第30讲 硅及其化合物 无机非金属材料-【优化探究】2025年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（苏教版2019）

第四单元 碳　硅　无机非金属材料 第30讲　硅及其化合物　无机非金属材料 优化探究 大单元二　元素及其化合物 专题5　非金属元素及其化合物 考点1　硅及其化合物 考点2　无机非金属材料 课时作业30　硅及其化合物　无机非金属材料 考点1　硅及其化合物 一、硅单质 1. 存在：硅单质主要有 ( 晶体)和 ⁠两大类。 2. 物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体，熔点 ，硬度 ⁠， 有脆性。 晶体　 共价　 无定形　 高　 大　 掌握必备知识 筑牢应试根基 3. 化学性质 常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟、氢氟酸、碱反 应；在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应。 与碱(如NaOH)反应的化学方程式： ⁠ ⁠。 与氧气反应的化学方程式： ⁠。 Si＋2NaOH＋H2O Na2SiO3＋ 2H2↑　 Si＋O2 SiO2　 4. 硅的工业制法及提纯 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 涉及的化学方程式： ①SiO2＋2C Si＋2CO↑； ②Si＋3HCl SiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2 Si＋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：天然SiO2有 ( 晶体)和 ⁠两种。 2. 物理性质：熔点 ，硬度 ⁠，难溶于水。 晶体　 共价　 无定形　 高　 大　 SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如图甲所示)，硅 氧四面体通过氧原子相互连接为空间 结构(如图乙所示)。每个 硅原子与 个氧原子相连，而每个氧原子与 ⁠个硅原子相连，故 SiO2晶体中Si和O的比例为 ⁠。 网状　 4　 2　 1∶2　 3. 结构 4. 化学性质 (1)酸性氧化物的通性 SiO2是酸性氧化物，不溶于水，也不跟水反应，常温下，可以与碱 反应生成硅酸盐，在高温条件下可以与碱性氧化物、碳酸盐反应生 成硅酸盐。 与氢氧化钠反应的化学方程式： ⁠ ⁠。 SiO2＋2NaOH Na2SiO3＋ H2O　 　特别提醒：该反应可解释盛放碱性溶液的试剂瓶为什么不能用磨砂玻 璃塞。 　与碳酸钙反应的化学方程式： ⁠ ⁠。 与氧化钙反应的化学方程式： ⁠。 SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋ CO2↑　 SiO2＋CaO CaSiO3　 (2)常温下与氢氟酸反应 化学方程式： ⁠。 　特别提醒：该反应可解释保存氢氟酸为什么必须用塑料瓶。 SiO2＋4HF SiF4↑＋2H2O　 5. 用途：用于制作光导纤维、光学仪器等。 三、硅酸、硅酸盐 1. 硅酸 (1)物理性质 硅酸的溶解度 ，新制备的硅酸为透明、 ⁠状，干燥的硅 胶 ⁠，吸水性和吸附性强。 (2)化学性质 硅酸属于难挥发性的弱酸(酸性比碳酸 )，易分解。 CO2与Na2SiO3溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋CO2＋H2O H2SiO3↓＋Na2CO3。 受热分解的化学方程式：H2SiO3 SiO2＋H2O。 小　 胶冻　 多孔　 弱　 (3)制备：通过 与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与 盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl 2NaCl＋H2SiO3(胶体)。 (4)用途：硅胶可用作 、 ⁠的载体等。 可溶性硅酸盐　 干燥剂　 催化剂　 2. 硅酸盐 (1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主 要成分。 (2)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称 ⁠，是无色粘稠液体，常用于制备 粘合剂、防腐剂、耐火阻燃材料。 水玻璃　 [正误判断] (1)硅在自然界中主要以化合态的形式存在。 (　√　) (2)晶体硅、二氧化硅均属于共价晶体，熔点高、硬度大。 (　√　) (3)SiO2透明，折射率合适，能够发生全反射，可用于制造光导纤维。 (　√　) (4)由于SiF4常温下为气体，故能促进Si、SiO2常温下与氢氟酸反应。 (　√　) (5)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸。 (　×　) (6)依据反应：Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，说明H2SiO3的酸性 比H2CO3强。 (　×　) √ √ √ √ × × 命题方式1　硅及其化合物的性质 1. 下列关于硅的说法中不正确的是 (填序号)。 (1)硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体。 (2)硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 (3)硅可作为太阳能电池的光电转化材料，也可用于制作光导纤维。 (4)高纯度晶体硅可用于制作芯片，二氧化硅可用于制备高纯度硅。 (3)　 (5)常温下，硅可与强碱溶液反应，其中水是氧化剂。 提升关键能力 应对命题方式 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金 属性，又有非金属性，其导电性也介于导体和绝缘体之间，是良好的半 导体材料，可用于制作芯片、太阳能电池的光电转化材料，但不能制作 光导纤维；硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下能与氢氟 酸、NaOH溶液等发生反应，与NaOH溶液反应时，水作氧化剂。 2. 二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料 等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质 或作用进行的判断，其中正确的是 (填字母)。 ①SiO2＋2NaOH Na2SiO3＋H2O； ②SiO2＋2C Si＋2CO↑； ③SiO2＋4HF SiF4↑＋2H2O； ④Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑； ⑤SiO2＋3C SiC＋2CO↑。 a.反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃 b.反应②中SiO2表现出氧化性 c.反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性 d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理 e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应 答案：bde　 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误； 反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断 正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二 氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳元素的化合价由0价变为－4价和＋2 价，硅元素和氧元素的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化 还原反应，e判断正确。 3. Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，关于其相关性质的说法不正 确的是(　D　) A. 可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cl CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O B. 具有吸水性，需要密封保存 C. 能与SO2反应生成新盐 D. 与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2 D Ca3SiO5可写作CaSiO3·2CaO，它与NH4Cl固体混合加热反应，生成 CaSiO3、CaCl2、NH3和H2O，A正确；Ca3SiO5有吸水性，故需要密封保 存，B正确；由于H2SO3的酸性强于H2SiO3，Ca3SiO5与SO2反应可生成新 盐CaSO3，C正确；Ca3SiO5与足量盐酸作用，析出H2SiO3沉淀，故所得 固体产物主要是H2SiO3，D错误。 命题方式2　高纯硅的制备 4. (2024·河北石家庄检测)工业上以石英砂(SiO2)为原料制取单质硅，其 工艺流程如图所示。下列说法正确的是(　A　) A. ①②③均属于氧化还原反应 B. 石英砂和C在高温条件下可以反应生成金刚砂(SiC)和CO，该反应中 氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2 C. 二氧化硅为良好的半导体材料，可用于制造芯片 D. 石灰石、纯碱及石英砂是生产玻璃的原料，玻璃是一种新型无机非金 属材料 A 石英砂与碳在高温条件下反应生成粗硅和CO，粗硅与氯气在加热条件 下反应生成四氯化硅，四氯化硅与氢气在高温条件下反应生成纯硅和氯 化氢；①中碳、硅元素化合价发生变化，②中硅、氯元素化合价发生变 化，③中硅、氢元素化合价发生变化，则①②③均属于氧化还原反应， 选项A正确；石英砂和C在高温条件下可以反应生成金刚砂(SiC)和CO， 则反应为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，该反应中氧化产物CO和还原产物SiC的物质的量之比为2∶1，选项B错误；硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料，所以晶体硅可以用于制造计算机芯片和太阳能电池，而不是二氧化硅，选项C错误；石灰石、纯碱及石英砂是生产玻璃的原料，玻璃是一种传统无机非金属材料，选项D错误。 5. 晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下： ①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCl SiHCl3＋ H2； ②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。 回答相关问题： (1)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5 ℃)，只 含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方 法为 ⁠。 蒸馏 ①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是 ⁠ ⁠。 ②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是 ⁠。 排尽装 置内的空气，以防爆炸 水浴加热 (2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已 略去)： 考点2　无机非金属材料 1. 传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料 (1)常见硅酸盐材料比较 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、 石英砂 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 掌握必备知识 筑牢应试根基 (2)玻璃生产中的两个重要反应 Na2CO3＋SiO2 ⁠； CaCO3＋SiO2 ⁠。 Na2SiO3＋CO2↑　 CaSiO3＋CO2↑　 2. 新型无机非金属材料 (1)硅和二氧化硅 是应用最广泛的半导体材料； ⁠用来生产光导纤维。 (2)新型陶瓷 高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 (3)碳纳米材料 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。 硅　 二氧化硅　 [正误判断] (1)无机非金属材料是指不含金属元素的材料。 (　×　) (2)碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作。 (　√　) (3)玻璃是一种晶体，有较高的熔点，水玻璃是一种特殊的玻璃。 (　×　) (4)压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。 (　√　) × √ × √ 命题方式1　无机非金属材料的常见类型 1. 现有如下几种常见的材料： ①玻璃 ②铝合金 ③水泥 ④陶瓷 ⑤砖瓦 ⑥石墨烯 ⑦碳纤维 其中 (1)不属于无机非金属材料的是 (填序号，下同)。 (2)属于硅酸盐产品的是 ⁠。 ②　 ①③④⑤　 (3)属于传统无机非金属材料的是 ⁠，属于新型无机非金属材 料的是 ⁠。 ①③④⑤　 ⑥⑦　 提升关键能力 应对命题方式 2. (2024·河北保定检测)保定悠久的历史孕育了丰富的文化艺术，下列民 间艺术品中主要材料不属于无机非金属材料的是(　B　) 选项 A B C D 民间艺术品 名称 石雕 苇编 泥塑 黑陶 B 石雕的主要成分是石灰石，为无机非金属材料，A不符合题意；苇编的 主要成分为纤维素，是有机材料不是无机非金属材料，B符合题意；泥 塑的主要成分为黏土，含有硅酸盐等物质，属于无机非金属材料，C不 符合题意；黑陶为陶瓷，属于无机非金属材料，D不符合题意。 命题方式2　无机非金属材料的结构与性质 3. 平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了在－20 ℃时能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg 的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法不正确的是 (　A　) A. 石墨烯是能导热的金属材料 B. 铝合金是密度较小的金属材料 C. 碳纤维是耐低温的无机非金属材料 D. 新型材料种类多、用途广 A 石墨烯是碳的一种单质，属于无机非金属材料，故A错误；铝合金的密 度较小，属于金属材料，故B正确；碳纤维属于无机非金属材料，结合 题意可知，其能耐低温，故C正确；人们依据生产、生活的需要研制出 很多种用途不同的新型材料，如功能新型材料、新的合金材料等，故D 正确。 4. 青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之 一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物 只有NO，下列说法不正确的是(　B　) A. 青石棉是一种硅酸盐产品 B. 青石棉中含有一定量的石英晶体 C. 青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D. 1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原 B 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠 等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；硅酸盐中 不含二氧化硅，所以青石棉中不含石英晶体；1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量的稀硝酸反应时，失去3 mol电子， 而还原产物只有NO，故能使1 mol HNO3被还原。 5. (2021·浙江1月选考)铝硅酸盐型分子筛中有许多笼状空穴和通道(如 图)，其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，化学组成可 表示为M a [(AlO2) x ·(SiO2) y ]·( z －2)H2O(M代表金属离子)。 下列推测不正确的是(　A　) A. 常采用水玻璃、偏铝酸钠在强酸溶液中反应后结晶制 得分子筛 B. 若 a ＝ ，则M为＋2价阳离子 C. 调节 (硅铝比)的值，可以改变分子筛骨架的热稳定性 D. 分子筛中的笼状空穴和通道，可用于筛分分子 A A项，题给分子筛的化学组成中含有Al ，在强酸性溶液中不可能存在 Al ，故A错误；B项，若 a ＝ ，设M的化合价为＋ n ，有(＋ n )× ＋ (－1)× x ＝0，解得 n ＝2，故B正确；C项，调节 的值，则形成的分子 筛中的硅氧四面体和铝氧四面体的比例发生改变，引起空穴及通道的数 量和大小发生变化，从而影响分子筛骨架的热稳定性，故C正确；D 项，调节硅铝比可以调节分子筛的孔径，根据分子筛孔径的大小可以筛 分不同大小的分子，故D正确。 　反思归纳：硅酸盐改写成氧化物形式的方法 (1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅 →水，不同氧化物间以“·”隔开。 (2)各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个 数比符合原来的组成。 (3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。 6. 氮化硅(Si3N4)是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质 稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮气在1 300 ℃的条件下反应制取 氮化硅。 (1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是 (填字母)。 A. 制汽轮机叶片 B. 制有色玻璃 C. 制永久性模具 D. 制陶瓷发动机 由Si3N4的硬度大、熔点高、化学性质稳定可知，Si3N4的用途符合A、 C、D项。 ACD　 (2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。 该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式为 ⁠ ⁠。 Si3N4＋12HF 3SiF4↑＋ 4NH3↑(或Si3N4＋16HF 3SiF4↑＋4NH4F) 1. (2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下： 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 下列说法错误的是(　B　) A. 制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2C Si＋2CO↑ B. 1 mol Si含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023 C. 原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 D. 生成SiHCl3的反应为熵减过程 B 探究真题 素养提升 石英砂(SiO2)和焦炭在高温下反应生成Si和CO，A正确；Si晶体中每个Si 原子与4个Si原子成键，平均1个Si原子形成2个Si—Si键，故1 mol Si含 Si—Si键的数目约为2×6.02×1023，B错误；SiHCl3易水解，若氢气中混 有氧气，可能会发生爆炸，故原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C 正确；Si＋3HCl SiHCl3＋H2为气体分子数减小的反应，为熵减过 程，D正确。 2. (2022·江苏卷)我国古代就掌握了青铜(铜－锡合金)的冶炼、加工技 术，制造出许多精美的青铜器；Pb、PbO2是铅蓄电池的电极材料，不同 铅化合物一般具有不同颜色，历史上曾广泛用作颜料，下列物质性质与 用途具有对应关系的是(　C　) A. 石墨能导电，可用作润滑剂 B. 单晶硅熔点高，可用作半导体材料 C. 青铜比纯铜熔点低、硬度大，古代用青铜铸剑 D. 含铅化合物颜色丰富，可用作电极材料 C 石墨是过渡型晶体，质软，可用作润滑剂，与石墨能导电无关，故A错 误；单晶硅可用作半导体材料与空穴可传递电子有关，与熔点高无关， 故B错误；青铜是铜合金，比纯铜熔点低、硬度大，易于锻造，古代用 青铜铸剑，故C正确；含铅化合物可在正极得到电子发生还原反应，所 以可用作电极材料，与含铅化合物颜色丰富无关，故D错误。 3. (2022·江苏卷)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的 是(　A　) A. 自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3 B. 侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl C. 工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3 D. 多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环” A 自然固氮是将N2转化为含氮化合物，不一定是转化为NH3，比如大 气固氮是将N2会转化为NO，A错误；侯氏制碱法以H2O、NH3、 CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl，反应的化学方程式为H2O ＋NH3＋CO2＋NaCl NaHCO3↓＋NH4Cl，B正确；工业上通过 NH3催化氧化等反应过程生产HNO3，相关的化学反应方程式为 4NH3＋5O2 4NO＋6H2O、2NO＋O2 2NO2、3NO2＋ H2O 2HNO3＋NO、4NO2＋O2＋2H2O 4HNO3，C正确；氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合 物间的转化形成了自然界的“氮循环”，D正确。 4. (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　) A. 传统陶瓷是典型的绝缘材料 B. 陶瓷主要成分为SiO2和MgO 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 A 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，不是SiO2和 MgO，B错误；陶瓷烧制的过程发生了复杂的化学反应，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，D错误。 5. (2017·全国Ⅱ卷)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定 水泥样品中钙含量的过程如图所示： 回答下列问题： (1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入 几滴硝酸。加入硝酸的目的是 ⁠，还可使用 ⁠代替硝酸。 将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2(或双氧水)　 水泥样品中含有铁的氧化物。加入盐酸后的溶液中可能含有Fe3＋、 Fe2＋，Fe2＋在pH＝4～5时不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化剂将Fe2＋氧化为Fe3＋，故加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋；双氧水是一种强氧化剂，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，本身被还原为水， 不会引入新的杂质离子，故可用双氧水代替硝酸。 (2)沉淀A的主要成分是 ⁠，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应， 该反应的化学方程式为 ⁠。 钙、铁、铝和镁等金属的氧化物都能溶于盐酸和硝酸的混合液，而二氧 化硅不与盐酸、硝酸反应，故沉淀A的主要成分为SiO2；二氧化硅可与 氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，该反应的化学方程式为SiO2＋4HF SiF4↑＋2H2O。 SiO2　 SiO2＋4HF SiF4↑＋2H2O (3)加氨水过程中加热的目的是 ⁠。 沉淀B的主要成分为 、 (填化学式)。 Fe3＋和Al3＋在pH＝4～5时可水解生成氢氧化铁、氢氧化铝，水解过程中 会生成氢氧化铁胶体和氢氧化铝胶体，不利于分离出沉淀，加热可使胶 体聚沉，有利于分离出沉淀。 防止胶体生成，易分离沉淀 Al(OH)3　 Fe(OH)3　 (4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草 酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为Mn ＋H＋＋H2C2O4 Mn2＋＋CO2＋H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 mol·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数 为 (保留一位小数)。 45.0％　 根据化合价升降法、电荷守恒和质量守恒配平可得2Mn ＋6H＋＋ 5H2C2O4 2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，设含钙的物质的量为 x mol，由 反应方程式和钙元素守恒可得关系式： 5Ca2＋～5H2C2O4～2Mn 5 mol 2 mol x mol 0.050 0 mol·L－1×36.00×10－3 L 解得 x ＝4.5×10－3，则0.400 g水泥样品中钙元素的质量为4.5×10－3 mol×40 g·mol－1＝0.180 g，故该水泥样品中钙的质量分数为 ×100％＝45.0％。 课时作业30　硅及其化合物　无机非金属材料 一、选择题 1. (2024·河北保定检测)东坡肉石(如图)是由碧石类矿物黄玉所雕，是清 代雕刻代表作之一，其主要成分为Al2SiO4(F，OH)2下列叙述错误的是 (　D　) A. 雕刻过程中只发生物理变化 B. 黄玉属于无机材料 C. 东坡肉石的主要成分含有的元素中只含短周期元素 D. 可经常用氢氟酸溶液清洗东坡肉石 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 雕刻过程中没有新物质生成，只发生物理变化，A正确；黄玉的主要成 分为Al2SiO4(F，OH)2，属于无机材料，B正确；东坡肉石的主要成分含 有的元素为Al、Si、O、F、H，都为短周期元素，C正确；黄玉的主要 成分为Al2SiO4(F，OH)2，可溶于氢氟酸，所以不能用氢氟酸溶液清洗东 坡肉石，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2. 下列所列各物质的用途不正确的是(　D　) A. 分子筛：吸附剂、催化剂 B. 硅胶：干燥剂、吸附剂、催化剂载体 C. 碳化硅：砂纸、砂轮 D. 硅酸：粘合剂、耐火材料 硅胶和分子筛均为疏松多孔物质，表面积大，可作为吸附剂以及催化剂 载体等，A、B项正确；碳化硅硬度大，可制作砂纸、砂轮等，C项正 确；硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂耐火材料，D项错误。 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 3. 化学与科技、生活密切相关。下列叙述正确的是(　D　) A. 泰国银饰和土耳其彩瓷是“一带一路”沿线国家的特色产品，其主要成 分均为金属材料 B. 从石墨中剥离出的石墨烯薄片能导电，因此石墨烯是电解质 C. 中国天眼FAST用到的高性能碳化硅是一种新型的有机高分子材料 D. 国产客机大规模使用先进的材料铝锂合金，该合金密度小，强度高 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 泰国银饰中的银为金属单质，属于金属材料，土耳其彩瓷的主要成分是 硅酸盐，属于无机非金属材料，故A项错误；电解质是指在水溶液里或 熔融状态下能够导电的化合物，而从石墨中剥离出的石墨烯薄片属于单 质，故B项错误；中国天眼FAST用到的碳化硅是一种新型的无机非金属 材料，故C项错误；铝锂合金的密度较小，且其强度较高，可以大规模 使用在国产客机上，故D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 4. 下列说法正确的是(　D　) A. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 B. 酸性氧化物都只能与碱反应，不能与任何酸发生反应 C. 工业上用焦炭和石英制取粗硅的化学方程式为SiO2＋C Si＋ CO2↑ D. 不能用SiO2与水反应来制取硅酸，不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使 其熔化 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 硅在常温下可与氢氟酸、氢氧化钠溶液反应，A项错误；SiO2能与氢氟 酸反应，B项错误；工业上用焦炭和石英制取粗硅的化学方程式为SiO2 ＋2C Si＋2CO↑，C项错误；二氧化硅不溶于水，也不与水反 应，故不能用SiO2与水反应来制取硅酸，在加热条件下，二氧化硅与氢 氧化钠、碳酸钠固体反应，故不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔 化，D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 5. “九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描 绘了我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品， 下列有关说法正确的是(　C　) A. 玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B. 制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C. 硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D. 沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；制普通硅酸盐水泥的原 料是黏土和石灰石，B项错误；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成 分是硅酸盐，D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 6. 下列关于CO2和SiO2性质的说法中，不正确的是(　B　) A. CO2与SiO2在物理性质上差别很大 B. SiO2不与CaCl2溶液反应，而CO2通入CaCl2溶液中可得到白色沉淀 C. CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应 D. CO2通入水玻璃中可以得到硅酸 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 二氧化碳为分子晶体，二氧化硅为共价晶体，二者结构不同，物理性质 差别很大，故A项正确；盐酸的酸性强于碳酸，二氧化碳与氯化钙溶液 不反应，故B项错误；CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反 应生成对应的盐和水，故C项正确；碳酸的酸性强于硅酸，硅酸钠的水 溶液俗称水玻璃，CO2通入水玻璃中可以得到硅酸，故D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 7. 新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学 研究的国际热点课题。其结构模型如图所示： 下列有关说法正确的是(　D　) D A. 石墨烯是一种新型化合物 B. 氧化石墨烯即石墨烯的氧化物 C. 二者和石墨都是碳的同素异形体 D. 氧化石墨烯具有一定的亲水性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的 氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中 含有的羟基和羧基为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 8. 科学家最近用金属钠还原CCl4和SiCl4制得一种一维SiC纳米棒，相关 反应的化学方程式为8Na＋CCl4＋SiCl4 SiC＋8NaCl。下列说法不 正确的是(　B　) A. SiC和SiO2中Si元素的化合价相同 B. 上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物 C. SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应 D. 一维SiC纳米棒比表面积大，对微小粒子有较强的吸附能力 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 SiC和SiO2中Si元素的化合价均为＋4价，A项正确；SiC是还原产 物，NaCl是氧化产物，B项错误；SiO2制备单质Si的反应需加入还 原剂，单质Si制备SiCl4的反应需加入氧化剂，C项正确；一维粒子 上下表面均能与其他物质接触，比表面积大，对微小粒子有较强的 吸附能力，D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 9. (2022·广东卷)陈述Ⅰ和Ⅱ均正确但不具有因果关系的是(　A　) 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 用焦炭和石英砂制取粗硅 SiO2可制作光导纤维 B 利用海水制取溴和镁单质 Br－可被氧化，Mg2＋可被还原 C 石油裂解气能使溴的CCl4溶液褪 色 石油裂解可得到乙烯等不饱和 烃 D FeCl3水解可生成Fe(OH)3胶体 FeCl3可用作净水剂 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 使用焦炭和石英砂可以制取粗硅，二氧化硅可制作光导纤维，两种说法 均正确，但二者无因果关系，A项符合题意；由于溴离子可被氧化，因 此可用氧化剂将溴离子氧化为溴单质；电解熔融的氯化镁，镁离子在阴 极得电子被还原可得到镁单质，B项不符合题意；石油裂解产生的乙烯 等不饱和烃可以与溴单质发生加成反应，使溴的四氯化碳溶液褪色，C 项不符合题意；氯化铁水解可生成氢氧化铁胶体，胶体可以吸附水中悬 浮的杂质，因此氯化铁可用作净水剂，D项不符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 10. (2024·河北石家庄检测)H2SO4－SiO2法生产多晶硅的流程如图。下列 说法错误的是(　A　) A. 上述流程说明SiO2可溶于H2SO4 B. 合成1反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1 C. 合成2的反应为SiF4＋NaAlH4 SiH4＋NaAlF4 D. “净化、热解SiH4”中生成的多晶硅为还原产物 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 SiO2不溶于H2SO4，故A错误；合成1中发生的反应为Na＋Al＋2H2 NaAlH4，Na、Al元素化合价升高，H2中H元素化合价降低，Na、Al是 还原剂，H2是氧化剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1，故B正 确；根据元素守恒，合成2的反应为SiF4＋NaAlH4 SiH4＋NaAlF4， 故C正确；净化、热解中Si元素化合价降低发生还原反应，生成的多晶 硅为还原产物，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 二、非选择题 11. 氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动 机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线 如图所示： 其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。 请回答下列问题： (1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示 其原因： ⁠。 SiO2＋2NaOH Na2SiO3＋H2O 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是 (填序号)。 反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生 氧化还原反应。 ①②　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为 ⁠。 氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒定律求得：3Si(NH2)4 Si3N4＋8NH3↑。 Si3N4　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅， B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反 应的化学方程式： ⁠。 结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。 3SiCl4＋2N2＋6H2 Si3N4＋12HCl 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 $$