技术。请比较两者的工作原理、优缺点及适用场景。（案例背景不少于200字）案例背景：某智能手机采用OLED屏幕，其色彩饱和度高、对比度优异，但寿命较短；而传统电视仍广泛使用LCD屏幕，其寿命长、功耗低，但色彩表现不如OLED。参考答案：工作原理：LCD利用液晶分子的电光效应，通过背光源照射并控制液晶排列来调节透光率；OLED直接在像素点发光，每个像素自发光。优缺点：LCD优点是亮度高、寿命长、功耗低；缺点是需背光源（厚度大、功耗高）、响应速度较慢。OLED优点是色彩饱和度高、对比度优异、响应速度快、轻薄；缺点是寿命短（有机材料易老化）、成本高、易烧屏。适用场景：LCD适合大尺寸、长寿命应用（如电视、显示器）；OLED适合小尺寸、高动态范围应用（如手机、VR设备）。3.在选修3-13第9章“生物医用材料”中，钛合金（Ti-6Al-4V）和医用不锈钢（316L）是两种常见的植入物材料。请比较两者的生物相容性、力学性能和成本，并说明选择原则。（案例背景不少于200字）案例背景：某患者需要人工髋关节置换手术，医生需在钛合金和316L不锈钢中选择。钛合金具有优异的生物相容性和力学性能，但成本较高；316L不锈钢成本低，但弹性模量与骨骼不匹配。参考答案：生物相容性：钛合金表面能形成致密氧化膜，无排异反应；316L不锈钢表面钝化膜较薄，长期植入可能发生腐蚀。力学性能：钛合金弹性模量（100GPa）与骨骼匹配，减少应力遮挡；316L弹性模量（200GPa）高，易导致骨吸收。成本：钛合金价格是316L的3-5倍。选择原则：短期植入（如固定夹板）可选316L；长期植入（如关节、骨钉）选钛合金；经济条件有限时选316L，但需考虑长期并发症风险。4.在选修3-13第10章“纳米材料”中，碳纳米管（CNTs）和石墨烯是两种重要的碳纳米材料。请比较两者的结构、性能和应用差异。（案例背景不少于200字）案例背景：某科研团队正在研究CNTs和石墨烯在柔性电子器件中的应用。CNTs具有优异的导电性和力学性能，但分散性差；石墨烯导电性更高，但制备工艺复杂。参考答案：结构：CNTs是单层石墨烯卷曲形成的管状结构（直径0.34-2nm，长度可达微米级）；石墨烯是单层碳原子构成的二维平面（厚度0.34nm）。性能：CNTs兼具高导电性（比表面积大）、高强度（杨氏模量1TPa）和轻质；石墨烯导电性更高（载流子迁移率极高），但易团聚。应用：CNTs适合用作导电填料（增强复合材料）、传感器、电极材料；石墨烯适合用作透明导电膜（触摸屏）、超级电容器电极。差异：CNTs可形成三维网络，适合结构增强；石墨烯适合二维电子器件。改进方向：CNTs需解决分散性，石墨烯需降低制备成本。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.D3.C4.C5.D6.D7.D8.D9.D10.D二、填空题1.加聚；主链为碳原子，不含