第4章 第24讲 无机非金属材料（教师word）-【金版新学案】2025年高考化学高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

第24讲　无机非金属材料 【课程标准】　1.了解硅酸盐材料及新型无机非金属材料的性质和用途。2.掌握硅和二氧化硅的性质及应用，了解高纯硅的制备。 考点一　硅和二氧化硅 一、硅单质 1．存在：硅单质主要有晶体和无定形两大类。 2．物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。 3．化学性质 (1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟气、氢氟酸、碱反应，反应的化学方程式分别为 与氟气：Si＋2F2===SiF4； 与氢氟酸：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； 与碱：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应，与氧气反应的化学方程式为Si＋O2SiO2。 4．硅的工业制法及提纯 涉及的化学方程式： ①SiO2＋2CSi＋2CO↑； ②Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 5．用途 (1)良好的半导体材料； (2)太阳能电池； (3)计算机芯片。 二、二氧化硅 1．存在 (1)自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。 (2)天然SiO2有晶体和无定形两种，统称硅石。 2．物理性质：熔点高，硬度大，难溶于水。 3．化学性质 (1)SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 (2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钙反应的化学方程式为SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。 (3)在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，如与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaOCaSiO3。 (4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 4．用途：光导纤维、光学仪器等。 [正误辨析] 1．工业上用焦炭和二氧化硅制取粗硅时生成粗硅和CO2气体(　　) 2．Si是半导体材料，可用作太阳能电池(　　) 3．SiO2与NaOH溶液反应生成盐和水，也可以和氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物 (　　) 4．因为热稳定性：CH4>SiH4，所以非金属性：C>Si(　　) 5．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃(　　) 学生用书↓第135页 6．NaOH溶液不能用玻璃瓶盛放(　　) 7．高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路”(　　) 8．SiO2是H2SiO3的酸酐，所以SiO2和水反应生成H2SiO3(　　) 答案：1.×　2.√　3.×　4.√　5.√　6.×　7.√　8.× 正误判断 (1)(2022·浙江卷)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维(　　) (2)(2022·广东卷)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光导纤维(　　) (3)(2022·江苏卷)单晶硅熔点高，所以可用作半导体材料(　　) (4)(2021·辽宁卷)高纯硅可用于制芯片(　　) (5)(2021·广东卷)用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，原理是氢氟酸与SiO2反应(　　) (6)(江苏卷)SiO2硬度大，故可用于光导纤维(　　) (7)(浙江卷)Si的单质具有半导体的性质(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　 (6)×　(7)√ (全国卷)某固体可用来制光导纤维，不溶于强酸但可与某种弱酸反应，该固体的主要成分是________，该反应的化学方程式为____________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：SiO2　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 考向一　硅、二氧化硅的性质与用途 1．(2023·湖北黄冈中学校考三模)下列说法中不正确的是(　　) A．硅晶片是生产芯片的基础材料 B．芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化 C．硅在自然界中主要以单质形式存在 D．硅是应用最广泛的半导体材料 答案：C 解析：硅晶片是优良的半导体材料，是生产芯片的基础材料，故A正确；光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成，属于化学变化，故B正确；硅元素是亲氧元素，在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，故C错误；硅是优良的半导体材料，可用于制造和生产芯片，故D正确。 2．二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部分转化过程如图所示，下列说法正确的是(　　) A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B．因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强 C．SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性 D．除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应 答案：D 解析：SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，但属于酸性氧化物，因为二氧化硅只能与一种酸反应，且生成的四氟化硅不是盐，A错误；高温条件下，二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，常温下，二氧化硅和碳酸钠不反应，所以不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，反应中硅元素的化合价不变，不能体现二氧化硅的氧化性，C错误；题图中氧化还原反应有3个，即Si的制取过程中涉及的反应，其他反应都是非氧化还原反应，D正确；答案选D。 考向二　硅、二氧化硅的制备 3．(2023·福建福州统考模拟预测)H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是(　　) A．合成1反应中H2作氧化剂 B．合成2的反应为SiF4＋NaAlH4===SiH4＋NaAlF4 C．上述流程说明SiO2可溶于H2SO4 D．净化、热解中生成的多晶硅为还原产物 答案：C 解析：合成1中发生Na＋Al＋2H2===NaAlH4，合成2中发生NaAlH4＋SiF4===SiH4＋NaAlF4，合成3制备四氟化硅，净化、热解SiH4步骤中四氢化硅分解为晶体硅和氢气，据此分析：合成1中发生Na＋Al＋2H2===NaAlH4，H由0价转化成－1价，化合价降低，氢气作氧化剂，故A说法正确；根据上述分析，合成2中发生NaAlH4＋SiF4===SiH4＋NaAlF4，故B说法正确；合成3中NaAlF4与硫酸反应生成HF，HF与二氧化硅反应生成SiF4，因此题中不能说明二氧化硅溶于硫酸，故C说法错误；四氢化硅分解为晶体硅和氢气，根据电负性分析，氢的电负性强于硅，硅元素显＋4价，化合价降低，因此晶体硅为还原产物，故D说法正确。 4．纯二氧化硅可用下列流程制得，下列说法不正确的是(　　) 粗SiO2XYSiO2 A．X可用作木材防火剂 B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3(胶体)＋Na2SO4 C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替 D．SiO2能与氢氟酸反应，所以SiO2是碱性氧化物 答案：D 解析：硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂，A正确；硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸，所以步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3(胶体)＋Na2SO4，B正确；碳酸、硫酸的酸性都强于硅酸，能够与硅酸钠溶液反应生成硅酸，C正确；SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，但与氢氟酸反应的生成物不是盐，所以二氧化硅不是碱性氧化物，而是酸性氧化物，D错误。 学生用书↓第136页 考点二　无机非金属材料 一、硅酸盐材料 1．陶瓷 陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。 2．玻璃 普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。 3．水泥 普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 二、新型无机非金属材料 1．新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 2．新型陶瓷的种类与用途 材料 类型 主要特性 示例 用途 高温结 构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等 压电 陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明 陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导 陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 可用于电力、交通、医疗等领域 3. 碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。 (1)类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 (2)用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 材料类型 性能 用途 碳纳米管 比表面积大，高强度，优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 电阻率低，热导率高，具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等 [正误辨析]　 1．二氧化硅可用于生产玻璃(　　) 2．碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作(　　) 3．压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化(　　) 4．石墨烯的电阻率低，热导率也低(　　) 5．传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料(　　) 答案：1.√　2.√　3.√　4.×　5.× 学生用书↓第137页 (2023·广东卷)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是(　　) A.九霄环 佩木古琴 B.裴李岗 文化骨笛 C.商朝后 期陶埙 D.曾侯乙 青铜编钟 答案：C 解析：九霄环佩木古琴主要由木材、动物筋制得，A错误；裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成，B错误；商朝后期陶埙属于陶瓷，由硅酸盐制成，C正确；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误。 (2022·河北卷)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是(　　) A．传统陶瓷是典型的绝缘材料 B．陶瓷主要成分为MgO和SiO2 C．陶瓷烧制的过程为物理变化 D．白瓷的白色是因铁含量较高 答案：A 解析：陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，A正确；陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，B错误；陶瓷烧制过程发生复杂化学反应，有新物质生成，属于化学变化，C错误；由于Fe2＋、Fe3＋和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越多，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含铁，D错误。 考向一　传统无机非金属材料 1．(2023·广东校联考一模)历史悠久的青花瓷是中华传统文化的重要组成部分，其具有丰富的社会民俗文化和精神内涵。青花瓷是一种高温釉下彩瓷。所用颜料叫青料，采用钴土矿提炼而成，下列相关说法正确的是(　　) A．青花瓷属于硅酸盐材料 B．硅酸盐都不溶于水 C．青料是一种有机色素 D．青花瓷高温下容易分解 答案：A 解析：陶瓷属于传统硅酸盐产品，选项A正确；硅酸钠可溶于水，选项B错误；高温下，有机色素不能存在，选项C错误；青花瓷为高温烧制而成，耐高温，选项D错误。 2．(2023·广东省韶关市二模)中国文物具有鲜明的时代特征。下列源自广东韶关的文物的主要成分不属于硅酸盐的是(　　) A.清绿地素三彩花卉撇口碗 B.明代三彩孩童骑牛陶俑 C.南朝弦纹三足铜铛 D.东晋咸和二年酱褐釉陶牛车模型 答案：C 解析：清绿地素三彩花卉撇口碗的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，A不符合题意；明代三彩孩童骑牛陶俑的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，B不符合题意；南朝弦纹三足铜铛的主要成分为铜，属于金属材料，不属于硅酸盐，C符合题意；东晋咸和二年酱褐釉陶牛车模型的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，D不符合题意。 考向二　新型无机非金属材料 3．(2023·江西宜春校考模拟预测)某电影向观众展示了太空电梯、行星发动机、超级计算机550W等超前的科技幻想，探讨了数字生命、人工智能等科技伦理问题。它们与化学有着密切联系，下列说法不正确的是(　　) A．我国“硅—石墨烯—锗高速晶体管”技术获重大突破，C、Si、Ge都是主族元素 B．我国提出网络强国战略，光纤线路总长超过三千万公里，光纤的主要成分是SiO2 C．新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料 D．富勒烯、石墨烯都是含碳化合物 答案：D 解析：C、Si、Ge都是主族元素，故A正确；光纤的主要成分是SiO2，故B正确；新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料，故C正确；富勒烯和石墨烯都是碳元素的单质，故D错误。 4．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是(　　) 石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料 石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性 纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料 A．石墨烯具有良好的导电性 B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体 C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜 D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但生成物不同 答案：D 解析：石墨烯和铜有着一样出色的导电性，因此具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件与浓硫酸都能发生反应，且生成物相同，D错误。 课时测评24　无机非金属材料 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－11题，每题5分，第12题6分，第13题16分，第14题7分，第15题16分，共100分) 1.《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　) A．黏土是制砖瓦和水泥的主要原料 B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化 C．沙子的主要成分为硅酸盐 D．泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 答案：C 2．（2023·广东惠州统考三模）下列物品所使用的主要材料属于无机非金属材料的是(　　) A B C D 陶瓷工艺品 纸质练习簿 不锈钢脸盆 蚕丝领带 答案：A 解析：陶瓷工艺品一般主要成分为硅酸盐，属于无机非金属材料，故A选；纸质练习簿的主要成分为纤维素，属于有机非金属材料，故B不选；不锈钢脸盆的主要成分为金属合金材料，属于无机金属材料，故C不选；蚕丝领带的主要成分为蛋白质，属于有机非金属材料，故D不选；综上所述，答案为A。 3．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　) 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 答案：C 解析：硅元素是地壳中大量存在的元素，是许多种岩石和矿物的基本构成元素之一，故①正确；水晶主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐，故②错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，故③错误；陶瓷的主要成分是硅酸盐且陶瓷应用极早，故④正确。综上所述，本题正确答案为C。 4．水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙(3CaO·SiO2)。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下2(3CaO·SiO2)＋6H2O===3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca(OH)2　ΔH<0，但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙，我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝的建筑质量。下列说法错误的是(　　) A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得 B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率 C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构 D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生 答案：C 解析：硅酸三钙与水反应，形成相互交联的结构，故C错误。 5．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是(　　) A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差 C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同 答案：B 解析：无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类，传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等，故A正确；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料，新型无机非金属材料具有以下四个特点：①承受高温，强度高，②具有光学特性，③具有电学特性，④具有生物功能，故B错误；高温结构陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，故C正确；传统无机非金属材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸盐，而新型无机非金属材料，如：高温结构陶瓷、光导纤维等主要成分不是硅酸盐，故D正确；故答案选B。 6．(2023·黑龙江大庆统考一模)北京故宫的屋顶有各种颜色的琉璃瓦，其坚实耐用，经历几百年的风雨洗礼仍能保存完整，下列说法错误的是(　　) A．琉璃瓦的主要成分是硅酸盐 B．制作琉璃瓦的主要原料是黏土 C．琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构 D．黄色和绿色琉璃瓦中分别含有Fe2＋、Cu2＋ 答案：D 解析：琉璃瓦的主要成分是硅酸盐，故A正确；制作琉璃瓦的主要原料是黏土，故B正确；琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构，故C正确；黄色琉璃瓦中可能含有Fe3＋，故D错误。故选D。 7．(2023·广东梅州统考二模)为了获得良好的草酸酯加氢的催化效果，通常需要保持铜催化剂中Cu0和Cu＋的组成相对稳定，将C60作为电子缓冲剂，通过中性碳团簇(C60)与负离子(C)的切换可有效地稳定铜催化剂中Cu0和Cu＋的比例。下列说法正确的是(　　) A．C60是新型化合物 B．当1 mol C60转变为C时，失去60 mol电子 C．当C60转变为C时，铜催化剂中Cu0和Cu＋的个数比减小 D．草酸酯催化加氢过程中，需要不断补充C60 答案：C 解析：C60是单质，不是化合物，A项错误；C60是一个由60个C原子构成的分子，1 mol C60转变为C时，得到1 mol电子，B项错误；C60转变为C时，得到电子，则铜催化剂中部分Cu0失去电子变成Cu＋，两者个数比减小，C项正确；题干中C60是电子缓冲剂，通过C60与C的切换起作用，不用补充C60，D项错误；故选C。 8．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程： 下列说法正确的是(　　) A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值 B．操作A与操作B完全相同 C．该流程中硅元素的化合价发生改变 D．反应器中发生的反应为氧化还原反应 答案：A 9．硅胶吸附剂的结构示意图如图所示，常用作干燥剂。在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少来决定硅胶是否失效，原理如下：CoCl2(蓝色)―→CoCl2·6H2O(粉红色)，失效的硅胶可加热再生，下列说法错误的是(　　) A．当硅胶变粉红色说明硅胶失效了 B．SiO2是酸性氧化物，硅胶可干燥HF和Cl2等酸性气体 C．失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高 D．当硅胶遇到大量的水分子时，与硅羟基形成了过多氢键从而失去吸附力 答案：B 解析：由题中信息可知，硅胶吸水后，会变成粉红色的CoCl2·6H2O，故变成粉红色后则说明硅胶失效了，A正确；二氧化硅可以和HF反应，故硅胶不能干燥HF，B错误；温度过高会因显色剂逐步氧化而失去显色作用，C正确；由硅胶结构可知，硅胶用作干燥剂，是通过硅羟基和水分子之间形成氢键而达到吸水的目的，故当硅胶遇到大量的水分子时，与硅羟基形成了过多氢键从而失去吸附力，D正确。 10．制造芯片用到高纯硅，用SiHCl3(沸点：31.85 ℃，SiHCl3遇水会剧烈反应，易自燃)与过量H2在1 100～1 200 ℃反应制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法不正确的是(　　) A．整个实验的关键是控温、检查装置气密性和排尽装置中的空气 B．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、温度高于32 ℃的温水 C．实验时，先打开装有稀硫酸仪器的活塞，收集尾气验纯，再预热装置Ⅳ石英管 D．尾气处理可直接通入NaOH溶液中 答案：D 解析：由实验装置可知，Ⅰ中Zn与稀硫酸反应生成氢气，Ⅱ中浓硫酸干燥氢气，Ⅲ中汽化的SiHCl3与过量H2混合，Ⅳ中高温下反应生成硅，且SiHCl3遇水发生SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl。SiHCl3的沸点为31.85 ℃，且易自燃，因而整个实验的关键是控温、检查装置气密性和排尽装置中的空气，故A正确；装置Ⅱ中浓H2SO4可干燥氢气，Ⅲ中盛装温度高于32 ℃的温水，目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化，与氢气反应，故B正确；实验时应先打开装有稀硫酸仪器的活塞制取氢气，用氢气将装置内的空气排出，收集尾气验纯，再预热装置Ⅳ石英管，防止氢气不纯加热易爆炸，故C正确；SiHCl3与氢气在1 100～1 200 ℃反应制备高纯硅，因而处理尾气时，应该在通入NaOH溶液前加上防倒吸装置，故D错误。 11．(2023·重庆万州校考阶段练习)实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是(　　) A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备氨 答案：C 解析：本题制备高纯硅，反应H2＋SiHCl3Si＋3HCl应在装置Ⅳ中进行，装置Ⅰ的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，因此在水浴中加热，A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危险，B错误；硅单质不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋， Fe2＋被H2O2氧化成Fe3＋，Fe3＋与KSCN溶液反应，溶液变红色，可以鉴定是否含有铁单质，C正确；用稀NaOH溶液制备氨，需要加热，装置Ⅰ中没有加热装置，因此不能制备氨，D错误。 12．(6分)形式多样的硅酸盐是无机矿物的重要基石。SiO是一种四面体形的离子(属硅酸根)，其结构可用图a表示，硅原子位居该四面体中心(图中不可见)，四个氧原子各占一个顶点。图b和图c则是复合硅酸根离子中的两个实例，均为无支链的单环状，分别由数个硅氧四面体a通过共同氧原子的形式构成。 (1)b的化学式为________。 (2)若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则化学式为________。 (3)绿柱石是铍、铝的此类硅酸复盐，其化学式中含6个硅原子，该复盐的化学式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)Si3O　(2)SinO　 (3)Be3Al2Si6O18(或3BeO·Al2O3·6SiO2) 解析：(1)b含有氧原子个数为9，含有3个四面体结构，则含有硅原子个数为3，根据化合物中Si的化合价为＋4、O元素化合价为－2可知，b的化学式为Si3O； (2)c中含有6个四面体结构，所以含有6个Si原子，含有的氧原子数为18，含有氧原子数比6个SiO少6个O，带有的电荷为6×(－2)＝－12；根据图示可知：若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则含有n个四面体结构，含有的氧原子比n个硅酸根离子恰好少n个O原子，即：含有n个Si，则含有3n个O，带有的负电荷为n×(－2)＝－2n，其化学式为SinO；(3)根据SinO可知，含有6个硅原子，该硅酸盐所带的负电荷为－12，设铍的个数为x，铝的个数为y，则2x＋3y＝12，讨论可得x＝3，y＝2，其化学式为Be3Al2Si6O18，故答案为Be3Al2Si6O18(或3BeO·Al2O3·6SiO2)。 13．(16分)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于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 ℃反应可以制得SiH2Cl2。 (1)以浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的________性。 (2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为_________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)按照气体从左到右的方向制取SiH2Cl2的装置。(h处用止水夹夹好)连接顺序为a→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)。(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次) (4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为________，后面装置C的作用为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和________、________等。 (6)制取SiH2Cl2的新方案：往硅粉中先通入Cl2，在300～350 ℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会________________________________________________________________________ ___________________________________________________________ (用化学方程式表示)。 答案：(1)吸水　(2)Si＋2HClSiH2Cl2 (3)d　e　f　g　b　c　d　(4)P2O5(或CaCl2)　尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中　 (5)SiCl4　SiHCl3　(6)SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl) 解析：(1)浓硫酸有吸水性，稀释放出大量热，使浓盐酸更易挥发出HCl。 (3)A装置制取HCl，连接C装置干燥HCl，HCl从f口进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发出来，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水蒸气进入B中，则应在B后接干燥管。 (4)前面装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或CaCl2，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。 14．(7分)我国能够造出几百万一颗的卫星芯片，但是在智能手机芯片上却屡屡遭到美国垄断。制造手机芯片需要高纯硅，工业上制取高纯硅的流程如图。请根据所学知识回答下列问题。 (1)石英砂的主要成分为________(填化学式)，实验室不能用石英坩埚熔融氢氧化钠的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)整个过程中可以循环利用的物质为________(填化学式)。 (3)晶体硅为灰黑色固体，溶于氢氟酸可生成氢气。写出晶体硅与氢氟酸反应的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)SiO2　氢氧化钠能与SiO2发生反应，腐蚀石英坩埚 (2)HCl、H2 (3)Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ 解析：(1)石英砂的主要成分为SiO2，石英坩埚中SiO2能与NaOH反应生成硅酸钠，氢氧化钠能腐蚀石英坩埚，故不能用石英坩埚熔融NaOH。 (2)从制备流程可知，整个过程中可循环利用的物质为HCl和H2。(3)晶体硅溶于氢氟酸生成氢气和四氟化硅，化学方程式为Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 15．(16分)水泥是重要的建筑材料，硅酸盐水泥主要为硅酸二钙(2CaO·SiO2)、硅酸三钙(3CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)、铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)和氧化镁等的混合物；《水泥化学分析方法》中用EDTA(一种常用作滴定金属离子含量的有机物)滴定法测定水泥样品中钙、镁的含量。其过程如图所示： 已知：相关金属离子浓度为0.1 mol/L时，形成氢氧化物沉淀的pH范围如表： 金属离子 Mg2＋ Ca2＋ Al3＋ Fe3＋ 开始沉淀的pH 11 13.5 3.5 2 完全沉淀的pH 13 ＞14 4.5 3.5 回答下列问题： (1)工业制水泥的主要原料是黏土和________(填名称)。 (2)步骤①中选择用银坩埚而不用瓷坩埚，其理由是____________________________ ________________________________________________________________________。 滤渣的主要成分为________(填化学式)。 (3)步骤③中加入的酒石酸钠和三乙醇胺作为掩蔽剂，可掩蔽杂质离子的干扰，在该过程中，主要掩蔽的离子有________________。掩蔽剂需要在调pH前加入，若在碱性溶液中则起不到掩蔽作用，试从 要掩蔽的离子性质分析原因：_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)步骤④和⑤中，调pH时，最好选用试剂______(填字母)。 A．氨水 　B．MgO C．CaCO3 (5)水泥样品中的钙的含量通过步骤④滴定结果可计算得出；而步骤⑤滴定的是钙、镁总量，所以测定镁的含量准确性还依赖于步骤④。当溶液pH大于12时，会生成硅酸钙沉淀，所以若滴定前，溶液中还剩少量的硅酸，则需加入适量氟化钾，以消除硅酸的干扰。若未加氟化钾，残留的硅酸会使镁含量测定结果________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。 (6)镁含量的测定还受水泥试样中一氧化锰含量的影响，当一氧化锰含量小于0.5%时，干扰不明显，可忽略不计；但大于0.5%时，还需要再测出一氧化锰含量。一氧化锰的测定是在硫酸介质中，用高碘酸钾将其氧化为高锰酸根离子，进行测量。写出该过程中反应的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (该反应中的一种产物可以作为食盐的添加剂)。 答案：(1)石灰石　(2)氢氧化钠会与二氧化硅反应，腐蚀瓷坩埚　H2SiO3　(3)Al3＋和Fe3＋　碱性溶液中，Al3＋和Fe3＋会生成Al(OH)3沉淀和Fe(OH)3沉淀　(4)A　(5)偏高　(6)2MnO＋5IO＋H2O===2MnO＋5IO＋2H＋ 解析：(1)工业制水泥的主要原料是黏土和石灰石； (2)瓷坩埚中含有二氧化硅，加热熔融时氢氧化钠和二氧化硅反应，会腐蚀瓷坩埚；由分析可知，加入足量盐酸酸化后，过滤得到硅酸滤渣； (3)由题意可知，步骤③中加入的酒石酸钠和三乙醇胺作为掩蔽剂，掩蔽铁离子和铝离子，防止加入EDTA时对钙、镁含量测定的干扰；在碱性溶液中，铁离子和铝离子会转化为氢氧化铁沉淀和氢氧化铝沉淀，则在调溶液pH前加入掩蔽剂，否则起不到掩蔽作用； (4)调节溶液pH时，若加入氧化镁和碳酸钙，会使溶液中钙离子和镁离子的量增大，影响测定结果，所以调节溶液pH的试剂最好为氨水，故答案为A； (5)由题意可知，当溶液pH大于12时，会生成硅酸钙沉淀，若滴定前不加入适量氟化钾消除硅酸的干扰，会导致测得钙离子的量偏低，计算出的镁离子含量偏高； (6)由题意可知，酸性条件下，高碘酸钾与一氧化锰发生氧化还原反应生成碘酸根离子和高锰酸根离子，反应的离子方程式为2MnO＋5IO＋H2O===2MnO＋5IO＋2H＋。 学生用书↓第138页 学科网（北京）股份有限公司 $$