5.3 无机非金属材料 讲义 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 无机非金属材料 ( 钠及其化合物 ) 一、硅酸盐材料 1．无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。 2． 常见的硅酸盐材料 项目 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料 黏土 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) 主要原料：石灰石、黏土 辅料：适量的石膏 设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 主要成分 含水的铝硅酸盐 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) — 性能 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 透光性好、硬度大、无固定熔点 遇水逐渐变硬(水硬性)，硬化后性质稳定 用途 用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维等 大量用于建筑和水利工程 【特别提醒】 1.普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化 学变化而制得（Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑） 2.在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(结构如图所示)：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。 【课堂小练1】 1．(2023·日照高一月考)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色瓷的诗句，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、耐高温 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 2．玻璃、水泥、陶瓷和砖瓦都是传统硅酸盐产品，下列关于它们的说法不正确的是 A．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙 B．黑砖中的铁元素主要以氧化铁形式存在 C．《陶者》“陶尽门前土，屋上无片瓦。十指不沾泥，粼粼居大厦。”黏土烧制陶器的过程中发生了化学变化 D．工艺师用氢氟酸来腐蚀雕刻玻璃制品 二、硅及其化合物 1．硅 (1)硅的性质 硅元素位于元素周期表第三周期、第ⅣA族，处于金属与非金属的过渡位置。其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最广泛的半导体材料。 化学性质 常温 ①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4 ②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 高温 ①与O2反应：Si＋O2SiO2 ②与Cl2反应：Si＋2Cl2SiCl4 ③与C反应：Si＋CSiC (2)硅的制取 单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段 ①用碳还原二氧化硅制备粗硅 SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ ②将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅 Si(粗)＋2Cl2SiCl4， SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 【特别提醒】 ①粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2 ②粗硅中含碳等杂质，与氯气反应生成的SiCl4中也含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度的硅 工业制备高纯硅的原理 工业制备高纯硅的原理示意图 涉及的主要化学反应 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋3HClSiHCl3＋H2 ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl 2．二氧化硅 物理性质 SiO2不溶于水，熔点高，硬度大 结构特点 SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。在SiO2晶体中，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合，SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。 化学性质 用途 ①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品。 ②SiO2是制光导纤维的重要原料。 ③较纯的石英用于制造石英玻璃，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。 ④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料。 【特别提醒】 ①由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。 ②未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。 ③因为氢氟酸腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中。 ④SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 ⑤不能依据反应2C＋SiO2Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。此类反应能进行的原因是因为在高温条件下，生成物中的气体从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。 ⑥SiO2虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。 ⑦不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。 ⑧加热熔融NaOH时，不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚，原因是陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。 3．硅酸(H2SiO3)的性质 (1)硅酸的物理性质： 硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。新制备的硅酸为透明、胶冻状，硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”。 (2)硅酸的化学性质： （1）弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。如：H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。 （2）不稳定性：硅酸的热稳定性很差，受热分解为SiO2和H2O：H2SiO3SiO2＋H2O。 (3)硅酸的制备： 由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。 Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl，Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（证明酸性：H2CO3＞H2SiO3）。 (4)硅酸的用途：硅胶可作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品的干燥剂。 【课堂小练2】 3．下列叙述正确的是 ①高温下用焦炭还原制取粗硅 ②与酸、碱均不反应 ③二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 ④是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应 ⑤与化学式相似，物理性质也相同 A．①②③ B．②③ C．①④ D．①②③④⑤ 4．下列有关硅及其化合物的说法正确的是 A．工业上用焦炭还原石英砂制得粗硅： B．特殊的硅氧四面体结构不仅存在于晶体中，而且存在于硅酸盐矿石中 C．实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用玻璃塞，以免发生黏连 D．因为高温时与反应放出，所以酸性比强 5．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是 A．硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中 C．二氧化硅能与氢氧化钠、氢氟酸反应，是两性氧化物 D．在粗硅的制取中会发生反应，硅元素被还原，所以碳的还原性比硅的还原性强 6．如图所示是由石英砂(主要成分为二氧化硅)制备高纯硅的工艺流程示意图。 下列说法错误的是 A．步骤①中反应的化学方程式： B．石英砂的主要成分二氧化硅可分别与氢氧化钠溶液、氢氟酸反应，故它属于两性氧化物 C．由粗硅制备高纯硅的过程中，循环使用的物质主要有和 D．若混合物分离后，得到的物质的量之比为，则理论上需要额外补充 7．芯片主要由单晶硅构成，如图是硅及其化合物的“价—类”二维图，根据要求完成下列化学(或离子)方程式。 (1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为___________________________________。 (2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为_____________________________________________。 (3)硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为_____________________________________。 (4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为_________________________________________。 (5)石英与石灰石在玻璃熔炉里加强热发生反应的化学方程式为_________________________。 三、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。 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳化硅(SiC) 硬度大、耐高温、抗氧化 砂纸和砂轮的磨料、耐高温半导体材料等 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 火箭和汽车发动机、高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能与电能的相互转化 滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好 高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 — 某一临界温度下具有超导性 可用于电力、交通、医疗等领域 2.碳纳米材料 碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，广泛应用于能源、信息、医药等领域。 新型材料 结构 性能 用途 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60 — 制碳纳米材料 碳纳米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池、复合材料等 【课堂小练3】 8．(2023·云南红河高一期中)现代社会的发展与进步离不开材料，下列说法错误的是(　　) A．碳化硅是一种新型陶瓷材料，具有耐高温、耐磨的特点 B．晶体硅是一种半导体材料，常用于制造光导纤维 C．制普通玻璃的原料主要成分是纯碱、石灰石和石英砂 D．石墨烯是一种新型无机非金属材料，具有高电导率的特点 9．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4 B．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池 C．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料 10．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 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克服了传统无机非金属材料的许多缺点 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都是硅酸盐 【课时对点练习】 题组一　传统无机非金属材料 1．下列说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品 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晶体硅 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 2．随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系。下列物质中不属于硅酸盐材料的是(　　) A．水泥 B．普通玻璃 C．石墨烯 D．陶瓷 3．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　) 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，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 4．(2023·辽宁大连高一期中)2021年，中国航天不断创造奇迹，“天问一号”着陆火星，“嫦娥五号”采回月壤，腾飞的中国离不开化学，化学与环境、材料、信息、能源关系密切，推动着人类社会的进步和发展。下列说法不正确的是(　　) A．“天问一号”所用的太阳能电池帆板，其主要材料是硅 B．中国空间站使用石墨烯存储器，所用材料石墨烯属于无机非金属材料 C．SO2可用来漂白纸浆，也能作食品添加剂 D．5G技术中使用的通信光缆不与任何酸碱反应 题组二　新型无机非金属材料 5．(2023·济南高一期末)我国火星探测器“天问一号”上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是(　　) A．SiC是一种新型硅酸盐材料 B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构 C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接 D．SiC具有优异的耐高温抗氧化性能 6．碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2～20 nm的中空管状结构。下列说法不正确的是(　　) A．碳纳米管是一种胶体 B．石墨烯卷成管状结构发生了化学变化 C．石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 D．根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体 7．氮化硅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在1 300 ℃条件下反应制得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途不可能是(　　) A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造轴承 题组三　硅及其化合物 8．光缆的主要成分为SiO2。碳和硅均为第IVA族的元素，二者性质既有一定的相似性又有一定的递变性。下列关于SiO2和CO2的说法中，正确的是 A．与都能跟反应生成相应的酸 B．与都不能与酸反应 C．与(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应 D．水晶的主要成分是SiC 9．下列叙述正确的是 A．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物 B．因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强 C．CO2和SiO2都能与C反应 D．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似 10．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是　(　　) A．CO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应 B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 C．二氧化硅可用来制作干燥剂，因二氧化硅可与水反应 D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的 11．硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 A．二氧化硅能与氢氟酸反应，则二氧化硅可以与盐酸反应 B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C．反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑中，Si为氧化剂 D．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 12．目前，中国在5G技术领域发展得越来越好，5G芯片的主要材质是高纯度硅。已知用硝酸与氢氟酸的混合液作制作芯片的刻蚀液，发生的反应为 (反应未配平)。下列有关叙述错误的是 A．硅是应用最为广泛的半导体材料 B．该反应中还原性： C．该反应中作氧化剂，发生氧化反应 D．该反应转移电子时，生成 13．由粗SiO2 (含少量Fe2O3杂质)制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法错误的是 A．SiO2是酸性氧化物，因此不和任何酸反应 B．步骤Ⅱ中的主要反应是 C．X可用作木材防火剂 D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行 题组四　高纯硅的制取 14．制备高纯硅的装置如图所示(加热及夹持装置已省略)，利用与过量在1000～1200℃反应(沸点为31.8℃，遇水会剧烈反应)。下列说法正确的是 A．实验开始时先加热装置Ⅳ中的石英管，再打开装置Ⅰ中的活塞 B．工业生产中获得的中含有少量的(沸点57.6℃)，通过蒸馏可提纯 C．装置将Ⅰ中稀硫酸改用浓硫酸，会使反应速率加快 D．装置Ⅳ的反应：，产生的HCl可直接通入NaOH溶液中 15．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。从石英砂(主要成分为)制取高纯硅涉及的主要反应流程如下： 下列说法不正确的是 A．制备粗硅的反应方程式为 B．反应①②③均为氧化还原反应 C．流程中和可以循环利用 D．反应②与反应③互为可逆反应 16．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地亮质量的90%以上。 （1）是玻璃的主要成分之一，与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为 ，工艺师常用 (填化学式)溶液来雕刻玻璃。 （2）可通过与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是___________。 A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 （3）工业生产粗硅的反应有：SiO2+2CSi(粗)+2CO↑，SiO2+3CSiC+2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1：1，则参加反应的C和SiO2的质量之比为 。 （4）工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅： ①若反应I为 Si(粗)+3HClSiHCl3+H2，则反应II的化学方程式为 。 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式： 。 17．某实验小组设计了如图装置探究焦炭还原二氧化硅。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是__________________________________________。 (2)装置B的作用是_______________________________________________________________。 (3)装置C、D中所盛试剂分别为______________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为____________________。 (4)该装置的缺点是_______________________________________________________________。 (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_____________________________________________。 18．摩擦剂是牙膏的主体成分，SiO2是一种常见的摩擦剂。 （1）Si在元素周期表中的位置是 。 （2）根据用途推测SiO2在水中的溶解性： (填“易溶”或“难溶”)。 （3）制备SiO2的方法如下： ①写出反应I的离子方程式 。 ②比较酸性强弱：H2SO4 H2SiO3(填“＞”或“＜”)。 （4）为满足不同需求，牙膏中还会添加一些特殊物质，如含氟牙膏中添加氟化亚锡(SnF2)。锡的原子结构示意图如图。下列说法正确的是 (填序号)。 a．Sn元素的最高正化合价为+4 b．Sn的原子半径比Si大 c．Sn和Si均可以作半导体材料 （5）关于硅及其相关化合物的叙述正确的是 (填字母)。 A．自然界中存在天然游离的硅单质 B．已知C与的最高正价都是正四价，由于，用类比法得知， C．硅元素在金属与非金属的分界线处，因此具有弱导电性，一般可用于作为半导体材料 D．既能和溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 19．硅藻土由无定形的SiO2组成，含有少量Fe2O3、Al2O3及有机物等杂质。工业上按如图流程用硅藻土制备纳米二氧化硅。 (1)煅烧硅藻土的目的是________________。 (2)在加热条件下加入烧碱时主要反应的化学方程式为_________________________________。 (3)加入过量硫酸后生成胶体的化学方程式为_________________。 (4)工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为_________________ _______________________________________________________________________________。 (5)许多人喜欢佩戴玉石饰品，玉石的主要成分基本都属于硅酸盐，例如和田玉(Ca2Mg5H2Si8O24)可表示为复杂氧化物形式2CaO·5MgO·8SiO2·H2O，则南阳玉(CaAl2Si2O8)表示为复杂氧化物形式是__________________。 【参考答案】 【课堂小练1】 1．(2023·日照高一月考)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色瓷的诗句，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、耐高温 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制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C项正确；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．玻璃、水泥、陶瓷和砖瓦都是传统硅酸盐产品，下列关于它们的说法不正确的是 A．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙 B．黑砖中的铁元素主要以氧化铁形式存在 C．《陶者》“陶尽门前土，屋上无片瓦。十指不沾泥，粼粼居大厦。”黏土烧制陶器的过程中发生了化学变化 D．工艺师用氢氟酸来腐蚀雕刻玻璃制品 【答案】B 【解析】A．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙，故A正确；B．氧化亚铁和四氧化三铁呈黑色，氧化铁呈红色，所以黑砖中铁元素主要以氧化亚铁或四氧化三铁形式存在，故B错误；C．黏土烧制陶器的过程中有新物质生成，发生了化学变化，故C正确；D．SiO2是玻璃的主要成分之一，二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，所以可以用氢氟酸雕刻玻璃制品，故D正确；故答案为B。 【课堂小练2】 3．下列叙述正确的是 ①高温下用焦炭还原制取粗硅 ②与酸、碱均不反应 ③二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 ④是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应 ⑤与化学式相似，物理性质也相同 A．①②③ B．②③ C．①④ D．①②③④⑤ 【答案】C 【解析】①高温条件下，焦炭与反应生成粗硅和CO，故正确；②与氢氟酸、强碱NaOH能反应，故错误；③二氧化硅能与氢氟酸反应，故错误；④是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，故正确；⑤常温下，是气体能溶于水，是固体难溶于水，物理性质不同，故错误；故选：C。 4．下列有关硅及其化合物的说法正确的是 A．工业上用焦炭还原石英砂制得粗硅： B．特殊的硅氧四面体结构不仅存在于晶体中，而且存在于硅酸盐矿石中 C．实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用玻璃塞，以免发生黏连 D．因为高温时与反应放出，所以酸性比强 【答案】B 【解析】A．工业上用焦炭还原石英砂制得粗硅：，故A错误；B．晶体中Si与O通过共价键连接成四面体结构的空间网状结构，硅酸盐中也存在Si与O构成的四面体结构，故B正确；C．实验室盛放碱溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞玻璃，玻璃塞中有二氧化硅，二氧化硅可以与碱液反应生成硅酸盐，故C错误；D．酸性强弱的比较只有在没有外界条件干扰化学反应时才能比较，与反应放出反应条件为高温干扰化学反应，所以不能说明硅酸酸性比碳酸酸性强，一般在溶液中强酸可制得弱酸，即硅酸钠溶液中通入CO2，制得硅酸说明碳酸酸性强于硅酸，故D错误；故选B； 5．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是 A．硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中 C．二氧化硅能与氢氧化钠、氢氟酸反应，是两性氧化物 D．在粗硅的制取中会发生反应，硅元素被还原，所以碳的还原性比硅的还原性强 【答案】A 【解析】A．硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，A正确；B．硅酸钠属于盐，溶液显碱性，所以硅酸钠溶液不可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中，应该用橡胶塞，B错误；C．二氧化硅能与氢氧化钠、氢氟酸反应，但属于酸性氧化物，C错误；D．Si的还原性比C的强，反应在高温下进行，且产物中有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，D错误；故选A。 6．如图所示是由石英砂(主要成分为二氧化硅)制备高纯硅的工艺流程示意图。 下列说法错误的是 A．步骤①中反应的化学方程式： B．石英砂的主要成分二氧化硅可分别与氢氧化钠溶液、氢氟酸反应，故它属于两性氧化物 C．由粗硅制备高纯硅的过程中，循环使用的物质主要有和 D．若混合物分离后，得到的物质的量之比为，则理论上需要额外补充 【答案】B 【分析】石英砂中主要成分为SiO2，与碳在高温下反应生成粗硅，，粗硅与HCl在300℃以上反应生成SiHCl3，SiHCl3中含有少量氢气以及SiCl4，SiCl4可被氢气还原为SiHCl3，纯SiHCl3在高温的条件下与H2反应生成纯Si，SiHCl3+H2Si+3HCl，据此回答。 【解析】A．根据分析，步骤①中反应的化学方程式为，故A正确；B．二氧化硅只能与氢氟酸反应，且生成物不是盐，而二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，其属于酸性氧化物，故B错误；C．结合反应过程，和可循环使用，故C正确；D．根据SiCl4+H2SiHCl3+HCl，SiHCl3+H2Si+3HCl，1molSiCl4和1molSiHCl3 完全转化为Si共需要 3molH2，现有 SiCl4、SiHCl3、H2 的物质的量之比为1：1：1，则理论上需要额外补充 H2，故D正确；故选B。 7．芯片主要由单晶硅构成，如图是硅及其化合物的“价—类”二维图，根据要求完成下列化学(或离子)方程式。 (1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为___________________________________。 (2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为_____________________________________________。 (3)硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为_____________________________________。 (4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为_________________________________________。 (5)石英与石灰石在玻璃熔炉里加强热发生反应的化学方程式为_________________________。 答案　(1)2C＋SiO22CO↑＋Si　(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　(3)SiO＋2H＋===H2SiO3↓　(4)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(5)CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 【课堂小练3】 8．(2023·云南红河高一期中)现代社会的发展与进步离不开材料，下列说法错误的是(　　) A．碳化硅是一种新型陶瓷材料，具有耐高温、耐磨的特点 B．晶体硅是一种半导体材料，常用于制造光导纤维 C．制普通玻璃的原料主要成分是纯碱、石灰石和石英砂 D．石墨烯是一种新型无机非金属材料，具有高电导率的特点 答案　B 解析　碳化硅(SiC)是一种新型无机非金属材料，熔点高、硬度大，具有耐高温、耐磨的特点，A正确；晶体硅是一种半导体材料，常用于制造芯片，二氧化硅用于制作光导纤维，B错误；制普通玻璃的原料主要成分是纯碱、石灰石和石英砂，普通玻璃的成分为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，C正确；石墨烯是一种新型无机非金属材料，导电性强，具有高电导率的特点，D正确。 9．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4 B．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池 C．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料 【答案】B 【解析】A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4，A正确；B．利用硅的半导体性能，可以制成太阳能电池，B错误；C．碳化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，C正确；D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料，D正确；故答案选B。 10．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 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克服了传统无机非金属材料的许多缺点 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都是硅酸盐 【答案】D 【解析】A. 硅酸盐材料是传统的无机非金属材料，主要包括：玻璃、水泥、陶瓷，故A正确；B. 新型无机非金属材料不但克服了传统的无机非金属材料的缺点，而且同时还具有了如能承受高温、强度较高，故B正确；C. 高温结构材料属于新型的无机非金属材料，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；D. 新型无机非金属材料如高温结构陶瓷(Si3N4陶瓷、SiC陶瓷)的主要成分不是硅酸盐，只有传统无机非金属材料才是硅酸盐，故D错误；故答案选：D。 【课时对点练习】 题组一　传统无机非金属材料 1．下列说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品 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晶体硅 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】C 【解析】A．陶瓷、玻璃、水泥等都是传统的硅酸盐产品，A正确；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，B正确；C．二氧化硅能传递光信号，因此光导纤维的主要成分是二氧化硅，晶体硅常用作半导体材料，C错误；D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，根据原子守恒可知若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，D正确；答案选C。 2．随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系。下列物质中不属于硅酸盐材料的是(　　) A．水泥 B．普通玻璃 C．石墨烯 D．陶瓷 答案　C 解析　水泥是以石灰石和黏土为原料，再与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，经过复杂的变化得到的，属于传统的硅酸盐材料，故A不符合题意；普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经过复杂的物理和化学变化得到的以硅酸钙、硅酸钠和二氧化硅为主要成分的传统的硅酸盐材料，故B不符合题意；石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，属于新型无机非金属材料，故C符合题意；陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成的，属于传统的硅酸盐材料，故D不符合题意。 3．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　) 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，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 答案　A 解析　“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，A项错误；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素处于最高价态，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。 4．(2023·辽宁大连高一期中)2021年，中国航天不断创造奇迹，“天问一号”着陆火星，“嫦娥五号”采回月壤，腾飞的中国离不开化学，化学与环境、材料、信息、能源关系密切，推动着人类社会的进步和发展。下列说法不正确的是(　　) A．“天问一号”所用的太阳能电池帆板，其主要材料是硅 B．中国空间站使用石墨烯存储器，所用材料石墨烯属于无机非金属材料 C．SO2可用来漂白纸浆，也能作食品添加剂 D．5G技术中使用的通信光缆不与任何酸碱反应 答案　D 解析　SO2虽然有毒，但食品中添加适量的二氧化硫可以起到防腐、抗氧化等作用，在一定范围内可以用作食品添加剂，C正确；光缆主要成分为二氧化硅，常温下，二氧化硅与氢氟酸、氢氧化钠反应，D错误。 题组二　新型无机非金属材料 5．(2023·济南高一期末)我国火星探测器“天问一号”上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是(　　) A．SiC是一种新型硅酸盐材料 B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构 C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接 D．SiC具有优异的耐高温抗氧化性能 答案　A 解析　SiC属于新型陶瓷，不属于硅酸盐材料，A错误；碳化硅俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构，熔、沸点高，硬度大，可用于制造耐高温、抗氧化的新型陶瓷，B、D正确；SiC属于共价化合物，碳原子和硅原子通过共价键连接，C正确。 6．碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2～20 nm的中空管状结构。下列说法不正确的是(　　) A．碳纳米管是一种胶体 B．石墨烯卷成管状结构发生了化学变化 C．石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 D．根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体 答案　A 解析　胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是胶体，A错误；石墨烯卷成管状结构变为碳纳米管发生了化学变化，B正确；石墨烯和碳纳米管是碳元素的两种不同的单质，两者互为同素异形体，C正确；碳纳米管有较大的表面积，可以用作催化剂的载体，D正确。 7．氮化硅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在1 300 ℃条件下反应制得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途不可能是(　　) A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造轴承 【答案】B 【解析】氮化硅是一种高温结构陶瓷，属于新型无机非金属材料，由于氮化硅硬度大、熔点高、化学性质稳定，则强度高、耐磨、耐腐蚀，故可以制汽轮机叶片、轴承，制造永久性模具等，不涉及到有色玻璃，答案选B。 题组三　硅及其化合物 8．光缆的主要成分为SiO2。碳和硅均为第IVA族的元素，二者性质既有一定的相似性又有一定的递变性。下列关于SiO2和CO2的说法中，正确的是 A．与都能跟反应生成相应的酸 B．与都不能与酸反应 C．与(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应 D．水晶的主要成分是SiC 【答案】C 【解析】A．+H2OH2CO3，但跟不反应，A错误；B．+4HF=SiF4↑+2H2O，不能与酸反应，B错误；C．与(干冰)都是酸性氧化物，都能够与氢氧化钠溶液反应，方程式为：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，CiO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，C正确；D．水晶的主要成分是SiO2，SiC是金刚砂的主要成分，D错误；故答案为：C。 9．下列叙述正确的是 A．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物 B．因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强 C．CO2和SiO2都能与C反应 D．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似 【答案】C 【解析】A．SiO2能和NaOH溶液反应，只能和氢氟酸反应，SiO2属于酸性氧化物，A错误；B．反应Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑不是在水溶液中进行的，不能据此说明硅酸的酸性比碳酸强，故B错误；C．CO2和SiO2都能与碳反应，反应中碳是还原剂，CO2和SiO2都作氧化剂，故C正确；D．CO2和SiO2都是酸性氧化物，两者物理性质相差较大，故D错误；答案选C。 10．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是　(　　) A．CO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应 B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 C．二氧化硅可用来制作干燥剂，因二氧化硅可与水反应 D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的 【答案】A 【解析】A、CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与碱及碱性氧化物反应，故A正确；B、SiO2不溶于水，也不能和水反应生成硅酸，B不正确；C、硅酸在一定条件下可制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，但SiO2不与水反应，C不正确；D、CO2是由分子构成的，SiO2是由硅、氧原子直接构成的，故D不正确；答案选A。 11．硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 A．二氧化硅能与氢氟酸反应，则二氧化硅可以与盐酸反应 B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C．反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑中，Si为氧化剂 D．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 【答案】D 【解析】A．二氧化硅能与氢氟酸反应生成SiF4和H2O，但二氧化硅是酸性氧化物，只能与氢氟酸反应，不能与盐酸反应，A错误；B．粗硅制备单晶硅涉及Si→SiCl4→Si，有氧化还原反应，B错误；C．反应Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑中，Si的化合价升高，为还原剂，C错误；D．硅是良好的半导体材料，是能将太阳能转换为电能的常用材料，D正确；答案选D。 12．目前，中国在5G技术领域发展得越来越好，5G芯片的主要材质是高纯度硅。已知用硝酸与氢氟酸的混合液作制作芯片的刻蚀液，发生的反应为 (反应未配平)。下列有关叙述错误的是 A．硅是应用最为广泛的半导体材料 B．该反应中还原性： C．该反应中作氧化剂，发生氧化反应 D．该反应转移电子时，生成 【答案】C 【解析】A．硅是现阶段应用最为广泛的半导体材料，A正确；B．该反应中Si元素的化合价升高，Si单质作还原剂，NO2是还原产物，则该反应中还原性：，B正确；C．在该反应中，HNO3中的N元素化合价降低，作氧化剂，发生还原反应，C错误；D．根据该反应中元素化合价变化可知，每生成1molNO2，转移电子数为1mol，则该反应转移电子时，生成，D正确；故选C。 13．由粗SiO2 (含少量Fe2O3杂质)制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法错误的是 A．SiO2是酸性氧化物，因此不和任何酸反应 B．步骤Ⅱ中的主要反应是 C．X可用作木材防火剂 D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行 【答案】A 【分析】二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠(X)，硅酸钠溶液与稀硫酸反应生成硅酸沉淀(Y)，硅酸灼烧分解生成二氧化硅，结合硅及其化合物的性质分析判断。 【解析】A．SiO2是酸性氧化物，但二氧化硅能与HF反应生成四氟化硅和水，A错误；B．步骤Ⅱ是硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸沉淀，反应的化学方程式为：，B正确；C．硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂， C正确；D．步骤Ⅲ为灼烧固体分解，灼烧固体应在坩埚中进行，D正确；答案选A。 题组四　高纯硅的制取 14．制备高纯硅的装置如图所示(加热及夹持装置已省略)，利用与过量在1000～1200℃反应(沸点为31.8℃，遇水会剧烈反应)。下列说法正确的是 A．实验开始时先加热装置Ⅳ中的石英管，再打开装置Ⅰ中的活塞 B．工业生产中获得的中含有少量的(沸点57.6℃)，通过蒸馏可提纯 C．装置将Ⅰ中稀硫酸改用浓硫酸，会使反应速率加快 D．装置Ⅳ的反应：，产生的HCl可直接通入NaOH溶液中 【答案】B 【分析】Ⅰ中锌和稀硫酸反应制备氢气，为防止与水反应，Ⅱ中用浓硫酸干燥氢气，Ⅲ用水浴加热使挥发，Ⅳ中与氢气1000～1200℃反应生成Si和氯化氢，最后进行尾气处理。 【解析】A．为防止氢气和氧气的混合气体加热爆炸，应该先用氢气排出装置内的空气，再加热玻璃管，所以实验开始时先打开装置Ⅰ中的活塞，再加热装置Ⅳ中的石英管，故A错误；B．、的沸点不同，可通过蒸馏可提纯，故B正确；C．锌与浓硫酸反应生成二氧化硫，无氢气生成，故C错误；D．遇水会剧烈反应，为防止水进入玻璃管，在尾气处理装置和玻璃管之间应连接一个干燥装置，故D错误；选B。 15．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。从石英砂(主要成分为)制取高纯硅涉及的主要反应流程如下： 下列说法不正确的是 A．制备粗硅的反应方程式为 B．反应①②③均为氧化还原反应 C．流程中和可以循环利用 D．反应②与反应③互为可逆反应 【答案】D 【解析】A．制备粗硅的反应方为石英砂和碳高温生成CO和粗硅，为，A正确；B．反应①中碳、硅元素化合价改变；②中硅、氢元素化合价改变，③氢、硅元素化合价改变，均为氧化还原反应，B正确；C．在反应②中产生H2，可用于反应③还原SiHCl3制取Si单质，反应③产生的HCl可与粗硅反应制取SiHCl3，因此流程中HCl和H2可以循环利用，C正确；D．反应②③反应温度不同，因此反应②与反应③不能互为可逆反应，D错误；故选D。 16．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地亮质量的90%以上。 （1）是玻璃的主要成分之一，与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为 ，工艺师常用 (填化学式)溶液来雕刻玻璃。 （2）可通过与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是___________。 A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 （3）工业生产粗硅的反应有：SiO2+2CSi(粗)+2CO↑，SiO2+3CSiC+2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1：1，则参加反应的C和SiO2的质量之比为 。 （4）工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅： ①若反应I为 Si(粗)+3HClSiHCl3+H2，则反应II的化学方程式为 。 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式： 。 【答案】（1） HF （2）D （3）1：2 （4）①SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl ②SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2↑ 【解析】（1）SiO2是酸性氧化物，能与碱反应，与NaOH溶液反应的化学方程式为；酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与氢氟酸反应，所以常用氢氟酸来雕刻玻璃； （2）Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，反应的方程式为SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，普通玻璃坩埚、石英玻璃坩埚都含有SiO2，因此熔融纯碱时都不能用，即A、B错误；氧化铝具有两性，也能与纯碱在高温下发生反应，反应方程式为Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑，所以熔融纯碱时也不能用，即C错误；铁与纯碱不反应，且能耐适当的高温，所以可选用铁坩埚熔融纯碱，即D正确。所以正确答案为D。 （3）若生成1molSi，则同时生成1molSiC，根据元素守恒可知，消耗2mol SiO2和1molC。则参加反应的C和SiO2的质量之比为1：2； （4）①由图可知反应II中SiHCl3与氢气反应生成Si和HCl，反应方程式为：SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl；②SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl，结合元素化合价变化可知另一产物应为氢气，则反应方程式为：SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2↑。 17．某实验小组设计了如图装置探究焦炭还原二氧化硅。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是__________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)装置B的作用是_______________________________________________________________。 (3)装置C、D中所盛试剂分别为______________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为____________________ _______________________________________________________________________________。 (4)该装置的缺点是_______________________________________________________________。 (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_____________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)排尽装置中的O2、CO2、水蒸气，避免其对实验产生干扰　(2)作安全瓶，防止倒吸　(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si　(4)无尾气吸收装置　 (5)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊 解析　(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，先将产生的CO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明酸性：H2CO3>H2SiO3。 18．摩擦剂是牙膏的主体成分，SiO2是一种常见的摩擦剂。 （1）Si在元素周期表中的位置是 。 （2）根据用途推测SiO2在水中的溶解性： (填“易溶”或“难溶”)。 （3）制备SiO2的方法如下： ①写出反应I的离子方程式 。 ②比较酸性强弱：H2SO4 H2SiO3(填“＞”或“＜”)。 （4）为满足不同需求，牙膏中还会添加一些特殊物质，如含氟牙膏中添加氟化亚锡(SnF2)。锡的原子结构示意图如图。下列说法正确的是 (填序号)。 a．Sn元素的最高正化合价为+4 b．Sn的原子半径比Si大 c．Sn和Si均可以作半导体材料 （5）关于硅及其相关化合物的叙述正确的是 (填字母)。 A．自然界中存在天然游离的硅单质 B．已知C与的最高正价都是正四价，由于，用类比法得知， C．硅元素在金属与非金属的分界线处，因此具有弱导电性，一般可用于作为半导体材料 D．既能和溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 【答案】（1）第三周期第ⅣA族 （2）难溶 （3）① ②> （4）ab （5）C 【解析】（1）Si为第14号元素，其在元素周期表中的位置为第三周期第ⅣA族；（2）SiO2为常见的摩擦剂，其在牙膏中以固体形式存在，因此SiO2在水中难溶； （3）①H2SiO3难溶于水，因此可以用Na2SiO3和酸反应生成，反应的离子方程式为：；②根据强酸制弱酸的原理，硫酸可以制备硅酸，因此硫酸酸性强于硅酸； （4）a．Sn为主族元素，主族元素的最高正化合价等于其族序数，Sn为第ⅣA族元素，因此Sn的最高正化合价为+4价，a正确；b．同一主族元素原子从上到下原子半径逐渐增大，因此Sn的原子半径大于Si，b正确；c．Sn为金属元素，可以导电，Sn不能做半导体材料，Si为非金属元素，位于金属与非金属分界线附近，Si是优良的半导体材料，c错误；故选ab； （5）A．自然界中硅以化合态形式存在，A错误；B．二氧化硅不能溶于水，不和水反应，B错误；C．Si位于金属与非金属分界线附近，Si是优良的半导体材料，广泛用于制造计算机芯片等，C正确；D．只能和氢氟酸一种酸反应，与其他酸不反应，是酸性氧化物，C错误；故选C。 19．硅藻土由无定形的SiO2组成，含有少量Fe2O3、Al2O3及有机物等杂质。工业上按如图流程用硅藻土制备纳米二氧化硅。 (1)煅烧硅藻土的目的是________________。 (2)在加热条件下加入烧碱时主要反应的化学方程式为_________________________________。 (3)加入过量硫酸后生成胶体的化学方程式为_________________。 (4)工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为_________________ _______________________________________________________________________________。 (5)许多人喜欢佩戴玉石饰品，玉石的主要成分基本都属于硅酸盐，例如和田玉(Ca2Mg5H2Si8O24)可表示为复杂氧化物形式2CaO·5MgO·8SiO2·H2O，则南阳玉(CaAl2Si2O8)表示为复杂氧化物形式是__________________。 答案　(1)除去有机杂质 (2)SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O (3)Na2SiO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2SiO3(胶体) (4)氢氟酸　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (5)CaO·Al2O3·2SiO2 解析　(1)硅藻土中含有少量Fe2O3、Al2O3及有机物等杂质，除去有机杂质可以采用煅烧的方法。(3)化学反应遵循强酸制弱酸的规律，所以H2SO4能和Na2SiO3反应，化学方程式为Na2SiO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2SiO3(胶体)。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$