第05讲 无机非金属材料（寒假预习讲义）高一化学人教版

第05讲 无机非金属材料 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1：硅酸盐材料 1.硅酸盐的组成 硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。它们种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，如硅酸钙（CaSiO3）可表示为 CaO·SiO2。 硅酸盐的表示方法：复杂的硅酸盐可用氧化物质的形式来表示。 ①用氧化物的形式表示的硅酸盐只是表示方式不同，不可认为硅酸盐是由氧化物形成的混合物。 ②书写方法：找出组成元素→写成氧化物形式→注意原子守恒→检查有无遗漏→氧化物之间以“ · ”隔开。计量数配置出现分数应化为整数，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书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→SiO2→H2O。 如KAlSi3O8，将K2O·Al2O3·3SiO2，要写成K2O·Al2O3·6SiO2。 2.硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O以Si—O结合构成了硅氧四面体，即以Si为中心，O在四面体的4个顶角(如图所示),许多这样的四面体通过顶角的O相互连接，即每个Si与周围4个O结合，每个O与2个Si结合，硅氧四面体向空间发展，形成共价键三维骨架结构。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料的特殊性质。 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、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 3.硅酸盐材料的主要性质 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。 4.最简单的硅酸盐——硅酸钠 物理性质 硅酸钠是白色固体，可溶于水，俗称泡花碱。其水溶液是一种无色黏稠状的液体，俗称水玻璃，黏性很强，是一种矿物胶 化学性质 硅酸钠的化学性质稳定，不能燃烧，不易腐蚀，但能与比硅酸酸性强的一些酸反应，生成难溶于水的硅酸： a．与盐酸反应的化学方程式： Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 b．与CO2水溶液反应的化学方程式： Na2SiO3＋H2O＋CO2(少量)===Na2CO3＋H2SiO3↓。 用途 黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料 ①Na2SiO3和K2SiO3可溶于水，其他硅酸盐一般难溶于水。 ②Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。 ③可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。 5.传统的无机非金属材料 （1）无机非金属材料的分类 无机非金属材料 传统无机非金属材料 玻璃、水泥、陶瓷等 新型无机非金属材料 单晶硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等 （2）传统无机非金属材料的对比 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 黏土、石灰石、石膏 石灰石、纯碱、 石英砂（主要成分为SiO2） 黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐） 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 制备过程 原料与其他辅料经混合、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率，再磨成细粉即得 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 原料经高温烧结而成 变化 复杂的物理、化学变化过程 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 复杂的物理、化学变化过程 组成 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙3CaO·Al2O3) 硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 硅酸盐 用途 重要的建筑材料，制作混凝土，用于建筑和水利工程 建筑材料、化学实验用的玻璃仪器、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维、窗玻璃等 在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛，如建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 ①硅酸盐产品中，水泥和陶瓷的共同原料是黏土，水泥和玻璃的共同原料是石灰石。 知识点2：硅单质 1.硅的存在、位置与结构 存在 硅在地壳中的含量仅次于氧，居第2 位，在自然界主要以硅酸盐和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在，硅单质主要有晶体和无定形两大类。 位置 硅元素位于元素周期表中位于第三周期 ⅣA族 结构 硅是14号元素，原子结构为：，说明硅既难失去电子也难得到电子，硅是亲氧元素，与氧形成共价键。 2.硅的物理性质 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 3.硅的化学性质 稳定性 常温下，除与F2、HF 和强碱溶液反应外，硅不与其他物质（如强酸和强氧化剂）反应 ①与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ②与NaOH溶液反应的化学方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑； ③与F2反应的化学方程式:Si＋2F2===SiF4 还原性 加热或高温条件下，硅能和一些非金属单质反应。 ①与O2反应：Si＋O2SiO2。 ②与Cl2反应：Si＋Cl2SiCl4。 ③与C反应：Si+ CSiC。 ①Si与氢氟酸反应是Si的特性，其他非金属单质没有此性质。 ②Si是能与NaOH溶液反应放出H2的非金属单质，A1是能与NaOH溶液反应放出H2的金属单质，推断题中常以此为突破口。 ③反应Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑可看作两步进行： Si+3H2O===H2SiO3+2H2↑、H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。 总反应为Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。此反应中Si是还原剂，H2O是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂。 4.工业制法 用焦炭还原石英砂制得含有少量杂质的粗硅，反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。 硅的纯度越高，生产的电子产品的性能越好，故工业上将粗硅通过化学方法进一步提纯，得到高纯硅。工业制备高纯硅的原理示意图如图所示。 其中涉及的主要化学反应为： (a)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (b)Si＋3HClSiHCl3＋H2 (c)SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 ①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。 ②粗硅中含碳等杂质，与HCl反应生成的SiHCl3中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiHCl3后，再用H2还原，得到高纯度硅。 5.硅单质的特殊性 ①Si的还原性强于C，但C却能在高温下还原出 Si：SiO2+2CSi+2CO↑; ②非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但 Si能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑+2H2↑; ③非金属单质与碱溶液反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si + 2NaOH + H2O===Na2SiO3 + 2H2↑。 ④非金属单质大多为绝缘体，但晶体硅为半导体。 6.硅的用途 半导体材料、太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等。 知识点3：二氧化硅 1.二氧化硅的存在 自然界中，硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有晶体和无定形两种，统称硅石，硅石、石英、水晶、玛瑙、硅藻土、沙子等主要成分都是SiO2。 2.结构 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。 ①SiO2是二氧化硅的化学式（表示组成），不是分子式，二氧化硅没有分子式。 3.物理性质 纯净的SiO2是无色透明的，其熔、沸点高，硬度大，不溶于水，也不导电。 4.化学性质 酸性氧化物 ①是硅酸的酸酐，但不与水反应。 ②SiO2与碱（如NaOH）反应，生成硅酸盐与水： SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ③在高温条件下，能够与碱性氧化物（如氧化钙）反应：SiO2＋CaOCaSiO3 在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钠、碳酸钙反应的化学方程式为 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑（工业制玻璃）。 弱氧化性 ①与碳反应：SiO2+2CSi+2CO↑(制粗硅)；SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金刚砂)； 特性 常温下与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 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。未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。 ③SiO2是H2SiO3的酸酐，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SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 ④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。 ⑤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。 ⑥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。 5.二氧化硅的主要应用 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。 知识点4：硅酸 1.硅酸的物理性质 硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水（硅酸是中学阶段唯一难溶于水的酸），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 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 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。 知识点5：新型无机非金属材料 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。 1.碳化硅（SiC）陶瓷 结构 碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的空间网状结构 性能 硬度很大，耐高温，抗氧化 用途 用作砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料等 2.其他新型陶瓷 新型陶瓷 成分 性能 主要应用 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、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 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 YBa2Cu3O7-δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、Tl2Ba2Ca2Cu3O10 临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗领域等 3.碳纳米材料 （1）纳米材料的定义 纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料。 （2）几种碳纳米材料 物质 结构 性质 用途 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 具有超导性能 在光学、电学、磁学等方面都有重要应用 碳纳米管 可看成是由石墨片层卷成的管状物 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 在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入 教材习题01（P25） 下列关于硅及其化合物的叙述中，错误的是（   ） A．二氧化硅可用于生产玻璃 B．硅在自然界中主要以单质形式存在 C．硅是应用最广泛的半导体材料 D．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 解题方法 A．生产玻璃的原料是二氧化硅、碳酸钠、碳酸钙，所以二氧化硅可用于生产玻璃，故A正确； B．Si是亲氧元素，则Si在自然界中以氧化物或硅酸盐的形式存在，自然界中没有硅单质，故B错误； C．硅的导电性介于导体与绝缘体之间，硅是优良的半导体材料，高纯度的硅可以用于制造计算机芯片，故C正确； D．高纯度的硅为良好的半导体材料，可用于制造计算机芯片，故D正确。 【答案】B 教材习题03（P25） 氢氟酸是HF的水溶液，可与发生反应生成和。请写出该反应的化学方程式 。想一想为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃 。 解题方法 氢氟酸与发生反应生成和，化学方程式：；用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃是因为玻璃的主要成分之一为二氧化硅，而二氧化硅能与氢氟酸反应，故答案为：；玻璃的主要成分之一为二氧化硅，而二氧化硅能与氢氟酸反应。 【答案】 玻璃的主要成分之一为二氧化硅，而二氧化硅能与氢氟酸反应 考点一 传统与新型无机非金属材料的辨析 1．中国文物具有鲜明的时代特征。下列源自广东的文物的主要成分属于硅酸盐的是 A．错银青铜牛灯 B．鎏金兽形铜盒砚 C．三彩孩童骑牛陶俑 D．金錾花八宝鱼 【答案】C 【解析】A．错银青铜牛灯为青铜器，主要成分为金属材料，故不选A； B．鎏金兽形铜盒砚，主要成分为铜，为金属材料，故不选B； C．三彩孩童骑牛陶俑为陶瓷制品，属于硅酸盐材料，故选C； D．金錾花八宝鱼的主要材料为黄金，为金属材料，故不选D； 选C。 2．2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”成功着陆火星。天问一号探测器上使用了重量轻、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具有优异的高温抗氧化性能 【答案】A 【解析】A．SiC属于新型陶瓷，不属于硅酸盐材料，故A错误； B．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正确； C．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； D．SiC属于原子晶体，故SiC陶瓷具有耐高温、抗腐蚀等优异性能，D正确； 故选A。 3．“九秋枫露越窑开，夺得千峰翠色来”是藏誉越窑青瓷的诗句，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，下列有关说法正确的是 A．水泥是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制陶瓷的原料为纯碱、石灰石、和石英砂 C．玻璃属于硅酸盐制品，通常性质稳定、熔点较高 D．沙子和水晶的主要成分均为硅酸盐 【答案】C 【解析】A． 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，不是水泥，故A错误； B． 制陶瓷的原料是黏土，为纯碱、石灰石、和石英是制造玻璃的原料，故B错误； C． 玻璃属于硅酸盐制品，通常性质稳定，熔点较高，故C正确； D． 沙子和水晶的主要成分是二氧化硅，是氧化物，不是硅酸盐，故D错误； 故选C。 考点二 硅及其氧化物的性质和用途 4．下列关于硅的说法中，不正确的是 A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体 B．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 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应 【答案】C 【解析】A．硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属，故A正确； B．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，故B正确； C．硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，故C错误； D．加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应，故D正确。 答案选C。 5．2018世界光纤光缆大会于11月5日至11月7日在杭州召开。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。 6．下列说法正确的是 A．因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 B．下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4 Si C．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 D．Si和SiO2都用于制造光导纤维 【答案】A 【解析】A．HF与SiO2反应，SiO2+4HF=SiF4+2H2O，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记，故A正确； B．SiO2只溶于HF，不溶于盐酸，SiO2SiCl4的转化过程不能实现，故B错误； C．HF与SiO2反应体现的是HF的特性，SiO2与其他的酸不反应，不是两性氧化物，故C错误； D．Si单质是良好的半导体材料，用于制造晶体管，SiO2用于制造光导纤维，故D错误； 答案选A。 考点三 硅的制备 7．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术领域，工业制备高纯硅的原理如下： 下列说法不正确的是 A．石英砂又称金刚砂，主要成分是SiC B．步骤①发生氧化还原反应，氧化产物是CO C．步骤②粗硅转化为的同时还生成 D．步骤③原料气应充分去除氧气等杂质 【答案】A 【分析】反应①发生反应：，反应②是，反应③是。 【解析】A．石英砂的主要成分是，金刚砂的主要成分才是，A错误； B．步骤①反应为，元素化合价降低，元素化合价升高，属于氧化还原反应，氧化产物为，B正确； C．步骤②粗硅（）与反应生成，反应方程式为，同时生成，C正确； D．步骤③用还原制备高纯硅，若含，高温下会与反应生成，影响硅纯度且可能引发爆炸，需去除杂质，D正确； 故选A。 8．高纯度晶硅的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。可以按下列方法制备：石英砂粗硅SiHCl3高纯硅 下列说法不正确的是 A．制取粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑ B．制取粗硅反应转移4mol电子，断裂2molSi-O键 C．原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 D．1mol高纯Si中含Si—Si键的数目约为2×6.02×1023 【答案】B 【解析】A．制取粗硅的反应方程式正确，SiO2与C在高温下生成Si和CO，A项正确； B．SiO2含4个 Si-O键，每生成1mol Si需断裂4mol Si-O键，转移4mol电子，B项错误； C．HCl和H2需去除水和氧气，防止副反应和危险，C项正确； D．每个Si形成4个键，每个键被两个原子共享，则1mol晶体Si含2mol Si-Si键，D项正确； 答案选B。 9．工业制备高纯硅的流程如下，下列说法正确的是 A．石英砂与过量焦炭发生的主要反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑ B．盛装NaOH溶液的玻璃瓶要使用磨口玻璃塞 C．粗硅与HCl反应时，需要在富氧的环境中进行 D．高纯硅常用于制备光导纤维 【答案】A 【解析】A．石英砂与过量焦炭发生的主要反应制备粗硅是主要反应，其化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，A正确； B．玻璃塞和试剂瓶磨口处的SiO2会与NaOH溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液具有黏性，则盛装NaOH溶液的玻璃瓶要不能使用磨口玻璃塞，B错误； C．粗硅与HCl反应时，会产生H2，若在富氧的环境中，易发生爆炸且会生成SiO2，C错误； D．SiO2用于制作光导纤维，D错误； 故选A。 考点四 硅酸及硅酸盐的性质和用途 10．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。 11．下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A． B． C． D．Na2SiO3溶液 【答案】A 【解析】A．SiO2不溶于水且不和水反应，不能实现，A选； B．SiO2与NaOH反应的方程式为：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，能实现，B不选； C．H2SiO3可以与NaOH反应，反应的方程式为：H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O，能实现，C不选； D．Na2SiO3与CO2反应的方程式为：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3，能实现，D不选； 故选A。 12．表示下列反应事实的方程式错误的是 A．用氢氟酸刻蚀玻璃： B．暴露在空气中的溶液慢慢变质： C．向溶液中通入足量的 D．向稀溶液中滴加足量溶液： 【答案】B 【解析】A．用氢氟酸刻蚀玻璃，即与氢氟酸反应生成和，反应的化学方程式为：，A正确； B．暴露在空气中的溶液慢慢变质过程中，亚硫酸氢根离子能被空气中的氧气氧化为硫酸根离子，反应的离子方程式为：，B错误； C．向 溶液中通入足量 反应生成和，反应的离子方程式为：，C正确； D．向稀 溶液中滴加足量 反应生成、和，反应的离子方程式为：，D正确； 故选B。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.了解硅酸盐材料的结构和性质，掌握传统无机非金属材料的工业生产原理，能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类。 2、认识硅单质、二氧化硅、硅酸的物理化学性质和用途。 3．认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料的性质和用途。 【学习重难点】 1.传统与新型无机非金属材料的辨别 2.硅单质、二氧化硅、硅酸、硅酸盐的物理化学性质 1．下列说法正确的是(　　) A．制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱 B．普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是混合物，无固定的熔点 C．普通玻璃俗称水玻璃 D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅元素 【答案】B 【解析】A、制取玻璃的原料中有纯碱、石灰石、石英砂，制取水泥的原料有石灰石、粘土，故A错误； B、普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2的混合物，没有固定的熔点，故B正确； C、普通玻璃和水玻璃的成分不同，水玻璃不是普通玻璃的俗名，故C错误； D、制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石，石灰石中不含有硅，故D错误。 故选B。 2．硅元素在材料领域中扮演着重要角色。下列叙述正确的是 A．石英晶体的主要成分为硅 B．硅酸钠可用作黏合剂 C．半导体材料的成分是二氧化硅 D．光导纤维的成分是硅单质 【答案】B 【解析】A．石英晶体的主要成分是二氧化硅，A错误； B．硅酸钠具有黏合性，工业上广泛用作黏合剂，如粘接陶瓷或木材，B正确； C．半导体材料，如芯片是以单质硅为基础，二氧化硅是绝缘材料，C错误； D．光导纤维是利用二氧化硅的光学特性传输信号，单质硅不具备此功能，D错误； 故选B。 3．化学与生活密切相关，下列说法正确的是 A．墙体使用的砖瓦、水泥，是硅酸盐材料 B．使用的钢化玻璃，其主要成分只有 C．在食品袋中放入盛有硅胶的透气小袋可防止食品因氧化而变质 D．正长石的化学式为，可表示为 【答案】A 【解析】A． 墙体使用的砖瓦、水泥主要成分是硅酸盐，是硅酸盐材料，故A正确； B． 使用的钢化玻璃，其主要成分有和硅酸盐，故B错误； C． 在食品袋中放入盛有硅胶的透气小袋，硅胶具有吸水性，可防止食物受潮，可防止食品因吸湿而变质，故C错误； D． 正长石的化学式为，可表示为，故D错误； 故选A。 4．工业上制备高纯硅的流程如图。下列说法正确的是 A．自然界中既存在游离态硅，又存在化合态硅 B．步骤①中的反应会直接生成一种温室气体 C．SiO2属于酸性氧化物，能与水反应生成H2SiO3 D．以高纯二氧化硅制成的光导纤维内窥镜可直接窥视有关器官部位的变化 【答案】D 【解析】A．硅是亲氧元素，自然界中不存在游离态硅，只能以化合态形式存在，A错误； B．在高温下焦炭还原SiO2生成CO，不会直接生成温室气体，B错误; C．SiO2不溶于水，不能与水反应生成硅酸，C错误； D．二氧化硅具有优异的光学特性、物理性能，可用于制作光导纤维，D正确； 故选D。 5．下列有关硅及其化合物的说法正确的是 A．硅在自然界主要以游离态形式存在 B．工业上用焦炭还原石英砂可制得粗硅 C．水泥、玻璃、氮化硅陶瓷都是传统无机非金属材料 D．水玻璃，均能通过一步反应实现 【答案】B 【解析】A．硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐形式存在，而非游离态，A错误； B．工业上以焦炭为还原剂，在高温下还原石英砂制取粗硅，反应为，B正确； C．水泥、玻璃是传统无机非金属材料，但氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，C错误； D．不能直接与水反应生成，需先与强碱反应生成硅酸盐，再与酸反应，因此第二步无法一步实现，D错误； 故答案为：B。 6．化学与生活密切相关，下列叙述错误的是 A．2025年春晚由宇树科技公司提供的机器人表演扭秧歌节目，其机器人芯片的核心材料为晶体硅 B．光纤广泛运用于通信领域传递网络、电话、电视信息，光纤的主要成分是二氧化硅 C．硅在自然界中主要以单质形式存在 D．石墨烯电阻率低、热导率高，具有很高的强度，是一种性能优异的新型材料 【答案】C 【解析】A．机器人芯片的核心材料是晶体硅，因为硅是半导体材料，广泛用于集成电路，A正确； B．光纤的主要成分是二氧化硅，因为二氧化硅透光性好，用于光信号传输，B正确； C．硅在自然界中以二氧化硅和硅酸盐形式存在，只有化合态没有游离态，C错误； D．石墨烯具有低电阻率、高导热性和高强度，石墨烯是一种性能优异的新型无机非金属材料，D正确； 故选C。 7．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是 A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B．反应①：，反应②：，两反应是相互矛盾的，不可能都发生 C．石英玻璃、水泥均属于硅酸盐材料 D．虽然能分别与反应，但不是两性氧化物 【答案】D 【解析】A．硅酸钠具有粘结性，能将玻璃塞和试剂瓶粘结在一起而打不开，所以硅酸钠不能保存在磨口玻璃塞试剂瓶中，故A错误 B．由方程式可知，反应①能发生的原因是碳酸的酸性强于硅酸，符合强酸制弱酸的反应原理，反应②能发生的原因是二氧化硅的沸点高于二氧化碳，符合高沸点物质制备挥发性物质的反应原理，所以两反应都能发生，故B错误； C．石英玻璃主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐材料，故C错误； D．两性氧化物是既能与酸反应生成盐和水又能与碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅只能与氢氟酸反应，但不能与其他的酸反应，所以二氧化硅不是两性氧化物，故D正确； 故选D。 8．我国成功地发射了“嫦娥一号”探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(MgFe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是 A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐 B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2 C．铁橄榄石(Fe2SiO4)中铁为＋2价 D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱 【答案】D 【解析】A．由辉石、斜长石及橄榄石的化学式知，它们均属于硅酸盐，故A正确； B．斜长石的化学式为KAlSi3O8，斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，故B正确； C．在(MgFe)2SiO6中，各元素的化合价的代数和为零，O为-2价，Si为+4价，Mg为+2价，所以Fe的化合价为+2价，故C正确； D．月球上铁以游离态存在，是因月球缺乏氧气和水（无氧化环境），而非铁的活动性差异，金属活动性为固有属性，与星球无关，故D错误； 故选D。 9．实验室用还原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 已知：中硅元素为＋4价，沸点为，在空气中易自燃，遇水会剧烈反应生成两种酸和一种气体。 A．装置I也适用于生石灰与浓氨水反应制备氨气 B．装置II中的试剂是浓硫酸、装置III可采取冰水浴 C．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K D．与水反应的方程式为 【答案】D 【分析】装置Ⅰ用浓硫酸与锌制取氢气，装置Ⅱ中盛放浓硫酸，除去氢气中的水蒸气，装置ⅢSiHCl3气体，需要水浴中加热，装置IV中制备高纯硅，以此分析； 【解析】A．装置I适用于大颗粒或大块状难溶于水的固体与液体不加热制取难溶于水的气体的反应，生石灰与浓氨水的反应不满足上述条件，不能用该装置，A错误： B．装置IV中制备高纯硅，反应为，装置I是制氢气，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，B错误； C．实验时，先打开活塞K，用氢气排尽装置内空气，防止发生危险，再加热装置IV石英管，C错误； D．SiHCl3遇水会剧烈反应生成两种酸和一种气体，根据原子守恒，生成的酸为硅酸及HCl，生成的气体为氢气，D正确； 故答案为：D。 10．下列叙述正确的是 A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似 B．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 C．因为，所以硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D．SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以二氧化硅属于两性氧化物 【答案】B 【解析】A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，但是CO2为分子晶体，SiO2为共价晶体，两者物理性质差别较大，A错误； B．CO2与C反应生成CO，CO2中C得电子为氧化剂，SiO2与C反应生成Si和CO，SiO2中Si得电子做氧化剂，B正确； C．反应在高温条件下才能进行，因为生成了二氧化碳气体逸出体系，才能使得该反应持续进行，实际上硅酸酸性弱于碳酸，C错误； D．二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，不能说明其为碱性氧化物，二氧化硅为酸性氧化物，D错误； 故答案选B。 11．高纯硅是半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有一种工艺流程示意图如图。下列说法正确的是 A．常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅主要以游离态的形式存在 B．二氧化硅能与氢氟酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，所以是两性氧化物 C．生成粗硅的化学方程式为，杂质主要有和等 D．已知C与在同一主族，由于，用类比法得知 【答案】C 【分析】工业上用石英砂和过量焦炭在电弧炉中高温加热生成粗硅，在流化床反应器中粗硅与HCl反应生成SiHCl3等，还原炉中氢气还原SiHCl3得到高纯硅。 【解析】A．硅原子最外层有4个电子，不易得失电子，常温下硅的化学性质相对稳定，但硅是亲氧元素，自然界中以化合态存在，主要以硅酸盐和氧化物形式存在，A错误； B．二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，四氟化硅不是盐，所以二氧化硅不是两性氧化物，B错误； C．电弧炉中生成粗硅的化学方程式为，副反应为，故杂质主要有SiO2、SiC等，C正确； D．SiO2化学性质稳定，不溶于水、不与水反应，无法类比CO2生成H2SiO3，D错误； 故选C。 12．有些专家提出硅是“21世纪的能源”。下列说法错误的是 A．SiO2可溶于强碱溶液，也可溶于HF的水溶液 B．常温下Si的化学性质稳定，但在自然界中硅以化合态存在 C．水玻璃长期露置在空气中会变浑浊 D．在反应中，Si为氧化剂，H2为氧化产物 【答案】D 【解析】A．SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱（如NaOH）生成硅酸盐；同时能与HF反应生成SiF4和H2O，A正确； B．常温下硅单质化学性质稳定，但自然界中硅以SiO2和硅酸盐形式存在（化合态），B正确； C．水玻璃（Na2SiO3溶液）与空气中CO2反应生成H2SiO3沉淀，导致浑浊，C正确； D．反应中Si的化合价升高（被氧化，本身作还原剂），HCl中的H化合价降低（被还原，本身作氧化剂，H2是还原产物）。D错误地将Si描述为氧化剂，H2为氧化产物，D错误； 答案选D。 13．科学生产中蕴藏着丰富的科学知识。化学改善人类生活，创造美好世界。下列生产、生活情境中涉及的原理不正确的是 A．神舟14号飞船外壳使用的Si3N4陶瓷属于新型无机非金属材料 B．太阳能电池板广泛应用在航天器上，利用SiO2的光电性质 C．葡萄酒中通常添加少量SO2，SO2既可以杀菌又可以防止营养成分被氧化 D．景德镇的瓷器可由黏土经高温烧结而成，过程中发生了化学变化 【答案】B 【解析】A．Si3N4陶瓷具有高强、耐高温等特性，属于新型无机非金属材料，故A正确； B．太阳能电池板的材料是晶体硅，利用其半导体性质，故B错误； C．SO2具有抗氧化性和杀菌作用，可防止葡萄酒变质，故C正确； D．瓷器烧制过程中黏土发生化学变化生成硅酸盐，故D正确； 选B。 14．中国高铁对实现“一带一路”的倡议有重要的作用。 （1）高铁上的信息传输系统使用了光导纤维,其主要成分是 ;乘务员使用的无线通话机的芯片材料是 。 （2）高铁上安装有许多玻璃,氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹,氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为 。 （3）高铁上的卫生间没有任何异味,是由于所使用的马桶、地漏和洗手盆下水口都是纳米硅胶的高科技产品。向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体,该反应的离子方程式为 。 【答案】（1）SiO2 Si （2）SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O （3） 【解析】（1）光导纤维的主要成分是SiO2；芯片材料是单质Si。 （2）氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应生成SiF4和水，反应的化学方程式为SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。 （3）向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体和氯化钠，该反应的离子方程式为。 15．三氯甲硅烷()是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为℃，易水解。实验室根据反应，利用如下装置制备粗品。回答下列问题： 已知：①(浓) ②，中H化合价为 （1）Ⅰ装置中橡胶管的作用是 。制备粗硅原理是 (用化学方程式表示)。 （2）上述装置依次连接的合理顺序为 ，a→____，____→_____，____→____(按气流方向，用小写字母表示)。实验过程中，应先点燃装置 (填“Ⅰ”或“Ⅳ”)的酒精灯。 （3）装置Ⅲ中盛放的试剂是 ，(填序号，下同)c中盛放的试剂可以是 。 ①碱石灰 ②无水 ③ ④氧化钙 ⑤浓硫酸 ⑥NaOH溶液 （4）装置Ⅱ中冰盐浴的作用为 。 （5）遇水会产生和两种酸，则在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为 。 【答案】（1）平衡气压，便于液体顺利流下 （2）d，e，f，g(或g，f)b Ⅰ （3）⑤ ①④ （4）冷凝三氯硅烷 （5） 【分析】实验室根据反应Si＋3HClSiHCl3+H2来制备SiHCl3粗品，根据实验装置可知，装置Ⅰ是氯化氢气体的发生装置，Ⅲ是干燥装置，Ⅳ是制备SiHCl3的发生装置，Ⅱ是收集、干燥和尾气处理装置。 【解析】（1）装置Ⅰ中橡胶管的作用是平衡气压，使液体顺利滴下。二氧化硅与C高温下反应生成粗硅和一氧化碳，用化学方程式表示粗硅制备原理是。 （2）装置Ⅰ是氯化氢气体的发生装置，生成的氯化氢气体经过装置Ⅲ中的浓硫酸干燥除去水分，再通入装置Ⅳ与粗硅制备SiHCl3，由于SiHCl3的熔沸点较低，装置Ⅱ中冰盐浴有助于其收集，最后通过碱石灰尾气处理装置和干燥大气（由于三氯甲硅烷易水解，需防止空气中的水蒸气进入Ⅱ），因此上述装置依次连接的合理顺序为a→d，e→f，g(或g，f)→b；故答案为：d，e，f，g(或g，f)b。硅单质与氧气在加热条件下能发生反应，因此实验过程中，应先点燃装置Ⅰ的酒精灯，将装置Ⅳ中的空气排尽，使装置Ⅳ中充满HCl气体。 （3）装置Ⅲ的作用是干燥氯化氢气体，因此应盛放浓硫酸，故选⑤，c的作用是进行氯化氢的尾气处理装置和干燥大气防止水蒸气进入（防止三氯甲硅烷水解），且干燥管应盛放固体试剂，因此可以是碱石灰和氧化钙，故选①④。 （4）由题目信息可知，SiHCl3的熔沸点较低，因此装置Ⅱ中冰盐浴的作用为冷凝三氯硅烷。 （5）遇水会产生和两种酸，结合信息②，可知生成的两种酸分别为盐酸和硅酸，则在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第05讲 无机非金属材料 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1：硅酸盐材料 1.硅酸盐的组成 硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。它们种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，如硅酸钙（CaSiO3）可表示为 CaO·SiO2。 硅酸盐的表示方法：复杂的硅酸盐可用氧化物质的形式来表示。 ①用氧化物的形式表示的硅酸盐只是表示方式不同，不可认为硅酸盐是由氧化物形成的混合物。 ②书写方法：找出组成元素→写成氧化物形式→注意原子守恒→检查有无遗漏→氧化物之间以“ · ”隔开。计量数配置出现分数应化为整数，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 符合原来的组成。 ③书写顺序： 氧化物→较活泼金属氧化物→ → 。 如KAlSi3O8，将K2O·Al2O3·3SiO2，要写成K2O·Al2O3·6SiO2。 2.硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O以Si—O结合构成了 ，即以Si为中心，O在四面体的4个顶角(如图所示),许多这样的四面体通过顶角的O相互连接，即每个Si与周围 个O结合，每个O与 个Si结合，硅氧四面体向空间发展，形成共价键三维骨架结构。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料的特殊性质。 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 、熔点 、 溶于水、化学性质 、耐 等特点。 3.硅酸盐材料的主要性质 硅酸盐材料大多具有硬度 、 溶于水、耐 、耐 等特点。 4.最简单的硅酸盐——硅酸钠 物理性质 硅酸钠是 色固体， 溶于水，俗称 。其水溶液是一种无色黏稠状的液体，俗称 ，黏性很 ，是一种 化学性质 硅酸钠的化学性质 ，不能 ，不易 ，但能与比硅酸酸性强的一些酸反应，生成难溶于水的 ： a．与盐酸反应的化学方程式： 。 b．与CO2水溶液反应的化学方程式： 。 用途 剂(矿物胶)、 剂和 材料 ① 和 可溶于水，其他硅酸盐一般难溶于水。 ②Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。 ③可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈 性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。 5.传统的无机非金属材料 （1）无机非金属材料的分类 无机非金属材料 传统无机非金属材料 、 、 等 新型无机非金属材料 单晶硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等 （2）传统无机非金属材料的对比 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 、 、石膏 、 、 （主要成分为SiO2） （主要成分为含水的 ） 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 制备过程 原料与其他辅料经混合、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率，再磨成细粉即得 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 原料经高温烧结而成 变化 复杂的 、 变化过程 复杂的 、 变化过程 组成 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙3CaO·Al2O3) 、 和 硅酸盐 用途 重要的建筑材料，制作混凝土，用于建筑和水利工程 建筑材料、化学实验用的玻璃仪器、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维、窗玻璃等 在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛，如建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 ①硅酸盐产品中，水泥和陶瓷的共同原料是 ，水泥和玻璃的共同原料是 。 知识点2：硅单质 1.硅的存在、位置与结构 存在 硅在地壳中的含量仅次于 ，居第 位，在自然界主要以 和 （如水晶、玛瑙）的形式存在，硅单质主要有 和 两大类。 位置 硅元素位于元素周期表中位于第 周期 族 结构 硅是14号元素，原子结构为：，说明硅既难 电子也难 电子，硅是亲氧元素，与 形成共价键。 2.硅的物理性质 晶体硅是 色、有 、 而 的固体，其结构类似于 ，熔沸点 、硬度 ，导电能力介于 和 之间，是良好的 。 3.硅的化学性质 稳定性 常温下，除与F2、HF 和强碱溶液反应外，硅不与其他物质（如强酸和强氧化剂）反应 ①与氢氟酸反应的化学方程式： ； ②与NaOH溶液反应的化学方程式： ； ③与F2反应的化学方程式: 还原性 加热或高温条件下，硅能和一些非金属单质反应。 ①与O2反应： 。 ②与Cl2反应： 。 ③与C反应： 。 ①Si与氢氟酸反应是Si的特性，其他非金属单质没有此性质。 ② 是能与NaOH溶液反应放出H2的非金属单质，A1是能与NaOH溶液反应放出H2的金属单质，推断题中常以此为突破口。 ③反应Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑可看作两步进行： Si+3H2O===H2SiO3+2H2↑、H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。 总反应为Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。此反应中 是还原剂， 是氧化剂， 既不是氧化剂也不是还原剂。 4.工业制法 用焦炭还原石英砂制得含有少量杂质的粗硅，反应的化学方程式为 。 硅的纯度越高，生产的电子产品的性能越好，故工业上将粗硅通过化学方法进一步提纯，得到高纯硅。工业制备高纯硅的原理示意图如图所示。 其中涉及的主要化学反应为： (a) (b) (c) ①用焦炭还原SiO2，产物是 而不是 。 ②粗硅中含碳等杂质，与HCl反应生成的SiHCl3中含有CCl4等杂质，经过 提纯SiHCl3后，再用H2还原，得到高纯度硅。 5.硅单质的特殊性 ①Si的还原性强于C，但C却能在高温下还原出 Si：SiO2+2CSi+2CO↑; ②非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但 Si能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑+2H2↑; ③非金属单质与碱溶液反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作 剂，且放出氢气：Si + 2NaOH + H2O===Na2SiO3 + 2H2↑。 ④非金属单质大多为 体，但晶体硅为半导体。 6.硅的用途 材料、 电池、 芯片和耐酸设备等。 知识点3：二氧化硅 1.二氧化硅的存在 自然界中，硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有 和 两种，统称 ，硅石、 、 、 、 、沙子等主要成分都是SiO2。 2.结构 SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧 (如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的 结构(如下图乙所示)。在SiO2晶体中，每个Si周围结合 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 。由结构可知，二氧化硅的化学性质很 。 ①SiO2是二氧化硅的化学式（表示组成），不是 ，二氧化硅没有分子式。 3.物理性质 纯净的SiO2是 的，其熔、沸点 ，硬度 ，不溶于 ，也不 。 4.化学性质 酸性氧化物 ①是硅酸的酸酐，但不与 反应。 ②SiO2与碱（如NaOH）反应，生成 与水： ③在高温条件下，能够与 （如氧化钙）反应： 在高温条件下可以与 反应，如与碳酸钠、碳酸钙反应的化学方程式为 ； （工业制 ）。 弱氧化性 ①与碳反应： (制 )； (制 )； 特性 常温下与氢氟酸反应的化学方程式为： 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 。 ②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 瓶保存，而应保存在 或 中。未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。 ③SiO2是H2SiO3的酸酐，虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于 氧化物，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 ④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 从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。 ⑤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。 ⑥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 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。 5.二氧化硅的主要应用 ①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品。 ②SiO2是制 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 的化学仪器。 ④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料。 知识点4：硅酸 1.硅酸的物理性质 硅酸是一种 色胶状物质， 溶于水（硅酸是中学阶段唯一难溶于水的酸），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——“ ”。 2.硅酸的化学性质 弱酸性 硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还 ，在与碱反应时只能与 反应。如： 不稳定性 硅酸的热稳定性很 ，受热分解为SiO2和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。 ， （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 。 知识点5：新型无机非金属材料 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。 1.碳化硅（SiC）陶瓷 结构 碳原子和硅原子通过 键连接，具有类似金刚石的 结构 性能 硬度很 ，耐 ，抗 用途 用作砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料等 2.其他新型陶瓷 新型陶瓷 成分 性能 主要应用 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、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 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 YBa2Cu3O7-δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、Tl2Ba2Ca2Cu3O10 临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗领域等 3.碳纳米材料 （1）纳米材料的定义 纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料。 （2）几种碳纳米材料 物质 结构 性质 用途 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 具有超导性能 在光学、电学、磁学等方面都有重要应用 碳纳米管 可看成是由石墨片层卷成的管状物 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 在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入 教材习题01（P25） 下列关于硅及其化合物的叙述中，错误的是（   ） A．二氧化硅可用于生产玻璃 B．硅在自然界中主要以单质形式存在 C．硅是应用最广泛的半导体材料 D．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 解题方法 A．生产玻璃的原料是二氧化硅、碳酸钠、碳酸钙，所以二氧化硅可用于生产玻璃，故A正确； B．Si是亲氧元素，则Si在自然界中以氧化物或硅酸盐的形式存在，自然界中没有硅单质，故B错误； C．硅的导电性介于导体与绝缘体之间，硅是优良的半导体材料，高纯度的硅可以用于制造计算机芯片，故C正确； D．高纯度的硅为良好的半导体材料，可用于制造计算机芯片，故D正确。 【答案】 教材习题03（P25） 氢氟酸是HF的水溶液，可与发生反应生成和。请写出该反应的化学方程式 。想一想为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃 。 解题方法 氢氟酸与发生反应生成和，化学方程式：；用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃是因为玻璃的主要成分之一为二氧化硅，而二氧化硅能与氢氟酸反应，故答案为：；玻璃的主要成分之一为二氧化硅，而二氧化硅能与氢氟酸反应。 【答案】 考点一 传统与新型无机非金属材料的辨析 1．中国文物具有鲜明的时代特征。下列源自广东的文物的主要成分属于硅酸盐的是 A．错银青铜牛灯 B．鎏金兽形铜盒砚 C．三彩孩童骑牛陶俑 D．金錾花八宝鱼 2．2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”成功着陆火星。天问一号探测器上使用了重量轻、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具有优异的高温抗氧化性能 3．“九秋枫露越窑开，夺得千峰翠色来”是藏誉越窑青瓷的诗句，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，下列有关说法正确的是 A．水泥是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制陶瓷的原料为纯碱、石灰石、和石英砂 C．玻璃属于硅酸盐制品，通常性质稳定、熔点较高 D．沙子和水晶的主要成分均为硅酸盐 考点二 硅及其氧化物的性质和用途 4．下列关于硅的说法中，不正确的是 A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体 B．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 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应 5．2018世界光纤光缆大会于11月5日至11月7日在杭州召开。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 6．下列说法正确的是 A．因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 B．下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4 Si C．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 D．Si和SiO2都用于制造光导纤维 考点三 硅的制备 7．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术领域，工业制备高纯硅的原理如下： 下列说法不正确的是 A．石英砂又称金刚砂，主要成分是SiC B．步骤①发生氧化还原反应，氧化产物是CO C．步骤②粗硅转化为的同时还生成 D．步骤③原料气应充分去除氧气等杂质 8．高纯度晶硅的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。可以按下列方法制备：石英砂粗硅SiHCl3高纯硅 下列说法不正确的是 A．制取粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑ B．制取粗硅反应转移4mol电子，断裂2molSi-O键 C．原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 D．1mol高纯Si中含Si—Si键的数目约为2×6.02×1023 9．工业制备高纯硅的流程如下，下列说法正确的是 A．石英砂与过量焦炭发生的主要反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑ B．盛装NaOH溶液的玻璃瓶要使用磨口玻璃塞 C．粗硅与HCl反应时，需要在富氧的环境中进行 D．高纯硅常用于制备光导纤维 考点四 硅酸及硅酸盐的性质和用途 10．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 11．下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A． B． C． D．Na2SiO3溶液 12．表示下列反应事实的方程式错误的是 A．用氢氟酸刻蚀玻璃： B．暴露在空气中的溶液慢慢变质： C．向溶液中通入足量的 D．向稀溶液中滴加足量溶液： 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.了解硅酸盐材料的结构和性质，掌握传统无机非金属材料的工业生产原理，能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类。 2、认识硅单质、二氧化硅、硅酸的物理化学性质和用途。 3．认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料的性质和用途。 【学习重难点】 1.传统与新型无机非金属材料的辨别 2.硅单质、二氧化硅、硅酸、硅酸盐的物理化学性质 1．下列说法正确的是(　　) A．制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱 B．普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是混合物，无固定的熔点 C．普通玻璃俗称水玻璃 D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅元素 2．硅元素在材料领域中扮演着重要角色。下列叙述正确的是 A．石英晶体的主要成分为硅 B．硅酸钠可用作黏合剂 C．半导体材料的成分是二氧化硅 D．光导纤维的成分是硅单质 3．化学与生活密切相关，下列说法正确的是 A．墙体使用的砖瓦、水泥，是硅酸盐材料 B．使用的钢化玻璃，其主要成分只有 C．在食品袋中放入盛有硅胶的透气小袋可防止食品因氧化而变质 D．正长石的化学式为，可表示为 4．工业上制备高纯硅的流程如图。下列说法正确的是 A．自然界中既存在游离态硅，又存在化合态硅 B．步骤①中的反应会直接生成一种温室气体 C．SiO2属于酸性氧化物，能与水反应生成H2SiO3 D．以高纯二氧化硅制成的光导纤维内窥镜可直接窥视有关器官部位的变化 5．下列有关硅及其化合物的说法正确的是 A．硅在自然界主要以游离态形式存在 B．工业上用焦炭还原石英砂可制得粗硅 C．水泥、玻璃、氮化硅陶瓷都是传统无机非金属材料 D．水玻璃，均能通过一步反应实现 6．化学与生活密切相关，下列叙述错误的是 A．2025年春晚由宇树科技公司提供的机器人表演扭秧歌节目，其机器人芯片的核心材料为晶体硅 B．光纤广泛运用于通信领域传递网络、电话、电视信息，光纤的主要成分是二氧化硅 C．硅在自然界中主要以单质形式存在 D．石墨烯电阻率低、热导率高，具有很高的强度，是一种性能优异的新型材料 7．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是 A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B．反应①：，反应②：，两反应是相互矛盾的，不可能都发生 C．石英玻璃、水泥均属于硅酸盐材料 D．虽然能分别与反应，但不是两性氧化物 8．我国成功地发射了“嫦娥一号”探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(MgFe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是 A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐 B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2 C．铁橄榄石(Fe2SiO4)中铁为＋2价 D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱 9．实验室用还原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 已知：中硅元素为＋4价，沸点为，在空气中易自燃，遇水会剧烈反应生成两种酸和一种气体。 A．装置I也适用于生石灰与浓氨水反应制备氨气 B．装置II中的试剂是浓硫酸、装置III可采取冰水浴 C．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K D．与水反应的方程式为 10．下列叙述正确的是 A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似 B．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 C．因为，所以硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D．SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以二氧化硅属于两性氧化物 11．高纯硅是半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有一种工艺流程示意图如图。下列说法正确的是 A．常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅主要以游离态的形式存在 B．二氧化硅能与氢氟酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，所以是两性氧化物 C．生成粗硅的化学方程式为，杂质主要有和等 D．已知C与在同一主族，由于，用类比法得知 12．有些专家提出硅是“21世纪的能源”。下列说法错误的是 A．SiO2可溶于强碱溶液，也可溶于HF的水溶液 B．常温下Si的化学性质稳定，但在自然界中硅以化合态存在 C．水玻璃长期露置在空气中会变浑浊 D．在反应中，Si为氧化剂，H2为氧化产物 13．科学生产中蕴藏着丰富的科学知识。化学改善人类生活，创造美好世界。下列生产、生活情境中涉及的原理不正确的是 A．神舟14号飞船外壳使用的Si3N4陶瓷属于新型无机非金属材料 B．太阳能电池板广泛应用在航天器上，利用SiO2的光电性质 C．葡萄酒中通常添加少量SO2，SO2既可以杀菌又可以防止营养成分被氧化 D．景德镇的瓷器可由黏土经高温烧结而成，过程中发生了化学变化 14．中国高铁对实现“一带一路”的倡议有重要的作用。 （1）高铁上的信息传输系统使用了光导纤维,其主要成分是 ;乘务员使用的无线通话机的芯片材料是 。 （2）高铁上安装有许多玻璃,氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹,氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为 。 （3）高铁上的卫生间没有任何异味,是由于所使用的马桶、地漏和洗手盆下水口都是纳米硅胶的高科技产品。向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体,该反应的离子方程式为 。 15．三氯甲硅烷()是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为℃，易水解。实验室根据反应，利用如下装置制备粗品。回答下列问题： 已知：①(浓) ②，中H化合价为 （1）Ⅰ装置中橡胶管的作用是 。制备粗硅原理是 (用化学方程式表示)。 （2）上述装置依次连接的合理顺序为 ，a→____，____→_____，____→____(按气流方向，用小写字母表示)。实验过程中，应先点燃装置 (填“Ⅰ”或“Ⅳ”)的酒精灯。 （3）装置Ⅲ中盛放的试剂是 ，(填序号，下同)c中盛放的试剂可以是 。 ①碱石灰 ②无水 ③ ④氧化钙 ⑤浓硫酸 ⑥NaOH溶液 （4）装置Ⅱ中冰盐浴的作用为 。 （5）遇水会产生和两种酸，则在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为 。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $