第5章 第3节 无机非金属材料-【优学精讲】2024-2025学年高中化学必修第二册教用Word（人教版）

本讲义聚焦无机非金属材料，系统梳理传统硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）的组成、制备及应用，延伸至新型材料（高纯硅、新型陶瓷、碳纳米材料）的性质与用途，构建从基础到前沿的知识支架。 资料通过对比传统与新型材料的结构性能培养化学观念，结合典例推断与实验分析提升科学思维，练习题与迁移应用助力学生巩固知识，课中辅助教学深化理解，课后帮助查漏补缺，强化知识应用能力。

第三节　无机非金属材料 课程 标准 1.结合实例认识无机非金属材料的组成、性能与应用之间的联系。 2.结合真实情境中的应用实例，了解硅酸盐、硅和二氧化硅的主要性质。 3.通过新型无机非金属材料的学习，认识新型无机非金属材料在生产中的应用 分点突破（一）　传统无机非金属材料——硅酸盐材料 1.无机非金属材料 （1）组成元素：多含有　硅　、　氧　等元素。 （2）分类：　传统　无机非金属材料、　新型　无机非金属材料。 （3）性能：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。 （4）应用领域：日常生活应用、航空、航天、　信息　和　新能源　等领域。 2.传统无机非金属材料——硅酸盐材料 （1）硅酸盐及其结构 ①硅酸盐的概念 硅酸盐是由硅、氧和金属等元素组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。 ②硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧　四面体　，其结构如图所示。每个Si结合　4　个O，Si在中心，O在四面体的4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。 ③硅酸盐的特性 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。 （2）常见的硅酸盐材料 材料 陶瓷 玻璃 水泥 主要成分 成分复杂 　Na2SiO3　、　CaSiO3　和　SiO2　 硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3） 生产 原料 　黏土　（含水的铝硅酸盐） 　纯碱、石灰石、石英砂　 主要原料：　石灰石、黏土　 辅助原料：适量的石膏 主要设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 用途 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 生产建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维 大量用于建筑和水利工程 1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是（　　） A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷 B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅 C.陶瓷的主要原料是黏土 D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料 解析：B　普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。 2.《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，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉（主要为青色），与造砖同法”。下列说法错误的是（　　） A.“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化 B.黏土的主要成分为含水的铝硅酸盐 C.烧制后自然冷却成青瓦，浇水冷却成红瓦 D.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 解析：C　由题意，烧制后浇水冷却成青瓦，C项错误。 分点突破（二）　新型无机非金属材料 1.高纯度含硅元素的材料——硅和二氧化硅 （1）硅元素的存在、结构 存在 原子结构示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中居第　二　位 　氧化物和硅酸盐　 第　三　周期第　ⅣA　族 （2）高纯硅的制备 其中涉及的主要化学反应为： ①　SiO2＋2CSi＋2CO↑　 ②　Si＋3HClSiHCl3＋H2　 ③　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　 （3）硅和二氧化硅的用途 ①单质硅是应用最为广泛的　半导体　材料。 高纯硅广泛用于信息技术（如硅晶片是生产　芯片　的基础材料）和新能源技术（如　硅太阳　能电池）等领域。 ②SiO2用于生产　光导纤维　。 2.新型陶瓷 （1）组成：不再限于传统的硅酸盐体系。 （2）特性和功能：在　光学　、　热学　、　电学　、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 （3）碳化硅（SiC）俗称　金刚砂　，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，还具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 （4）常见的类型：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）富勒烯：由　碳原子　构成的一系列笼形分子的总称，如　C60　，可以制碳纳米材料。 （2）碳纳米管：可以看成是由　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，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 （3）石墨烯：　只有一个碳原子直径　厚度的单层石墨，其电阻率　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在不断深入。 1.二氧化硅是一种酸性氧化物。实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚，你认为应该选哪一种？简述选择的依据。 提示： 选择铁坩埚。铁不与烧碱（NaOH）反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH反应，使得坩埚受损。 2.工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性强于硅？ 提示：不能。因为比较物质氧化性、还原性的强弱，必须是在通常情况下发生的反应，题述反应是在高温条件下发生的，所以不能比较碳和硅的还原性强弱。 3.盛NaOH溶液的试剂瓶一般是带有橡胶塞的玻璃瓶，你知道这是为什么吗？ 提示：试剂瓶的瓶塞一般是磨砂玻璃，易与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠溶液，从而使瓶塞与瓶壁黏合在一起而难以打开，所以盛NaOH溶液的试剂瓶一般是带有橡胶塞的玻璃瓶。 4.将下列左栏中的物质与右栏中对应的性质、用途用线连起来： 提示：①—c　②—a　③—e　④—b　⑤—d 1.硅及其化合物的“反常” （1）非金属的单质跟碱反应一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液反应放出H2。 （2）非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能跟氢氟酸反应：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑。 （3）非金属氧化物的晶体中一般有分子，但SiO2晶体只含有O、Si原子。 （4）酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与氢氟酸反应生成SiF4气体。 （5）无机酸一般易溶于水，但H2SiO3却难溶于水。 （6）硅酸钠俗称泡花碱，但属于盐，其水溶液俗称水玻璃。 2.最简单的硅酸盐——Na2SiO3 1.（2024·通化高一期末）自然界中硅元素主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在于地壳中。下列有关硅元素的说法正确的是（　　） A.水泥、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品 B.制造太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 C.芯片的主要材料是单晶硅 D.陶瓷和玻璃都使用共同的原料石灰石 解析：C　水晶、玛瑙主要成分为二氧化硅，是氧化物，不是硅酸盐，A错误；太阳能电池板的主要材料是硅，不是二氧化硅，B错误；晶体硅为良好的半导体材料，可用于制造芯片，C正确；石灰石是制备玻璃、水泥等物质的工业原料之一，陶瓷原料主要是黏土，D错误。 2.下列关于硅的叙述，不正确的是（　　） A.硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体 B.硅单质的导电性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，在常温下不与任何物质反应 D.当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应 解析：C　A项，晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色有金属光泽的非金属固体，正确；B项，硅在元素周期表中处于金属和非金属的分界线附近，所以硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，正确；C项，硅的化学性质不活泼，但是在常温下能与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，不正确；D项，加热和高温条件下，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应，正确。 3.（2024·石家庄高一期末）无机非金属材料中，硅一直扮演着重要的角色。下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（　　） A.Si最外层有四个电子，位于元素周期表的第三周期第ⅤA族 B.SiO2是酸性氧化物，可以与水反应：SiO2＋H2OH2SiO3 C.硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 D.碳化硅具有优异的耐高温性能是因为碳原子和硅原子通过离子键连接，硬度很大 解析：C　Si最外层有四个电子，位于元素周期表的第三周期第ⅣA族，A错误；SiO2是酸性氧化物，可与碱反应生成盐和水，但不能与水反应，B错误；硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，C正确；碳化硅具有优异的耐高温性能是因为碳原子和硅原子通过共价键连接，硬度很大，D错误。 题后点拨 1.硅的化学性质 （1）与非金属单质反应 与F2：Si＋2F2SiF4； 与Cl2：Si＋2Cl2SiCl4； 与O2：Si＋O2SiO2； （2）与酸、碱反应 ①非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑； ②硅与强碱溶液反应生成氢气：Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑。 2.二氧化硅的化学性质 （1）不溶于水，是一种酸性氧化物 ①与NaOH反应：SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O； ②与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3。 （2）二氧化硅的特性 与HF反应：SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O。 （3）二氧化硅可与某些盐反应制备玻璃 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑； SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。 3.硅酸钠（俗名泡花碱）是一种最简单的硅酸盐 （1）硅酸钠易溶于水，其水溶液具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。 （2）硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸（H2SiO3）沉淀，其离子方程式是Si＋2H＋H2SiO3↓。 （3）少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是Si＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋C。 元素及化合物间的转化与推断（分析与推理） 【典例】　某同学在学习元素及化合物知识的过程中，发现含有相同元素的物质间在一定条件下存在转化规律，绘制出如下转化关系图。 请回答下列问题： （1）若A为能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，C为红棕色气体。 ①A、B、C、D中均含有的元素是　　（填元素符号）。 ②A→B反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示：若A为能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，C是红棕色气体，则A为NH3，B为NO，C为NO2，D为HNO3。①A、B、C、D中均含有的元素是N；②A→B是氨气的催化氧化，发生反应的化学方程式是4NH3＋5O24NO＋6H2O。 （2）若A为金属单质，C为淡黄色固体。 ①A、B、C、D中均含有的元素是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （填元素符号）。 ②C→D反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　； 该反应中，发生氧化反应和还原反应的物质的物质的量之比为　　。 提示：若A为金属单质，C为淡黄色固体，则A为Na，B为Na2O，C为Na2O2，D为NaOH。①A、B、C、D中均含有的元素是Na；②C→D发生的反应是Na2O2溶于水生成NaOH和氧气，反应的离子方程式是2Na2O2＋2H2O4Na＋＋4OH－＋O2↑；该反应中，发生氧化反应和还原反应的物质均为Na2O2，并且发生氧化反应和还原反应的物质的物质的量之比为1∶1。 【规律方法】 1.物质之间的特征转化关系 （1）连续氧化反应 ABCD（酸或碱） 这类反应主要有：①NH3→HNO3；②H2S→H2SO4；③CH4→H2CO3；④Na→NaOH等。 （2）符合下列转化关系 X（盐）＋Y（强酸或强碱）Z（气体） X可能为弱酸的铵盐：（NH4）2CO3或NH4HCO3；（NH4）2S或NH4HS；（NH4）2SO3或NH4HSO3等。 （3）三角转化关系 （4）化合物＋化合物单质＋化合物： 这类反应主要有：CO＋H2O（g）CO2＋H2、 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2等。 2.解题流程 【迁移应用】 1.中学化学中常见的物质A、B、C、D、E均含同种短周期主族元素，其中A为单质，五种物质间的转化关系如图所示。下列说法错误的是（　　） A.若B、C均为氧化物，则A可能为碳单质 B.若C、D均为氧化物，则A一定为非金属单质 C.若D为Na2CO3，则A一定为钠单质 D.若E为含氧强酸，则B与C可能反应生成A 解析：C　若B、C均为氧化物，A为C，则B为CO，C为CO2，D、E可分别为Na2CO3、NaHCO3，转化关系成立，A正确；若C、D均为氧化物，A为金属单质，则A为Na，但钠及其化合物不存在题中转化关系，A一定为非金属单质，B正确；若D为Na2CO3，五种物质都含有碳元素，A可为C，B为CO，C为CO2，E可为NaHCO3，C错误；若E为含氧强酸，可为H2SO4或HNO3，C可为SO2或NO，A为S或N2，B为H2S或NH3，B与C能发生反应：2H2S＋SO23S＋2H2O或4NH3＋6NO5N2＋6H2O，D正确。 2.在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是（　　） A.SiO2SiCl4Si B.FeS2SO2H2SO4 C.SSO3H2SO4 D.NH3NOHNO3 解析：D　SiO2不与盐酸反应，A项错误；SO2H2SO3，B项错误；SSO2，C项错误。 3.已知A是一种金属单质，溶液B能使酚酞试液变红，且焰色试验呈黄色；D、F相遇会产生白烟。A、B、C、D、E、F间有如图变化关系： （1）A的名称是钠；F的化学式是HCl。 解析：A是一种金属单质，该金属能和水反应生成溶液B和气体E，溶液B能使酚酞试液变红，说明B是碱，焰色试验呈黄色，说明含有钠元素，所以B是NaOH，根据元素守恒知，A是Na，E是H2；氢气在氯气中燃烧生成HCl，则F是HCl，氢氧化钠溶液和C反应生成D，D、F相遇会产生白烟，氯化氢和氨气反应生成白烟氯化铵，则D是NH3，C是NH4Cl。根据上面的分析可知，A的名称为钠；F的化学式为HCl。 （2）B→D反应的化学方程式为NaOH＋NH4ClNaCl＋NH3↑＋H2O。 解析：在加热条件下，氯化铵和氢氧化钠反应生成氯化钠、氨气和水，反应的化学方程式为NaOH＋NH4ClNaCl＋NH3↑＋H2O。 （3）F＋DC反应的化学方程式为NH3＋HClNH4Cl。 解析：F＋DC为氨气遇氯化氢生成氯化铵的反应，反应的化学方程式为NH3＋HClNH4Cl。 （4）F在空气中遇水蒸气产生白雾现象，这白雾实际上是盐酸小液滴。 解析：HCl极易溶于水生成盐酸，所以氯化氢在空气中遇水蒸气生成盐酸小液滴而产生白雾。 1.唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于（　　） A.氧化铝 B.二氧化硅 C.硅酸盐 D.合金 解析：C　唐三彩、秦兵马俑制品由黏土经高温烧结而成，属于硅酸盐产品。 2.（2024·邯郸高一开学考）科学家最近用金属钠还原CCl4和SiCl4制得SiC纳米棒，该反应的化学方程式为8Na＋CCl4＋SiCl4SiC＋8NaCl。下列说法错误的是（　　） A.SiC和SiO2中Si元素的化合价相同 B.生成1 mol SiC，转移的电子数为8NA C.SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4均涉及氧化还原反应 D.上述反应中SiC既是氧化产物又是还原产物 解析：D　SiC和SiO2中Si元素的化合价都是＋4价，A正确； C元素由＋4价降低到－4价，因此生成1 mol SiC，转移的电子数为8NA，B正确； SiO2制备单质Si、单质Si制备SiCl4中Si元素的化合价发生了变化，均涉及氧化还原反应，C正确；该反应中SiC是还原产物，NaCl是氧化产物，D错误。 3.（2024·阿克苏段考）SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质（如图）。下列说法错误的是（　　） A.上图所含反应都不属于氧化还原反应 B.纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料 C.用盐酸可除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的碳酸钙 D.高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣 解析：A　化学反应前后有元素化合价变化的反应是氧化还原反应，题中SiO2与焦炭反应生成Si和CO的反应是氧化还原反应，A项错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，硅可用于制作半导体、芯片，纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，B项正确；CaCO3溶于盐酸生成CaCl2、H2O和CO2，SiO2和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的CaCO3，C项正确；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，CaSiO3的熔点低于SiO2的熔点，D项正确。 4.下表各组物质之间通过一步反应不可能实现如图所示转化关系的是（　　） 选项 X Y Z 对应过程的反应条件 A SiO2 Na2SiO3 H2SiO3 ①熔融Na2CO3 B NaOH NaHCO3 Na2CO3 ②加热 C N2 NO2 HNO3 ③加热 D C CO CO2 ④灼热炭粉 解析：C　N2与O2反应生成NO，而不是NO2，C项错误。 5.硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。回答下列问题： （1）Si是良好的半导体材料，试写出硅单质的一种用途：用作计算机的芯片（或硅太阳能电池）。 （2）SiO2是玻璃的主要成分之一，烧碱溶液对玻璃有腐蚀性，写出SiO2与烧碱溶液反应的离子方程式：SiO2＋2OH－Si＋H2O。 （3）Na2SiO3溶液俗称水玻璃， 往Na2SiO3溶液中通入足量CO2气体出现的现象是有白色不溶物生成。 （4）工业上常用焦炭和二氧化硅在高温条件下制备粗硅，该反应的化学方程式为2C＋SiO2Si＋2CO↑。 解析：（1）Si是良好的半导体材料，故硅单质可用作计算机的芯片或硅太阳能电池。（2）SiO2是酸性氧化物，可以与NaOH等碱溶液反应生成盐和水，反应的离子方程式为SiO2＋2OH－Si＋H2O。（3）Na2SiO3溶液俗称水玻璃。硅酸的酸性小于碳酸，往Na2SiO3溶液中通入足量CO2气体生成硅酸沉淀和碳酸氢钠，出现的现象是有白色不溶物生成。（4）焦炭和二氧化硅在高温条件下反应得到CO和硅，该反应的化学方程式为2C＋SiO2Si＋2CO↑。 1.随着“5G”时代的逐渐到来，以光导纤维为基础的信息高速通道更显重要。制造光导纤维的材料是（　　） A.二氧化硅 B.晶体硅 C.铜合金 D.不锈钢 答案：A 2.碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，下列不属于碳纳米材料的是（　　） A.碳纳米管 B.富勒烯 C.碳纤维 D.石墨烯 答案：C 3.下列关于硅酸盐的叙述中正确的是（　　） ①大部分硅酸盐难溶于水　②硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分　③硅酸盐是由氧化物组成的一类盐，能够稳定存在 A.① B.①② C.②③ D.③ 解析：B　除硅酸钠、硅酸钾等易溶于水外，大部分硅酸盐难溶于水；硅元素在地壳中含量居第二位，主要以硅酸盐和氧化物的形式稳定存在，是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂。 4.苏颂《本草图经》有关不灰木（火浣布）有如下描述：“不灰木，出上党，今泽、潞山中皆有之，盖石类也。其色青白如烂木，烧之不燃，以此得名。或云滑石之根也，出滑石[Mg3（Si4O10）（OH）2]处皆有”。“不灰木”成分可能是（　　） A.纤维素 B.硅酸盐 C.氧化铁 D.动物毛皮 解析：B　不灰木，烧之不燃，而纤维素、动物毛皮能燃烧，A、D不合题意；不灰木，盖石类也，云滑石之根也，出滑石[Mg3（Si4O10）（OH）2]处皆有，则与滑石同类，都属于硅酸盐，B符合题意；不灰木，其色青白如烂木，而氧化铁呈红色，C不合题意。 5.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是（　　） ①普通玻璃 ②水晶镜片 ③石英钟表 ④玛瑙首饰 ⑤硅太阳能电池 ⑥传输信号的光导纤维 ⑦计算机芯片 ⑧浇灌房顶的水泥 A.①②③④⑥ B.全部 C.⑤⑦⑧ D.①②⑥⑦ 解析：A　①普通玻璃中含有SiO2、Na2SiO3、CaSiO3，符合题意；②水晶镜片主要成分是SiO2，符合题意；③石英钟表主要成分是SiO2，符合题意；④玛瑙首饰主要成分是SiO2，符合题意；⑤硅太阳能电池主要成分是Si，不符合题意；⑥光导纤维主要成分是SiO2，符合题意；⑦计算机芯片的主要成分是Si，不符合题意；⑧水泥的主要成分是硅酸盐，不符合题意。 6.（2023·德阳高一段考）“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.玻璃的主要成分为Na2CO3、CaCO3和SiO2 B.生产陶瓷、玻璃、水泥都用到黏土 C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D.石英砂和黏土的主要成分均为硅酸盐 解析：C　制玻璃的主要材料为纯碱、石灰石、石英砂，玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，A错误；生产玻璃过程不会用到黏土，B错误；硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高，C正确；石英砂主要成分为SiO2，黏土的主要成分为含水的铝硅酸盐，D错误。 7.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.反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O 解析：A　稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，A正确；操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B错误；SiO2中，硅元素的化合价是＋4价，Na2SiO3中，硅元素的化合价是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C错误；反应SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O不属于复分解反应，D错误。 8.硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90％以上。 （1）下列物质不属于硅酸盐材料的是D。 A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰 （2）SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O， 工艺师常用氢氟酸（填物质名称）来雕刻玻璃，其反应的化学方程式为SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O。 （3）用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作防火剂。 （4）工业上常利用反应2C＋SiO2Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是C（填化学式，下同），氧化剂是SiO2。 解析：（1）生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，不属于硅酸盐。（2）SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。（3）Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。（4）制备硅单质的反应中，C被氧化；SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2是氧化剂。 9.在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（　　） ①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸　⑤高氯酸 ⑥氢氧化钾　⑦氧化钙　⑧氮气 A.③⑤⑦⑧ B.⑤⑦⑧ C.⑤⑧ D.⑤⑦ 解析：C　①C可以与SiO2反应，SiO2＋2CSi＋2CO↑；②纯碱（Na2CO3）可以与SiO2反应，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；③CaCO3可以与SiO2反应，SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑；④HF可以与SiO2反应，SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O；⑤HClO4不能与SiO2反应；⑥KOH可以与SiO2反应，SiO2＋2KOHK2SiO3＋H2O；⑦CaO可以与SiO2反应，CaO＋SiO2CaSiO3；⑧N2不与SiO2反应；综上所述，⑤⑧不能与SiO2反应，选C项。 10.（2024·岳阳高一段考）陶土网是由两片铁丝网夹着一张浸泡过陶土水后晾干的棉布制成，其功能和石棉网一样，但安全性更高，对人体的危害性更小。下列说法错误的是（　　） A.陶土和石棉都是硅酸盐材料 B.陶土性质稳定，在高温下不易分解 C.蒸发实验中，蒸发皿需垫上陶土网再加热 D.一种石棉化学式为Mg6Si4O10（OH）8，其氧化物形式可写为3MgO·2SiO2·2H2O 解析：C　陶土和石棉的主要成分都是硅酸盐，属于硅酸盐材料，A项正确；陶土是硅酸盐材料，一般情况下，性质稳定，在高温下不易分解，B项正确；蒸发实验中，蒸发皿下面不需要垫陶土网，C项错误；化学式为Mg6Si4O10（OH）8的石棉，用氧化物形式可表示为3MgO·2SiO2·2H2O，D项正确。 11.从石墨中分离出来的石墨烯是最薄、最坚硬、几乎透明的物质，可制成电阻率最小的纳米材料，其结构如图所示。下列关于石墨烯的说法不正确的是（　　） A.具有良好的导电性和透光性 B.石墨烯属于化合物，熔、沸点较高 C.石墨烯、金刚石互为同素异形体 D.在氧气中燃烧可能生成CO2、CO或二者的混合物 解析：B　石墨烯可制成电阻率最小的纳米材料，说明石墨烯具有良好的导电性，由于最薄且透明，故也具有良好的透光性，A正确；石墨烯属于碳的单质，不是化合物，B错误；石墨烯、金刚石是同种元素形成的不同单质，互为同素异形体，C正确；石墨烯属于碳的单质，碳能在氧气中燃烧，且完全燃烧时生成CO2，不完全燃烧时生成CO，D正确。 12.“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂（主要成分为SiO2）制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下： 下列说法错误的是（　　） A.反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2 B.流程中HCl和H2可以循环利用 C.反应①②③均为置换反应 D.生成的硅单质是光导纤维的主要成分 解析：D　反应①的化学方程式为SiO2＋2C2CO↑＋Si，SiO2是氧化剂，C是还原剂，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，A项正确；反应②中的HCl是反应物、H2是生成物，反应③中H2是反应物、HCl是生成物，故流程中HCl和H2可以循环利用，B项正确；反应①SiO2＋2C2CO↑＋Si，反应②Si＋3HClH2＋SiHCl3，反应③H2＋SiHCl3Si＋3HCl，均为置换反应，C项正确；光导纤维的主要成分是SiO2，Si单质是良好的半导体材料，D项错误。 13.含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。 （1）在元素周期表中，A位于第ⅣA族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为，A与B在原子的电子层结构上的相同点是最外层均有4个电子。 解析：含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，则A为Si，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，则C为SiO2，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D，则D为Na2SiO3。A的最外层电子数为4，位于第ⅣA族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B为碳，其原子结构示意图为；碳原子与硅原子最外层均有4个电子。 （2）易与C发生化学反应的酸是氢氟酸（填名称），反应的化学方程式是SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O。 解析：二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，化学方程式为SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O。 （3）将C与纯碱混合，高温熔融时发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将少量的E通入D的水溶液中，生成含A的化合物F。 ①分别写出生成D和F的化学反应方程式：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑， Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓。 ②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是AB（填字母）。 A.普通玻璃坩埚　B.石英玻璃坩埚　C.铁坩埚 解析：①将SiO2与纯碱混合，高温熔融时反应生成Na2SiO3，同时还生成B的最高价氧化物E，则E为CO2，化学方程式为SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；将少量的CO2与Na2SiO3水溶液反应，生成了含A的化合物F，F为H2SiO3，化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓；②普通玻璃坩埚、石英玻璃坩埚中的二氧化硅在高温下都能与碳酸钠反应，应在铁坩埚中熔化，A、B两选项符合题意。 14.工业上通常利用SiO2和焦炭反应来制取硅，写出反应的化学方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑。工业上还可以利用镁制取硅，反应为2Mg＋SiO22MgO＋Si，同时会发生副反应：2Mg＋SiMg2Si。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置，试回答下列问题： （1）由于O2和H2O（蒸气）的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体试剂可选用B（填字母）。 A.石灰石　　B.锌粒　　C.纯碱 解析：焦炭和二氧化硅在高温下反应生成硅和CO，化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。Mg可以与CO2、N2发生化学反应，Mg与H2不反应，因此可用H2作为保护气。选用的试剂为稀硫酸和锌粒，再用浓硫酸干燥。 （2）实验开始时，必须先通一段时间X气体，再加热反应物，其理由是防止加热条件下H2与空气混合爆炸；当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，其原因是Mg与SiO2的反应放热。 解析：装置中有空气，若不用H2排空装置中的空气，H2和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通H2排尽装置中的空气；Mg与SiO2反应的条件是加热，当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，这说明Mg与SiO2的反应放热。 （3）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因是副产物Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷）气体，然后SiH4自燃。用化学方程式表示这两个反应①Mg2Si＋4HCl2MgCl2＋SiH4↑，②SiH4＋2O2SiO2↓＋2H2O。 解析：Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），化学方程式为Mg2Si＋4HCl2MgCl2＋SiH4↑，SiH4常温下是一种不稳定、易自燃的气体，自燃反应的化学方程式为SiH4＋2O2SiO2↓＋2H2O，所以往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星。 14 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $