5.3无机非金属材料-2024-2025学年高一化学知识清单（人教版2019必修第二册）

第三节 无机非金属材料 思维导图 考点清单 必备知识一 硅酸盐材料和硅酸 一、硅酸盐材料 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素（铁、钠等）结合而成的化合物的总称。 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，结构如右图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的四个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。 硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 二、传统硅酸盐材料 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如制作餐具的 陶瓷 、窗户上的 玻璃 、建筑用的 水泥 等。 1、陶瓷 陶瓷以 粘土 （主要成分为含水的铝硅酸盐）为原料，经高温烧结而成。 2、玻璃 普通玻璃的主要成分为 Na2SiO3 、 CaSiO3 、SiO2 ，它是以 纯碱 、 石灰石 和 石英砂 （主要成分为SiO2）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中烧熔，发生复杂的物理和化学变化。 涉及到的化学方程式： Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3 ＋CO2↑ CaCO3＋SiO2 CaSiO3 ＋CO2↑ 3、水泥 普通硅酸盐水泥的生产以 粘土 和 石灰石 为主要原料，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速度，再磨成细粉就能得到普通水泥。 三、硅酸钠（Na2SiO3） （1）物理性质 白色固体， 易 溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是无色粘稠状液体，是一种很好的粘合剂，所以盛放水玻璃的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。 （2）化学性质 硅酸盐有很强的热稳定性，耐高温。 Na2SiO3与比硅酸酸性强的酸反应，生成不溶于水的硅酸。 如：少量CO2通入Na2SiO3溶液中： Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3↓ + Na2CO3 过量CO2通入Na2SiO3溶液中： Na2SiO3 + 2CO2 + 2H2O = H2SiO3↓ + 2NaHCO3 四、硅酸（H2SiO3） 硅酸，难溶于水的 弱 酸，酸性比碳酸 弱 硅酸钠与CO2反应的化学方程式：Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3↓ + Na2CO3 硅酸不稳定，受热分解，化学方程式： H2SiO3SiO2 + H2O 可溶性硅酸盐与盐酸反应可制得硅酸： Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl 必备知识二 硅 一、硅元素在自然界中的存在 在地壳中，硅的含量在所有的元素中居第 二 位，仅次于氧。 硅原子最外层 4 个电子，既不易失电子，也不容易得电子，主要形成+4价的化合物；硅元素在元素周期表第 三 周期第 ⅣA 族，位于金属与非金属元素之间，其单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。在自然界中无游离态的硅，硅的化合物几乎全部是二氧化硅和硅酸盐，它们广泛存在于地壳的各种矿物和岩石中。 二、硅 1、硅单质的种类和结构 硅单质有无定形硅和硅晶体，硅单质结构与金刚石类似，都具有 正四面体形的空间网状结构。 2、硅的物理性质 硅单质是一种 灰黑 色，有金属光泽的固体，硬度 大 ，熔点高，质脆，常做半导体材料。 3、硅的化学性质 （1）常温下，硅与氢氟酸、氟气、强碱溶液反应。 硅与氢氟酸反应方程式： Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ 硅与氟气反应： Si+2F2=SiF4 硅与氢氧化钠溶液反应： Si+2NaOH+2H2O=Na2SiO3+2H2↑ （2）加热时，硅与氧气、碳等非金属反应 硅与氧气反应： Si+O2 SiO2 硅与碳反应： Si+ C SiC (碳化硅，俗称金刚砂） 4、硅的用途 硅是重要的半导体材料，主要用于制作半导体；主要应用于信息技术和新能源领域，制造计算机、通信设备和家用电器的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 探究点一 碳单质和硅单质性质比较 化学性质 碳 硅 与非金属单质反应 氧气充足时：C +O2CO2 氧气不足时：2C+O22CO Si+O2 SiO2 Si+ C SiC 与氧化物反应 3C+2Fe2O33CO2+4Fe Si+2FeO2Fe+ SiO2 与酸反应 C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O 只与氢氟酸反应： Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ 与水或强碱溶液反应 C+H2OCO+H2 与碱溶液不反应 Si+2NaOH+2H2O=Na2SiO3+2H2↑ 必备知识三 高纯硅的工业制备 1、工业制备方法 一般先制得粗硅，再以其为原料制备高纯硅。 2、涉及的主要化学反应 必备知识四 二氧化硅 1、存在及结构 二氧化硅在自然界中的存在形式有结晶形和无定形两种形态。结晶形有水晶、玛瑙等；无定形二氧化硅如硅藻土。 二氧化硅晶体的基本结构是以硅原子为中心，氧原子在四面体的四个顶角的正四面体 结构。每个硅原子结合4个氧原子，每个氧原子结合2个硅原子，实际上二氧化硅晶体有Si和O按 1:2 的比例所组成的立体网状结构的晶体。 SiO2可用于制造光导纤维和石英玻璃，还可做建筑材料。 2、SiO2的物理性质 二氧化硅硬度大，不溶于水，不导电。 3、SiO2的化学性质 二氧化硅很不活泼，通常情况下十分稳定，不与水、酸（除氢氟酸外）发生反应，耐高温、耐腐蚀。 （1）酸性氧化物 一定条件下，能与碱性氧化物或碱反应生成盐。 SiO2与氢氧化钠溶液反应化学方程式： SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2与氧化钙反应： SiO2+CaOCaSiO3 （2）高温条件下，可与碳酸钠、碳酸钙反应 Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3 ＋CO2↑ CaCO3＋SiO2 CaSiO3 ＋CO2↑ （3）弱氧化性，高温时可被碳还原：2C+SiO2 Si+2CO↑ 【特别提醒】该反应高温情况下发生，不能说明碳的还原性大于硅。 （4）SiO2的特性：与氢氟酸反应： SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O （可用于刻蚀玻璃） 探究点二 CO2和SiO2性质比较 性质 CO2 SiO2 化学性质 与水反应 CO2+H2OH2CO3 不反应 与酸反应 不反应 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 与NaOH反应 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 与CaO反应 CO2+CaO=CaCO3 SiO2+CaOCaSiO3 与某些盐反应 CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3 与硅酸钠溶液反应： Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3↓ + Na2CO3 Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3 ＋CO2↑ CaCO3＋SiO2 CaSiO3 ＋CO2↑ 与碳反应 CO2 +C2CO 2C+SiO2 Si+2CO↑ 必备知识五 新型无机非金属材料 硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等均为新型无机非金属材料。 新型陶瓷有多种，分别为金刚砂、高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等。在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。 碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药领域有着广阔的应用前景。 即时训练 1、下列说法正确的是（ ） ①构成岩石与许多矿物的基本元素是碳 ②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si周围结合4个O ③使用量最大的无机非金属材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品 ④硅胶多孔，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体 A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③ 答案：B【解析】①硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧化硅、硅酸盐等的形式存在，二氧化硅、硅酸盐等硅的化合物是构成岩石和许多矿物的主要成分，因此可以说硅是构成岩石与许多矿物的基本元素，①错误；②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si原子与4个O原子形成4个Si-O共价键；每个O原子与2个Si原子形成Si-O共价键，这种结构向空间扩展就形成了立体网状结构，其中含有的Si、O原子个数比是1：2，②正确；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品是使用量最大的传统无机非金属材料，③正确；④硅胶多孔，表面积大，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体，使反应物充分接触发生反应，④正确；综上所述可知：说法正确的是②③④，故合理选项是B。 2、“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，下列有关说法中正确的是（ ） 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、石灰石和石英砂 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 答案：C【解析】陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，不是玻璃，A错；水泥的原料是黏土和石灰石，纯碱、石灰石、石英是制造玻璃的原料，生成玻璃不需要黏土，B错；硅酸盐性质稳定，熔点较高，所以硅酸盐制品一般具有性质稳定、熔点较高的特点，C正确；沙子主要成分是二氧化硅，为氧化物，不是硅酸盐，D错。 3、下列说法不正确的是（ ） A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 B．普通玻璃以纯碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学变化制得 C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料 D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率 答案：B【解析】A项，陶瓷是以粘性较高、可塑性较强的黏土为主要原料，经高温烧结而成，正确；B项，生产普通的原料是玻璃以纯碱、石灰石和石英砂，发生化学变化制得，错误；C项，普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料，由硅酸盐水泥熟料、混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，正确；D项，向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率，正确。 4、下列关于SiO2的叙述正确的是（ ） ①SiO2能与水反应生成硅酸 ②SiO2对应的水化物是可溶性弱酸 ③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，SiO2和CO2的分子结构也相同 ④SiO2既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故SiO2是两性氧化物 ⑤SiO2中硅元素为+4价，故SiO2具有氧化性 ⑥在SiO2中，每个硅原子结合2个氧原子 A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤ 答案：D【解析】①SiO2不与水反应；②SiO2对应的水化物H2SiO3(弱酸)不溶于水；③SiO2晶体中不存在单个的SiO2分子，且每个硅原子与4个氧原子结合，而二氧化碳分子中1个碳原子与1个氧原子形成两条共价键，结构式为O=C=O，所以二者的分子结构不同；④二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有盐生成，与碱反应生成盐和水，所以二氧化硅属于酸性氧化物，不属于两性氧化物；⑤SiO2具有弱氧化性，如高温条件下被碳还原制取粗硅：SiO2+2CSi+2CO↑；⑥SiO2晶体中不存在单个的SiO2分子，且每个硅原子与4个氧原子结合；结合以上分析可知，不正确的有①②③④⑥，只有⑤正确；故选D。 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；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与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。 6、北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现 代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能 服饰、铝合金管材和光导纤维等等。有关说法中不正确的是（ ） A．石墨烯是一种电阻率低、热导率高的具有优异性能的新型材料 B．我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的主要成分是二氧化硅 C．制造手机芯片的关键材料是二氧化硅 D．富勒烯及“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料 答案：C【解析】石墨烯是单层二维蜂窝状结构碳单质，是具有优异的光学、电学、力学特性的新型材料，故A正确；光缆的主要成分是二氧化硅，故B正确；芯片的关键材料是单质硅，故C错误；富勒烯及石墨烯都是碳单质，是新型无机非金属材料，故D正确；选C。 7、化学知识与科技、生产、生活有密切的关系。下列叙述中错误的是（ ） A．“天宫二号”空间运行的动力源泉—太阳能电池帆板，其核心材料为晶体硅 B．“天问一号”火星车使用的保温材料——纳米气凝胶，具有丁达尔效应 C．三星堆二号祭祀坑出土商代的铜人铜像填补了我国考古学、青铜文化史上的诸多空白。青铜器的出土表明我国商代已经掌握冶炼铜技术 D．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅 答案：D【解析】A．宫二号使用的光伏太阳能电池的核心材料是半导体硅，天宫二号使用的光伏太阳能电池是将太阳能转化为电能，A正确；B．“天问一号”火星车使用的热控材料是新型保温材料-纳米气凝胶，属于胶体，能够产生丁达尔效应，B正确C．青铜器的主要成分是铜单质，商代的铜人铜像，说明此时我国已经掌握炼铜技术，C正确；D．单质硅是半导体材料，芯片中的半导体材料为单质硅，D错误；故选D。 8、下列关于日常现象与生活常识的解释中错误的是（ ） A．卤水点豆腐、伤口上涂抹氯化铁溶液止血均利用了胶体的聚沉原理 B．陶瓷、水泥、玻璃均为硅酸盐制品，属于无机非金属材料 C．铝合金不易发生锈蚀是因为铝在常温下不与空气中的氧气反应 D．一氧化碳难溶于水，在火炉边放一盆水无法防止一氧化碳中毒 答案：C【解析】豆浆，血液属于胶体，所以应具备胶体的性质，在遇到电解质溶液、加热、电性相反的电解质的时候都会聚沉，A正确；玻璃、陶瓷、水泥的主要成分是硅酸盐类，都属于传统的无机非金属材料，B正确；铝合金不易锈蚀是因为铝在常温下与氧气反应生成一层致密的氧化膜，阻止内部的铝与氧气继续反应，C错；一氧化碳不溶于水，水不能防一氧化碳中毒，D正确。 9、下列说法不正确的是（ ） A．二氧化碳密度比空气大，可做镁着火的灭火剂 B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料 C．光导纤维的主要成分是二氧化硅 D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O 答案：A【解析】二氧化碳能与镁发生反应，不能用作镁着火的灭火剂，A错误；硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，电子工业上用途广泛，B正确；光导纤维的主要成分是二氧化硅，晶体硅是重要的半导体材料，C正确；依据元素化合价代数和为0，分析硅酸盐用氧化物形式书写，青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，以氧化物形式科表示：Al2O3·2SiO2·2H2O，故D正确。 10、由粗SiO2 (含少量Fe2O3、Al2O3杂质)制备纯SiO2的流程如图所 示，下列说法错误的是（ ） A．X可用作木材防火剂 B．步骤Ⅱ中的主要反应是 C． SiO2是将太阳能转化为电能的常用材料 D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行 答案：C 11、下列说法不正确的是 (　) 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.生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱、石英砂 C.生产水泥的主要原料为黏土和石灰石 D.水泥、玻璃、陶瓷均为纯净物 答案：D　【解析】 传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料,A正确;石灰石、石英砂和纯碱是制备玻璃的主要原料,高温条件下,二氧化硅与碳酸钙反应生成硅酸钙和二氧化碳,与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳,B正确;水泥是常见的硅酸盐材料,制备水泥的主要原料为黏土和石灰石,C正确;水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品,它们均为混合物,D错误。 12、陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成与化学有着密切的关系。下列叙述错误的是(　) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定,具有耐腐蚀、抗氧化等优点 答案：A　【解析】 氧化铁是红棕色粉末,故瓷器的青色不可能来自氧化铁,A错误;陶瓷是以黏土为主要原料,经高温烧结而形成的硅酸盐产品,秦兵马俑是陶制品,B、C正确;陶瓷的主要成分是硅酸盐,其化学性质稳定,耐腐蚀、抗氧化,D正确。 13、下列有关普通玻璃的说法不正确的是 (　) A.玻璃可用于生产光学仪器和各种器皿 B.玻璃在加热熔化时有固定的熔点 C.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起 答案：B　【解析】 玻璃是混合物,没有固定的熔点,B错误;普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,C正确;二氧化硅易与碱液反应生成Na2SiO3,Na2SiO3溶液具有很强的黏合性,因此盛放NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不得使用玻璃塞,D正确。 14、 工业上采用Si与HCl在350 ℃左右反应生成SiHCl3,之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,且遇O2和H2O均剧烈反应。实验室制取少量SiHCl3的实验装置如图所示,则下列说法正确的是 (　) A.反应时,应该先点燃“粗硅”处的酒精灯 B.使用浓H2SO4和NaCl溶液混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的脱水性和强酸性 C.冰盐浴的目的为降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体 D.可以用无水CaCl2替换干燥管中的碱石灰 答案：C　【解析】 浓硫酸与氯化钠反应生成氯化氢,Si与HCl在350 ℃左右反应生成SiHCl3,SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,用冰盐浴冷却,碱石灰防止空气中的水进入装置中,同时吸收尾气HCl。反应时,应该先点燃“NaCl”处的酒精灯,利用产生的氯化氢赶走装置中空气,A错误;使用浓H2SO4和NaCl溶液混合加热制取HCl,利用了浓H2SO4的高沸点制取低沸点的氯化氢,B错误;SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,冰盐浴的目的为降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体,C正确;干燥管中的碱石灰,防止空气中的水进入装置中,同时吸收尾气HCl,氯化钙不能吸收氯化氢,故不可以用无水CaCl2替换,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三节 无机非金属材料 思维导图 考点清单 必备知识一 硅酸盐材料和硅酸 一、硅酸盐材料 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素（铁、钠等）结合而成的化合物的总称。 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，结构如右图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的四个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。 硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 二、传统硅酸盐材料 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如制作餐具的 、窗户上的 、建筑用的 等。 1、陶瓷 陶瓷以 （主要成分为含水的铝硅酸盐）为原料，经高温烧结而成。 2、玻璃 普通玻璃的主要成分为 、 、 ，它是以 、 和 （主要成分为SiO2）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中烧熔，发生复杂的物理和化学变化。 涉及到的化学方程式： 3、水泥 普通硅酸盐水泥的生产以 和 为主要原料，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速度，再磨成细粉就能得到普通水泥。 三、硅酸钠（Na2SiO3） （1）物理性质 白色固体， 溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是无色粘稠状液体，是一种很好的粘合剂，所以盛放水玻璃的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。 （2）化学性质 硅酸盐有很强的热稳定性，耐高温。 Na2SiO3与比硅酸酸性强的酸反应，生成不溶于水的硅酸。 如：少量CO2通入Na2SiO3溶液中： 过量CO2通入Na2SiO3溶液中： 四、硅酸（H2SiO3） 硅酸，难溶于水的 酸，酸性比碳酸 硅酸钠与CO2反应的化学方程式： 硅酸不稳定，受热分解，化学方程式： 可溶性硅酸盐与盐酸反应可制得硅酸： 必备知识二 硅 一、硅元素在自然界中的存在 在地壳中，硅的含量在所有的元素中居第 位，仅次于氧。 硅原子最外层 个电子，既不易失电子，也不容易得电子，主要形成+4价的化合物；硅元素在元素周期表第 周期第 族，位于金属与非金属元素之间，其单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。在自然界中无游离态的硅，硅的化合物几乎全部是二氧化硅和硅酸盐，它们广泛存在于地壳的各种矿物和岩石中。 二、硅 1、硅单质的种类和结构 硅单质有无定形硅和硅晶体，硅单质结构与金刚石类似，都具有 形的空间网状结构。 2、硅的物理性质 硅单质是一种 色，有金属光泽的固体，硬度 ，熔点高，质脆，常做半导体材料。 3、硅的化学性质 （1）常温下，硅与氢氟酸、氟气、强碱溶液反应。 硅与氢氟酸反应方程式： 硅与氟气反应： 硅与氢氧化钠溶液反应： （2）加热时，硅与氧气、碳等非金属反应 硅与氧气反应： 硅与碳反应： 4、硅的用途 硅是重要的半导体材料，主要用于制作半导体；主要应用于信息技术和新能源领域，制造计算机、通信设备和家用电器的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 探究点一 碳单质和硅单质性质比较 化学性质 碳 硅 与非金属单质反应 氧气充足时： 氧气不足时： Si+O2 SiO2 Si+ C SiC 与氧化物反应 3C+2Fe2O33CO2+4Fe Si+2FeO2Fe+ SiO2 与酸反应 C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O 只与氢氟酸反应： 与水或强碱溶液反应 C+H2OCO+H2 与碱溶液不反应 必备知识三 高纯硅的工业制备 1、工业制备方法 一般先制得粗硅，再以其为原料制备高纯硅。 2、涉及的主要化学反应 必备知识四 二氧化硅 1、存在及结构 二氧化硅在自然界中的存在形式有结晶形和无定形两种形态。结晶形有水晶、玛瑙等；无定形二氧化硅如硅藻土。 二氧化硅晶体的基本结构是以硅原子为中心，氧原子在四面体的四个顶角的 结构。每个硅原子结合4个氧原子，每个氧原子结合2个硅原子，实际上二氧化硅晶体有Si和O按 的比例所组成的立体网状结构的晶体。 SiO2可用于制造光导纤维和石英玻璃，还可做建筑材料。 2、SiO2的物理性质 二氧化硅硬度大，不溶于水，不导电。 3、SiO2的化学性质 二氧化硅很不活泼，通常情况下十分稳定，不与水、酸（除氢氟酸外）发生反应，耐高温、耐腐蚀。 （1）酸性氧化物 一定条件下，能与碱性氧化物或碱反应生成盐。 SiO2与氢氧化钠溶液反应化学方程式： SiO2与氧化钙反应： （2）高温条件下，可与碳酸钠、碳酸钙反应 （3）弱氧化性，高温时可被碳还原： 【特别提醒】该反应高温情况下发生，不能说明碳的还原性大于硅。 （4）SiO2的特性：与氢氟酸反应： 探究点二 CO2和SiO2性质比较 性质 CO2 SiO2 化学性质 与水反应 不反应 与酸反应 不反应 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 与NaOH反应 与CaO反应 与某些盐反应 与硅酸钠溶液反应： Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3 ＋CO2↑ CaCO3＋SiO2 CaSiO3 ＋CO2↑ 与碳反应 必备知识五 新型无机非金属材料 硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等均为新型无机非金属材料。 新型陶瓷有多种，分别为金刚砂、高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等。在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。 碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药领域有着广阔的应用前景。 即时训练 1、下列说法正确的是（ ） ①构成岩石与许多矿物的基本元素是碳 ②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si周围结合4个O ③使用量最大的无机非金属材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品 ④硅胶多孔，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体 A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③ 2、“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，下列有关说法中正确的是（ ） 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、石灰石和石英砂 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 3、下列说法不正确的是（ ） A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 B．普通玻璃以纯碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学变化制得 C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料 D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率 4、下列关于SiO2的叙述正确的是（ ） ①SiO2能与水反应生成硅酸 ②SiO2对应的水化物是可溶性弱酸 ③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，SiO2和CO2的分子结构也相同 ④SiO2既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故SiO2是两性氧化物 ⑤SiO2中硅元素为+4价，故SiO2具有氧化性 ⑥在SiO2中，每个硅原子结合2个氧原子 A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤ 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 6、北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现 代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能 服饰、铝合金管材和光导纤维等等。有关说法中不正确的是（ ） A．石墨烯是一种电阻率低、热导率高的具有优异性能的新型材料 B．我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的主要成分是二氧化硅 C．制造手机芯片的关键材料是二氧化硅 D．富勒烯及“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料 7、化学知识与科技、生产、生活有密切的关系。下列叙述中错误的是（ ） A．“天宫二号”空间运行的动力源泉—太阳能电池帆板，其核心材料为晶体硅 B．“天问一号”火星车使用的保温材料——纳米气凝胶，具有丁达尔效应 C．三星堆二号祭祀坑出土商代的铜人铜像填补了我国考古学、青铜文化史上的诸多空白。青铜器的出土表明我国商代已经掌握冶炼铜技术 D．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅 8、下列关于日常现象与生活常识的解释中错误的是（ ） A．卤水点豆腐、伤口上涂抹氯化铁溶液止血均利用了胶体的聚沉原理 B．陶瓷、水泥、玻璃均为硅酸盐制品，属于无机非金属材料 C．铝合金不易发生锈蚀是因为铝在常温下不与空气中的氧气反应 D．一氧化碳难溶于水，在火炉边放一盆水无法防止一氧化碳中毒 9、下列说法不正确的是（ ） A．二氧化碳密度比空气大，可做镁着火的灭火剂 B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料 C．光导纤维的主要成分是二氧化硅 D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O 10、由粗SiO2 (含少量Fe2O3、Al2O3杂质)制备纯SiO2的流程如图所 示，下列说法错误的是（ ） A．X可用作木材防火剂 B．步骤Ⅱ中的主要反应是 C． SiO2是将太阳能转化为电能的常用材料 D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行 11、下列说法不正确的是 (　) 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.生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱、石英砂 C.生产水泥的主要原料为黏土和石灰石 D.水泥、玻璃、陶瓷均为纯净物 12、陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成与化学有着密切的关系。下列叙述错误的是(　) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定,具有耐腐蚀、抗氧化等优点 13、下列有关普通玻璃的说法不正确的是 (　) A.玻璃可用于生产光学仪器和各种器皿 B.玻璃在加热熔化时有固定的熔点 C.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起 14、工业上采用Si与HCl在350 ℃左右反应生成SiHCl3,之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,且遇O2和H2O均剧烈反应。实验室制取少量SiHCl3的实验装置如图所示,则下列说法正确的是 (　) A.反应时,应该先点燃“粗硅”处的酒精灯 B.使用浓H2SO4和NaCl溶液混合加热制取HCl利用了浓H2SO4的脱水性和强酸性 C.冰盐浴的目的为降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体 D.可以用无水CaCl2替换干燥管中的碱石灰 学科网（北京）股份有限公司 $$