5.3 无机非金属材料（举一反三专项训练，天津专用） 【上好课】 化学人教版必修第二册

5.3 无机非金属材料 题型01 硅的结构和性质 题型02 二氧化硅的结构和性质 题型03 硅酸和硅酸盐的性质 题型04 传统无机非金属材料的种类和应用 题型05 新型无机非金属材料的种类和用途 题型01 硅的结构和性质 1.硅的存在、位置与结构 （1）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。 （2）位置：硅元素位于元素周期表中位于第 周期 族 （3）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 元素，与 形成共价键，硅单质晶体是 晶体（）。 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——硅的化学性质 ，主要形成 化合物 a．常温 常温下，硅的化学性质不活泼，除 、 、 外不跟其他物质反应。 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: 。 b．高温 加热或高温条件下，硅也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： 。 4.硅的用途：用作 材料、 电池、 芯片和 设备等。 5.高纯硅的制备 （1）制备原理：用 还原石英砂，得到含少量杂质的 ，然后转化为 ，再经 还原得到高纯硅。 （2）制备流程： （3）涉及的主要化学反应 (a) 【思考】能否通过反应SiO2＋2CSi＋2CO↑证明C、Si的还原性强弱？ 【参考答案】氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。 (b) (c) 【典例1】（24-25高一下·天津·期中）单晶硅是现代信息技术的基础材料。工业上制备硅的反应原理为，下列说法不正确的是 A．该反应为置换反应 B．是氧化剂 C．1mol C参加反应转移2mol电子 D．自然界中硅主要以游离态形式存在 【变式1-1】（25-26高三上·天津·阶段练习）下列有关物质性质与用途对应关系错误的是 A．浓硫酸具有吸水性，可用作干燥剂 B．金属铝具有还原性，可用于冶炼金属 C．单晶硅熔点高，可用于制造芯片 D．Fe3+具有氧化性，可用氯化铁溶液腐蚀铜电路板 【变式1-2】（25-26高三上·天津南开·期中）稻壳制备纳米Si的流程图如下。 下列说法正确的是 A．纳米Si属于胶体 B．盐酸在该工艺中体现了还原性 C．高纯可用于制造硅太阳能电池 D．制备纳米Si： 【变式1-3】关于硅及其化合物用途的叙述中，不正确的有 A．Na2SiO3可用作助燃剂 B．不能用石英坩埚加热氢氧化钠固体 C．玻璃、水泥和陶瓷是生活中常见的硅酸盐材料 D．硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 题型02 二氧化硅的结构和性质 1.二氧化硅的存在 自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，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。 2.二氧化硅的物理性质：纯净的SiO2是 的，其熔、沸点 ，硬度 ，不溶于 ，也不 。 3.二氧化硅的结构 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 。 4.二氧化硅的化学性质 a.酸性氧化物，是硅酸的酸酐，但不与 反应。 ①SiO2可以与 反应，生成 ，如与氢氧化钠反应的化学方程式为 （Na2SiO3俗称 ，其水溶液俗称 ，可作 剂、 剂）； ②在高温条件下，能够与 反应，如与氧化钙反应的化学方程式为 。 ③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 ）。 b.弱氧化性： ①与碳反应： (制 )； (制 )； ②与Mg反应： ； (制 )； c.特性：常温下与氢氟酸反应的化学方程式为： 。 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。 【典例2】（24-25高一下·天津滨海新·期中）下列有关硅及其化合物的说法正确的是 A．SiO2是一种酸性氧化物，能够与水反应生成相应的酸 B．常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在 C．除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸 D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 【变式2-1】（24-25高一下·天津·期末）化学与生产、生活、科技息息相关，下列叙述正确的是 A．清华大学打造的类脑芯片——“天机芯”的主要成分与光导纤维相同 B．葡萄酒中通常含有适量的，既可以杀菌又可以防止营养成分被氧化 C．基本营养物质中的糖类、蛋白质、油脂均属于有机高分子化合物 D．“歼-20”飞机上使用的碳纤维被誉为新材料之王，是一种新型有机高分子材料 【变式2-2】（24-25高一下·天津·期中）“类推”是化学学习的一种重要方法。下列类推正确的是 A．通入溶液中先变浑浊后澄清，通入溶液中也先变浑浊后澄清 B．在足量的中燃烧生成，则在足量的中燃烧生成 C．可以与纯碱在高温下反应，也可以与石灰石在高温下反应 D．与能直接化合物生成，则与能直接化合物生成 【变式2-3】（22-23高一下·天津·期末）材料科学与现代社会生产生活密切相关，在通信方面，能同时传输大量信息，且具有较强抗干扰能力的材料是 A．光导纤维 B．塑料 C．橡胶 D．纤维 题型03 硅酸和硅酸盐的性质 硅酸 1.硅酸的物理性质：硅酸是一种 色胶状物质， 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—— 。 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 ，在与碱反应时只能与 反应。如： 。 （2）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 的载体和袋装食品、瓶装药品的 。 硅酸盐 1.硅酸钠 ①物理性质： 色、 溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性，水溶液显碱性。 ②化学性质——与酸性较硅酸强的酸反应： 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： 。 ③用途： 剂(矿物胶)、 剂和 材料。 【典例3】（24-25高一下·天津西青·期末）有下列变化：①Na2CO3→Na2SiO3，②SiO2→H2SiO3，③Na2SiO3→Na2CO3，④CaO→CaSiO3，其中通过一步反应即可实现的是 A．①④ B．②③④ C．③④ D．①③④ 【变式3-1】（22-23高一下·天津·期末）下列有关硅及其化合物的说法中不正确的是 A．在粗硅的提取中发生反应：2C+SiO22CO↑+Si，硅元素被还原 B．Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠 C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2 D．由Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸 【变式3-2】（23-24高一下·天津·期中）下列关于硅及其化合物的说法错误的是 A．硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 B．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 【变式3-3】下列说法正确的是 A．二氧化硅溶于水显酸性 B．二氧化碳通入Na2SiO3溶液中可以得到硅酸 C．二氧化硅常用作干燥剂 D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 题型04 传统无机非金属材料的种类和应用 1.传统无机非金属材料 传统无机非金属材料是指以 为主要成分的材料，具有 、 、 等特性，被广泛应用于建筑、化工、电子、航空航天等领域。 2.常见的硅酸盐材料——水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 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) 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）陶瓷：陶瓷以 为主要原料，经高温烧结而成的。 （2）玻璃：普通玻璃的主要成分为 ，它是以 为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的 而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。 （3）水泥：普通硅酸盐水泥的主要原料是 ，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏 ，再研成细粉得到普通水泥。 是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 【典例4】（24-25高一下·天津河北·期末）下列四种国宝级文物的主要成分是硅酸盐的是 A．被称为“臻于极致的青铜典范”的四羊方尊 B．被誉为“白瓷之王”的定窑孩儿枕 C．成为中国文化遗产标志的太阳神鸟金饰 D．被尊为“墨皇”的牙色麻纸本墨迹《平复帖》 A．A B．B C．C D．D 【变式4-1】（2025·天津宁河·一模）关于博物馆典藏文物的相关化学知识，判断错误的是 A．太保鼎(西周)的材质是青铜，青铜属于合金 B．竹简(汉)的成分之一纤维素属于天然高分子 C．白釉龙柄联腹传瓶(隋)，其材质是陶瓷，陶瓷属于无机非金属材料 D．乾隆款珐琅彩芍药雉鸡图玉壶春瓶(清)，其珐琅彩由矿物颜料经高温烧制而成，该颜料属于有机化合物 【变式4-2】（22-23高一下·天津·期中）化学与生产、生活密切相关，下列说法不正确的是 A．陶瓷具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 B．葡萄酒中通常含有微量，既可以杀菌又可以防止营养成分被氧化 C．石墨烯智能发热材料，属于新型无机非金属材料 D．二氧化硅是太阳能电池板的核心材料 【变式4-3】（23-24高三上·天津·阶段练习）近年我国在科学技术领域取得了举世瞩目的成就。对下列成就所涉及的化学知识的判断错误的是 A．人工心脏中含有甲基硅橡胶、聚氨酯等多种有机功能材料，其中甲基硅橡胶是一种高分子材料 B．奋斗者号潜水器载人舱外壳使用了钛合金，钛合金属于金属材料 C．高效率钙钛矿太阳能电池，其能量转化形式：太阳能→电能 D．飞船返回舱表层材料中的玻璃纤维属于天然有机高分子 题型05 新型无机非金属材料的种类和用途 1.新型陶瓷 （1）新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于 体系，在 等方面具有很多新的特性和功能。 （2）新型陶瓷的种类与用途 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石 硬度很大、高温抗氧化性能优异 砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料 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 2.碳纳米材料——新型的无机非金属材料 （1）类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 新型材料 结构特点 主要性能 主要应用 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 在溶解性、磁性、非线性光学性质、光导电性等方面表现出优异性能 工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等 碳纳米管 石墨片层卷成的直径纳米级的管状物 比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 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 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 （2）用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 3.传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别 类别 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 主要成分 硅酸盐 不一定是硅酸盐 主要特性 抗腐蚀、耐高温、质脆、经不起热冲击 大都强度高、硬度大，耐高温，另外还具有一定的电学特性、光学特性和生物功能等 【典例5】（24-25高三上·天津·阶段练习）巴黎奥运赛场上中国运动健儿绽放异彩，“中国科技”闪耀赛场内外。下列所涉及的材质为新型无机非金属的是 A．射击比赛服采用特制帆布和牛皮等材料 B．奥运会场馆中的紫色跑道使用可循环橡胶材料 C．乒乓球比赛用球采用高品质ABS塑料材料 D．自行车采用航空级纳米碳纤维材料 【变式5-1】化学与生产、生活息息相关，下列叙述错误的是 A．明矾是常用的水处理剂，可以淡化海水 B．中国新型“鹘鹰”战斗机上使用的碳纤维是一种新型无机高分子材料 C．“血液透析”利用了胶体的性质 D．葡萄酒中常添加极少量SO2，有防止葡萄酒氧化变质等作用 【变式5-2】材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法错误的是 A．可用于飞机与舰艇等的隐形涂料的聚乙炔、聚苯胺等属于导电高分子材料 B．聚酰胺纤维中的锦纶是较早通过加聚反应合成的纤维 C．高纯度的单晶硅、二氧化硅属于新型无机非金属材料 D．华为公司首创的液冷散热技术所用的石墨烯材料是无机高分子材料 【变式5-3】“中国名片”的发展受到世界瞩目，化学功不可没。下列说法正确的是 A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料 B．“神舟十三号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料 C．“复兴号”车厢连接处关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于无机金属材料 D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.3 无机非金属材料 题型01 硅的结构和性质 题型02 二氧化硅的结构和性质 题型03 硅酸和硅酸盐的性质 题型04 传统无机非金属材料的种类和应用 题型05 新型无机非金属材料的种类和用途 题型01 硅的结构和性质 1．硅的存在、位置与结构 （1）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。 （2）位置：硅元素位于元素周期表中位于第三周期 ⅣA族 （3）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，硅单质晶体是共价晶体（）。 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——硅的化学性质不活泼，主要形成四价化合物 a．常温 常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。 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 b．高温 加热或高温条件下，硅也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 4．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。 5．高纯硅的制备 （1）制备原理：用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原得到高纯硅。 （2）制备流程： （3）涉及的主要化学反应 (a)SiO2＋2CSi＋2CO↑ 【思考】能否通过反应SiO2＋2CSi＋2CO↑证明C、Si的还原性强弱？ 【参考答案】氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。 (b)Si＋3HClSiHCl3＋H2 (c)SiHCl3＋H2Si＋3HCl 【典例1】（24-25高一下·天津·期中）单晶硅是现代信息技术的基础材料。工业上制备硅的反应原理为，下列说法不正确的是 A．该反应为置换反应 B．是氧化剂 C．1mol C参加反应转移2mol电子 D．自然界中硅主要以游离态形式存在 【答案】D 【详解】A．该反应为单质与化合物反应生成新的单质和化合物，属于置换反应，A正确； B．SiO₂中Si的化合价从+4降至0，被还原，作为氧化剂，B正确； C．C的化合价从0升至+2，每1mol C转移2mol电子，C正确； D．硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐形式存在（化合态），而非游离态，D错误； 故答案为：D。 【变式1-1】（25-26高三上·天津·阶段练习）下列有关物质性质与用途对应关系错误的是 A．浓硫酸具有吸水性，可用作干燥剂 B．金属铝具有还原性，可用于冶炼金属 C．单晶硅熔点高，可用于制造芯片 D．Fe3+具有氧化性，可用氯化铁溶液腐蚀铜电路板 【答案】C 【详解】A．浓硫酸的吸水性使其能作为干燥剂，用途正确，A正确； B．铝的还原性使其在铝热反应中可冶炼金属，用途正确，B正确； C．单晶硅用于芯片制造主要依赖其半导体性质，而非熔点高，性质与用途对应错误，C错误； D．Fe3+的氧化性使其与铜反应腐蚀铜电路板，用途正确，D正确； 故选C。 【变式1-2】（25-26高三上·天津南开·期中）稻壳制备纳米Si的流程图如下。 下列说法正确的是 A．纳米Si属于胶体 B．盐酸在该工艺中体现了还原性 C．高纯可用于制造硅太阳能电池 D．制备纳米Si： 【答案】D 【分析】稻壳在一定条件下制备纳米SiO2，纳米SiO2和Mg在650℃发生置换反应生成MgO和纳米Si，加盐酸将MgO转化为MgCl2，过滤、洗涤、干燥得到纳米Si。 【详解】A．纳米Si是纯净物，不属于胶体，故A错误； B．盐酸在该工艺中溶解氧化镁生成氯化镁和水，盐酸在该反应中体现酸性，盐酸中各元素化合价未变，故未体现还原性，故B错误； C．Si是良好的半导体材料，高纯Si可用于制造硅太阳能电池，无此用途，故C错误； D．根据流程可知Mg与SiO2反应生成Si和MgO，制备纳米Si反应为，故D正确； 故选：D。 【变式1-3】关于硅及其化合物用途的叙述中，不正确的有 A．Na2SiO3可用作助燃剂 B．不能用石英坩埚加热氢氧化钠固体 C．玻璃、水泥和陶瓷是生活中常见的硅酸盐材料 D．硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 【答案】A 【详解】A．是最简单的硅酸盐，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料，A错误； B．石英坩埚与氢氧化钠固体会发生反应，所以不能用石英坩埚加热氢氧化钠固体，B正确； C．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，C正确； D．硅在地壳中含量排名第二，由于地壳运动产生的高温而易与O结合形成氧化物和硅酸盐，所以硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，D正确； 故合理选项为A。 题型02 二氧化硅的结构和性质 1．二氧化硅的存在 自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，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。 2．二氧化硅的物理性质：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。 3．二氧化硅的结构 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。 4．二氧化硅的化学性质 a.酸性氧化物，是硅酸的酸酐，但不与水反应。 ①SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（Na2SiO3俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂）； ②在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，如与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaOCaSiO3。 ③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）。 b.弱氧化性： ①与碳反应：SiO2+2CSi+2CO↑(制粗硅)；SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金刚砂)； ②与Mg反应：4Mg＋SiO22Mg2Si＋2MgO；Mg2Si＋2H2O=SiH4↑＋2Mg(OH)2(制硅化氢)； c.特性：常温下与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 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。 【典例2】（24-25高一下·天津滨海新·期中）下列有关硅及其化合物的说法正确的是 A．SiO2是一种酸性氧化物，能够与水反应生成相应的酸 B．常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在 C．除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸 D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 【答案】C 【详解】A．SiO2是酸性氧化物，但不溶于水，无法与水反应生成硅酸，A错误； B．硅在自然界中均以化合态（如SiO2、硅酸盐）存在，无游离态，B错误； C．稀盐酸与CaCO3反应生成可溶物，而SiO2不反应，过滤后可除去CaCO3，C正确； D．粗硅提纯需经过Si→SiHCl3→Si等步骤，涉及化合价变化，属于氧化还原反应，D错误； 故选C。 【变式2-1】（24-25高一下·天津·期末）化学与生产、生活、科技息息相关，下列叙述正确的是 A．清华大学打造的类脑芯片——“天机芯”的主要成分与光导纤维相同 B．葡萄酒中通常含有适量的，既可以杀菌又可以防止营养成分被氧化 C．基本营养物质中的糖类、蛋白质、油脂均属于有机高分子化合物 D．“歼-20”飞机上使用的碳纤维被誉为新材料之王，是一种新型有机高分子材料 【答案】B 【详解】A．类脑芯片“天机芯”的主要成分是硅（Si），而光导纤维的主要成分是二氧化硅（SiO2），两者成分不同，A错误； B．SO2具有还原性，可杀菌并防止葡萄酒中的营养成分被氧化，B正确； C．糖类中的单糖、二糖和油脂均不是高分子化合物，只有部分糖类（如多糖）和蛋白质属于高分子，C错误； D．碳纤维是新型无机非金属材料，而非有机高分子材料，D错误； 故选B。 【变式2-2】（24-25高一下·天津·期中）“类推”是化学学习的一种重要方法。下列类推正确的是 A．通入溶液中先变浑浊后澄清，通入溶液中也先变浑浊后澄清 B．在足量的中燃烧生成，则在足量的中燃烧生成 C．可以与纯碱在高温下反应，也可以与石灰石在高温下反应 D．与能直接化合物生成，则与能直接化合物生成 【答案】C 【详解】A．CO2与Ca(ClO)2反应生成CaCO3沉淀，过量CO2溶解沉淀；但SO2与Ca(ClO)2因发生氧化还原反应直接生成CaSO4等，不会先浑浊后澄清，A错误； B．C在足量O2中燃烧生成CO2（最高价氧化物），但S在足量O2中燃烧仍生成SO2（非最高价氧化物），类推逻辑不成立，B错误； C．SiO2与纯碱（Na2CO3）和石灰石（CaCO3）在高温下均能反应生成硅酸盐和CO2，反应原理相似，C正确； D．Fe与S直接化合生成FeS，但Cu与S反应生成Cu2S而非CuS，因Cu的金属活动性较弱，D错误； 故选C。 【变式2-3】（22-23高一下·天津·期末）材料科学与现代社会生产生活密切相关，在通信方面，能同时传输大量信息，且具有较强抗干扰能力的材料是 A．光导纤维 B．塑料 C．橡胶 D．纤维 【答案】A 【详解】光导纤维是以高纯度的二氧化硅为原料制成的，具有很强的传输信息能力，是普通电缆的千万倍，且有很强的抗干扰性，而塑料、橡胶、纤维都不具有这种性能。 故本题选A。 题型03 硅酸和硅酸盐的性质 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，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。 硅酸盐 1．硅酸钠 ①物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。 ②化学性质——与酸性较硅酸强的酸反应： 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===Na2CO3＋H2SiO3↓。 ③用途：黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料。 【典例3】（24-25高一下·天津西青·期末）有下列变化：①Na2CO3→Na2SiO3，②SiO2→H2SiO3，③Na2SiO3→Na2CO3，④CaO→CaSiO3，其中通过一步反应即可实现的是 A．①④ B．②③④ C．③④ D．①③④ 【答案】D 【详解】① → ：与在高温下反应生成和CO₂，一步完成； ② → ：不溶于水，需先与强碱反应生成硅酸盐，再加酸生成，无法一步实现； ③ → ：向溶液中通入CO₂，生成沉淀和，一步完成； ④ → ：CaO与高温下直接反应生成，一步完成； 综上，①、③、④均可一步实现，故D符合题意； 答案选D。 【变式3-1】（22-23高一下·天津·期末）下列有关硅及其化合物的说法中不正确的是 A．在粗硅的提取中发生反应：2C+SiO22CO↑+Si，硅元素被还原 B．Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠 C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2 D．由Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸 【答案】D 【详解】A．该反应中SiO2中的Si得电子被还原，A正确； B．Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气，SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，B正确； C．二氧化硅无法直接与水反应生成硅酸，因此先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液再与二氧化碳反应生成硅酸，C正确； D．酸性强弱的比较需要在没有外界条件干扰的情况下才能比较，该反应的反应条件为高温，干扰了化学反应，且硅酸钠溶液中通入二氧化碳生成硅酸，可知碳酸酸性强于硅酸，D错误； 故答案选D。 【变式3-2】（23-24高一下·天津·期中）下列关于硅及其化合物的说法错误的是 A．硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 B．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 【答案】B 【详解】A．硅元素在自然界以化合态存在，主要是硅酸盐，是构成一些岩石和矿物的基本元素，A正确；     B．水晶主要成分为二氧化硅，属于氧化物，不是硅酸盐，B错误； C．高纯度的硅是良好的半导体材料，则可用于制造计算机芯片，C正确； D．陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分是硅酸盐，陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料，D正确； 故答案为：B。 【变式3-3】下列说法正确的是 A．二氧化硅溶于水显酸性 B．二氧化碳通入Na2SiO3溶液中可以得到硅酸 C．二氧化硅常用作干燥剂 D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 【答案】B 【详解】A．二氧化硅属于酸性氧化物但和水不反应，故A错误； B．碳酸酸性大于硅酸，所以二氧化碳、水和硅酸钠反应生成原硅酸，故B正确； C．二氧化硅没有吸水性，不能做干燥剂，作干燥剂的是硅胶，故C错误； D．二氧化硅属于酸性氧化物，能溶于强碱溶液，且能溶于HF，所以可以用HF雕刻玻璃，故D错误； 答案选B。 题型04 传统无机非金属材料的种类和应用 1.传统无机非金属材料 传统无机非金属材料是指以硅酸盐为主要成分的材料，具有耐火、耐腐蚀、耐高温等特性，被广泛应用于建筑、化工、电子、航空航天等领域。 2.常见的硅酸盐材料——水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 黏土、石灰石、石膏 石灰石、石英砂、纯碱 黏土 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）陶瓷：陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。 （2）玻璃：普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。 （3）水泥：普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 【典例4】（24-25高一下·天津河北·期末）下列四种国宝级文物的主要成分是硅酸盐的是 A．被称为“臻于极致的青铜典范”的四羊方尊 B．被誉为“白瓷之王”的定窑孩儿枕 C．成为中国文化遗产标志的太阳神鸟金饰 D．被尊为“墨皇”的牙色麻纸本墨迹《平复帖》 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】A．被称为“臻于极致的青铜典范”的四羊方尊是合金不属于硅酸盐成分，A不符合题意； B．被誉为“白瓷之王”的定窑孩儿枕属于陶瓷，是硅酸盐成分，B符合题意； C．成为中国文化遗产标志的太阳神鸟金饰是合金不属于硅酸盐成分，C不符合题意； D．被尊为“墨皇”的牙色麻纸本墨迹《平复帖》是纤维素，D不符合题意。 故选B。 【变式4-1】（2025·天津宁河·一模）关于博物馆典藏文物的相关化学知识，判断错误的是 A．太保鼎(西周)的材质是青铜，青铜属于合金 B．竹简(汉)的成分之一纤维素属于天然高分子 C．白釉龙柄联腹传瓶(隋)，其材质是陶瓷，陶瓷属于无机非金属材料 D．乾隆款珐琅彩芍药雉鸡图玉壶春瓶(清)，其珐琅彩由矿物颜料经高温烧制而成，该颜料属于有机化合物 【答案】D 【详解】A．青铜是铜锡合金，属于合金，A正确； B．纤维素属于糖类，属于天然有机高分子，B正确； C．陶瓷是硅酸盐产品，属于无机非金属材料，C正确； D．珐琅彩由矿物颜料经高温烧制而成，属于无机化合物，D错误； 故选D。 【变式4-2】（22-23高一下·天津·期中）化学与生产、生活密切相关，下列说法不正确的是 A．陶瓷具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 B．葡萄酒中通常含有微量，既可以杀菌又可以防止营养成分被氧化 C．石墨烯智能发热材料，属于新型无机非金属材料 D．二氧化硅是太阳能电池板的核心材料 【答案】D 【详解】A．陶瓷具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，A正确； B．萄酒中通常含有微量SO2，既可以杀菌又可以防止营养成分被氧化，B正确； C．石墨烯智能发热材料，属于新型无机非金属材料， C正确； D．晶体硅是太阳能电池板的核心材料，D错误； 故答案为：D。 【变式4-3】（23-24高三上·天津·阶段练习）近年我国在科学技术领域取得了举世瞩目的成就。对下列成就所涉及的化学知识的判断错误的是 A．人工心脏中含有甲基硅橡胶、聚氨酯等多种有机功能材料，其中甲基硅橡胶是一种高分子材料 B．奋斗者号潜水器载人舱外壳使用了钛合金，钛合金属于金属材料 C．高效率钙钛矿太阳能电池，其能量转化形式：太阳能→电能 D．飞船返回舱表层材料中的玻璃纤维属于天然有机高分子 【答案】D 【详解】A．甲基硅橡胶属于有机高聚物，是一种高分子材料，故A正确； B．合金是金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的金属材料，所以钛合金属于金属材料，故B正确； C．太阳能电池能将太阳能转化为电能，故C正确； D．飞船返回舱表层材料中的玻璃纤维属于无机非金属材料，不是天然有机高分子，故D错误； 故答案为：D。 题型05 新型无机非金属材料的种类和应用 1.新型陶瓷 （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。 （2）新型陶瓷的种类与用途 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石 硬度很大、高温抗氧化性能优异 砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料 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 2.碳纳米材料——新型的无机非金属材料 （1）类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 新型材料 结构特点 主要性能 主要应用 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 在溶解性、磁性、非线性光学性质、光导电性等方面表现出优异性能 工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等 碳纳米管 石墨片层卷成的直径纳米级的管状物 比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 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 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 （2）用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 3.传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别 类别 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 主要成分 硅酸盐 不一定是硅酸盐 主要特性 抗腐蚀、耐高温、质脆、经不起热冲击 大都强度高、硬度大，耐高温，另外还具有一定的电学特性、光学特性和生物功能等 【典例5】（24-25高三上·天津·阶段练习）巴黎奥运赛场上中国运动健儿绽放异彩，“中国科技”闪耀赛场内外。下列所涉及的材质为新型无机非金属的是 A．射击比赛服采用特制帆布和牛皮等材料 B．奥运会场馆中的紫色跑道使用可循环橡胶材料 C．乒乓球比赛用球采用高品质ABS塑料材料 D．自行车采用航空级纳米碳纤维材料 【答案】D 【详解】A．射击比赛服采用特制帆布和牛皮等材料，属于有机材料，A错误； B．可循环橡胶材料，属于有机高分子材料，B错误； C．高品质ABS塑料材料，属于有机高分子材料，C错误； D．航空级纳米碳纤维材料，主要成分是碳，属于新型无机非金属，D正确； 故选D。 【变式5-1】化学与生产、生活息息相关，下列叙述错误的是 A．明矾是常用的水处理剂，可以淡化海水 B．中国新型“鹘鹰”战斗机上使用的碳纤维是一种新型无机高分子材料 C．“血液透析”利用了胶体的性质 D．葡萄酒中常添加极少量SO2，有防止葡萄酒氧化变质等作用 【答案】A 【详解】A．明矾只能净水，不能除去水中的可溶性盐，不能淡化海水，故A错误； B．碳纤维是一种新型无机高分子材料，故B正确； C．“血液透析”利用了胶体渗析，故C正确； D．SO2是一种抗氧化剂，在保护酒液的天然水果特性的同时防止酒液老化，故D正确； 故答案选A。 【变式5-2】材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法错误的是 A．可用于飞机与舰艇等的隐形涂料的聚乙炔、聚苯胺等属于导电高分子材料 B．聚酰胺纤维中的锦纶是较早通过加聚反应合成的纤维 C．高纯度的单晶硅、二氧化硅属于新型无机非金属材料 D．华为公司首创的液冷散热技术所用的石墨烯材料是无机高分子材料 【答案】B 【详解】A．聚乙炔、聚苯胺链节上存在自由移动的电子，可以导电，属于导电高分子材料，故A正确； B．聚酰胺纤维是通过缩聚反应合成的，故B错误； C．高纯度的单晶硅、二氧化硅属于新型无机非金属材料，故C正确； D．石墨烯材料是单层石墨结构，属于无机高分子材料，故D正确； 故选：B。 【变式5-3】“中国名片”的发展受到世界瞩目，化学功不可没。下列说法正确的是 A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料 B．“神舟十三号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料 C．“复兴号”车厢连接处关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于无机金属材料 D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 【答案】B 【详解】A．钢铁是金属材料，A错误； B．高温结构陶瓷是新型无机非金属材料，B正确； C．聚四氟乙烯属于有机高分子材料，C错误； D．太阳能电池板的主要材料是硅，D错误； 故选B。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $