第三节 无机非金属材料（举一反三专项训练，浙江专用）【上好课】化学人教版必修第二册

第三节　无机非金属材料 题型01 硅酸盐材料 题型02 单质硅的性质及其制备 题型03 二氧化硅的结构和性质 题型04 新型无机非金属材料  题型01 硅酸盐材料 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。 【归纳总结】 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 【典例1】(2025·浙江金华高一期末)下列金华博物馆珍藏文物的主要成分属于硅酸盐的是( ) A．鎏金铜水月观音 B．金代鲤鱼化龙青铜镜 C．宋代褐釉蟠龙瓷壶 D．楠木竹纹花鸟瑞兽千工床 【变式1-1】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》 【变式1-2】硅酸铜钡是当今用最新科学技术合成的一种物质，然而，科学家惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟也是硅酸铜钡。依据以上事实推测下列关于硅酸铜钡的说法错误的是( ) A．硅酸铜钡属于硅酸盐 B．硅酸铜钡难溶于水 C．硅酸铜钡难被氧化 D．硅酸铜钡易溶于水 【变式1-3】“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．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 题型02 单质硅的性质及其制备 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 (1)常温下 与氟气反应：Si＋2F2=== _________ 与氢氟酸反应：Si＋4HF=== _____________________ 与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=== _____________________ (2)加热或高温条件下 与O2反应：Si＋O2 __________ 与Cl2反应：Si＋2Cl2 __________ 与C反应：Si＋C __________ 4．高纯硅的制备 其中涉及的主要化学反应为： ①SiO2＋2C _____________________ ②Si＋3HCl _____________________ ③SiHCl3＋H2 _____________________ 【典例2】(2026·浙江宁波学业水平模拟考试)由SiO2制备高纯硅的工业流程如图所示： 下列说法错误的是( ) A．SiO2与纯硅都是硬度大，熔、沸点高的物质 B．X为CO2气体 C．反应②产生的H2与反应③产生的HCl可以循环使用 D．反应①②③均为在高温或较高温度下进行的氧化还原反应 【变式2-1】(2026·浙江A9协作体高一期中)工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。其中涉及的主要化学反应为：①(反应未配平)；②；③。下列说法正确的是( ) A．反应①中另一种生成物为CO2 B．反应②和③互为可逆反应 C．SiHCl3的空间构型为正四面体形 D．在提纯高纯硅的过程中，HCl和H2可以循环使用 【变式2-2】(2026·浙江丽水高一期中)工业制备高纯硅的主要过程如下，下列说法正确的是( ) 石英砂粗硅高纯硅 A．该过程说明非金属性： B．制备粗硅的化学反应方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑ C．原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 D．单晶硅是应用广泛的半导体材料，常用来生产光导纤维 【变式2-3】 (2025·浙江金华高一期末)高纯硅是现代信息、半导体和光伏等产业都需要的基础材料。工业提纯有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下， 下列说法正确的是( ) A．电弧炉中反应的化学方程式为：SiO2＋CSi＋CO2↑ B．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，是两性氧化物 C．SiO2具有导电性，常用作光导纤维 D．流化床反应器和还原炉中均发生置换反应 题型03 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SiO2＋2NaOH=== __________ __________ (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SiO2＋CaO _____________________。 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SiO2＋Na2CO3 _____________________；SiO2＋CaCO3 _____________________ (工业制__________)。 b.弱氧化性： ①与碳反应：SiO2+2C _____________________ (制__________)；SiO2＋3C _____________________ (制__________)； ②与Mg反应：4Mg＋SiO2_____________________；Mg2Si＋2H2O= _____________________ (制__________)； c.特性：常温下与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF=== _____________________。 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。 【易错警示】 (1)不要混淆硅和二氧化硅的用途：用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。 (2)不要混淆常见含硅物质的成分：①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。 (3)碳和硅原子结构相似，但CO2和SiO2在结构、性质上却有很大差异。解答此类问题时应注意SiO2的特性，避免机械套用CO2的性质。 (4)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。 (5)CO2与酸不反应，SiO2能与氢氟酸反应。 【典例3】(2026·浙江绍兴高一期末)下列有关硅及其化合物的说法中不正确的是( ) A．由Na2CO3+SiO2Na2SiO3＋CO2↑不能推出硅酸的酸性强于碳酸 B．SiO2能与NaOH溶液反应生成硅酸钠 C．高纯硅具有半导体性能，可用于制备计算机、通讯设备和家用电器等的芯片 D．制粗硅的反应为SiO2＋CSi(粗)＋CO2↑ 【变式3-1】下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　) A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸 B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应 D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅 【变式3-2】(2024•浙江杭州师大附中高一期末)纯二氧化硅可用下列流程制得。相关说法不正确的是( ) A．X的主要成分可用作木材防火剂 B．步骤Ⅰ的反应是SiO2+2OH-=SiO32-+H2O C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替 D．步骤Ⅲ若在实验室完成，一般在蒸发皿中进行 【变式3-3】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 题型04 新型无机非金属材料 1．新型陶瓷——碳化硅(SiC) 俗称 结构特点 主要性能 生产应用 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 2．其它新型陶瓷 材料类别 主要特性 示例 用途 高温结构陶瓷 能承受高温，强度高 氮化硅陶瓷 汽轮机叶片、轴承、永久性模具等 压电陶瓷 具有电学特性 钛酸钡陶瓷 声呐系统、气象探测等 透明陶瓷 具有光学特性 氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷 高压钠灯、激光器和高温探测窗等 超导陶瓷 具有超导性 超导陶瓷 电力、交通、医疗等 3．碳纳米材料 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 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 【典例4】(2025·浙江新阵地教育联盟一模)氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，常温下化学性质稳定，但生产成本较高。不溶于酸(氢氟酸除外)。高温下氮化炉中的氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及氧化物)和N2(含少量O2)合成氮化硅的工艺流程如下： 以下说法不正确的是( ) A．N2净化时，铜屑的作用是除去氮气中含有的少量氧气 B．X可能是硝酸或硫酸 C．连接真空装置是为了排除氮化炉中原有的氧气和水蒸气 D．氮化硅可作为高温结构陶瓷，用于制作高速切削刀具等 【变式4-1】(2026·浙江新阵地教育联盟二模)下列成分属于无机非金属材料的是( ) A．裁判员使用的定位泡沫中的丁烷 B．运动员护腿板中的碳纤维 C．足球门框的材质——铝合金 D．人造革足球的材质——PVC 【变式4-2】(2024•浙江衢州二中高一检测)我国科学家已成功合成了一种碳纤维(3nm长的管状纳米管)，这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( ) A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳 C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维复合材料不易导电 【变式4-3】(2026·浙江杭州高一期中)下列关于材料的说法中，正确的是( ) A．在副族元素中，可以找到制造催化剂、耐腐蚀的合金元素 B．氮化硅陶瓷是传统的无机非金属材料 C．华为手机芯片的主要成分是二氧化硅 D．目前世界上用途最广、使用量最大的合金是铝合金 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节　无机非金属材料 题型01 硅酸盐材料 题型02 单质硅的性质及其制备 题型03 二氧化硅的结构和性质 题型04 新型无机非金属材料  题型01 硅酸盐材料 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。 【归纳总结】 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 【典例1】(2025·浙江金华高一期末)下列金华博物馆珍藏文物的主要成分属于硅酸盐的是( ) A．鎏金铜水月观音 B．金代鲤鱼化龙青铜镜 C．宋代褐釉蟠龙瓷壶 D．楠木竹纹花鸟瑞兽千工床 【答案】C 【解析】A项，鎏金铜水月观音的材料是合金，A不符合题意；B项，青铜镜为铜合金，属于金属材料，B不符合题意；C项，瓷壶是陶瓷，主要成分是硅酸盐， C符合题意；D项，楠木竹纹花鸟瑞兽千工床属于木制品，含植物纤维，D不符合题意；故选C。 【变式1-1】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》 【答案】B 【解析】A项，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项，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项，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项，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1-2】硅酸铜钡是当今用最新科学技术合成的一种物质，然而，科学家惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟也是硅酸铜钡。依据以上事实推测下列关于硅酸铜钡的说法错误的是( ) A．硅酸铜钡属于硅酸盐 B．硅酸铜钡难溶于水 C．硅酸铜钡难被氧化 D．硅酸铜钡易溶于水 【答案】D 【解析】根据名称判断，硅酸铜钡为硅酸盐，符合硅酸盐的通性，不溶于水，稳定不易被氧化，综上所述，故选D。 【变式1-3】“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．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 【答案】C 【解析】A项，陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，不是玻璃，故A错误；B项，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，故B错误；C项，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、熔点较高特点，故C正确；D项，沙子主要成分为二氧化硅，为氧化物，不是硅酸盐，故D错误；故选C。 题型02 单质硅的性质及其制备 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 (1)常温下 与氟气反应：Si＋2F2===SiF4 与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ 与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (2)加热或高温条件下 与O2反应：Si＋O2SiO2 与Cl2反应：Si＋2Cl2SiCl4 与C反应：Si＋CSiC 4．高纯硅的制备 其中涉及的主要化学反应为： ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋3HClSiHCl3＋H2 ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl 【典例2】(2026·浙江宁波学业水平模拟考试)由SiO2制备高纯硅的工业流程如图所示： 下列说法错误的是( ) A．SiO2与纯硅都是硬度大，熔、沸点高的物质 B．X为CO2气体 C．反应②产生的H2与反应③产生的HCl可以循环使用 D．反应①②③均为在高温或较高温度下进行的氧化还原反应 【答案】B 【解析】该流程以SiO2为原料制备高纯硅：首先在高温下，SiO2与焦炭反应生成粗硅和CO；接着粗硅与HCl在553~573K下反应生成SiHCl3和H2；最后SiHCl3与H2在1380K左右反应生成纯硅和HCl，其中H2和HCl可循环使用。A项，SiO2(石英晶体)和纯硅(晶体硅)均为原子晶体，都具有硬度大、熔点高和沸点高的特点，A 正确；B项，在高温下，SiO2与焦炭反应生成的是CO气体，而非CO2(因过量焦炭会与CO2进一步反应生成CO)，所以 X 为CO，B 错误；C项，反应②产生的H2可作为反应③的反应物，反应③产生的HCl可作为反应②的反应物，二者均可循环使用，C 正确；D项，反应①(SiO2＋2CSi＋2CO↑)、反应②(Si＋3HClSiHCl3＋H2↑)、反应③(SiHCl3＋H2Si+3HCl)均有元素化合价发生变化，且都在高温或较高温度下进行，属于氧化还原反应，D 正确；故选B。 【变式2-1】(2026·浙江A9协作体高一期中)工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。其中涉及的主要化学反应为：①(反应未配平)；②；③。下列说法正确的是( ) A．反应①中另一种生成物为CO2 B．反应②和③互为可逆反应 C．SiHCl3的空间构型为正四面体形 D．在提纯高纯硅的过程中，HCl和H2可以循环使用 【答案】D 【解析】A项，反应①中SiO2与C在高温下反应生成Si和CO，而非CO2，因为碳在高温下作为还原剂通常生成CO，A错误；B项，反应②和③的条件不同(300℃与1100℃)，而可逆反应需在同一条件下进行，因此反应②和③不为可逆反应，B错误；C项，SiHCl3中Si的价层电子对数为4，为四面体构型，但三个Cl和一个H取代基不同，故不属于正四面体形结构，C错误；D项，反应②生成的H2用于反应③，反应③生成的HCl可循环用于反应②，因此HCl和H2可循环使用，D正确；故选D。 【变式2-2】(2026·浙江丽水高一期中)工业制备高纯硅的主要过程如下，下列说法正确的是( ) 石英砂粗硅高纯硅 A．该过程说明非金属性： B．制备粗硅的化学反应方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑ C．原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 D．单晶硅是应用广泛的半导体材料，常用来生产光导纤维 【答案】C 【解析】A项，该反应在高温下进行，不能直接比较C和Si的非金属性，非金属性应通过其他方法(如最高价氧化物酸性)判断，A错误；B项，制备粗硅的正确反应为SiO2＋2CSi＋2CO↑，B错误；C项，HCl和H2中若含水和氧气，可能引发副反应或爆炸，需充分去除以保证反应安全性和纯度，C正确；D项，光导纤维由SiO2制成，单晶硅用于半导体材料，D错误；故选C。 【变式2-3】 (2025·浙江金华高一期末)高纯硅是现代信息、半导体和光伏等产业都需要的基础材料。工业提纯有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下， 下列说法正确的是( ) A．电弧炉中反应的化学方程式为：SiO2＋CSi＋CO2↑ B．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，是两性氧化物 C．SiO2具有导电性，常用作光导纤维 D．流化床反应器和还原炉中均发生置换反应 【答案】D 【解析】石英砂和焦炭高温生成粗硅和CO，HCl和粗硅生成SiHCl3，SiHCl3再和氢气生成高纯硅； A项，石英砂和焦炭高温生成粗硅和CO，SiO2＋2CSi＋2CO↑，A错误；B项，二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，但二氧化硅为酸性氧化物，不是两性氧化物，能与氢氟酸反应是二氧化硅的一个特性，B错误； C项，SiO2不具有导电性，具有良好的光学性能，常用作光导纤维，C错误；D项，流化床反应器和还原炉中反应分别为、，均为单质化合价生成另一种单质、化合物的反应，均发生置换反应，D正确；故选D。 题型03 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。 【易错警示】 (1)不要混淆硅和二氧化硅的用途：用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。 (2)不要混淆常见含硅物质的成分：①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。 (3)碳和硅原子结构相似，但CO2和SiO2在结构、性质上却有很大差异。解答此类问题时应注意SiO2的特性，避免机械套用CO2的性质。 (4)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。 (5)CO2与酸不反应，SiO2能与氢氟酸反应。 【典例3】(2026·浙江绍兴高一期末)下列有关硅及其化合物的说法中不正确的是( ) A．由Na2CO3+SiO2Na2SiO3＋CO2↑不能推出硅酸的酸性强于碳酸 B．SiO2能与NaOH溶液反应生成硅酸钠 C．高纯硅具有半导体性能，可用于制备计算机、通讯设备和家用电器等的芯片 D．制粗硅的反应为SiO2＋CSi(粗)＋CO2↑ 【答案】D 【解析】A项，该反应在高温下进行，属于固相反应，不能用于直接比较硅酸和碳酸的酸性强弱，因为酸性强弱比较通常在溶液中进行；实际上硅酸酸性弱于碳酸，因此不能推出硅酸酸性强于碳酸的说法正确，A正确；B项，二氧化硅是酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液发生反应：2NaOH+SiO2═Na2SiO3+H2O，生成硅酸钠，B正确；C项，高纯硅具有优良的半导体性能，是现代电子工业的基础材料，广泛应用于计算机、通讯设备和家用电器等的芯片制造，C正确；D项，工业制粗硅的反应为SiO2＋2CSi＋2CO↑，产物为一氧化碳而非二氧化碳；选项中的化学方程式错误，D错误；故选D。 【变式3-1】下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　) A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸 B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应 D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅 【答案】C 【解析】二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，故A错误；二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，故B错误；碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；由化学方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 mol气体时，得到0.05 mol 即1.4 g硅，故D错误。 【变式3-2】(2024•浙江杭州师大附中高一期末)纯二氧化硅可用下列流程制得。相关说法不正确的是( ) A．X的主要成分可用作木材防火剂 B．步骤Ⅰ的反应是SiO2+2OH-=SiO32-+H2O C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替 D．步骤Ⅲ若在实验室完成，一般在蒸发皿中进行 【答案】D 【解析】Na2SiO3作为防火剂，A项正确； SiO2与NaOH反应产生Na2SiO3和H2O，SiO2和H2O不能拆写，其余拆写为离子，B项正确；反应Ⅱ利用较强酸制较弱酸，H2CO3酸性强于H2SiO3，可以替换稀硫酸，C项正确；固体灼烧在坩埚中进行，D项错误。 【变式3-3】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 【解析】A项，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项，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项，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项，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。 题型04 新型无机非金属材料 1．新型陶瓷——碳化硅(SiC) 俗称 结构特点 主要性能 生产应用 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 2．其它新型陶瓷 材料类别 主要特性 示例 用途 高温结构陶瓷 能承受高温，强度高 氮化硅陶瓷 汽轮机叶片、轴承、永久性模具等 压电陶瓷 具有电学特性 钛酸钡陶瓷 声呐系统、气象探测等 透明陶瓷 具有光学特性 氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷 高压钠灯、激光器和高温探测窗等 超导陶瓷 具有超导性 超导陶瓷 电力、交通、医疗等 3．碳纳米材料 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 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 【典例4】(2025·浙江新阵地教育联盟一模)氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，常温下化学性质稳定，但生产成本较高。不溶于酸(氢氟酸除外)。高温下氮化炉中的氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及氧化物)和N2(含少量O2)合成氮化硅的工艺流程如下： 以下说法不正确的是( ) A．N2净化时，铜屑的作用是除去氮气中含有的少量氧气 B．X可能是硝酸或硫酸 C．连接真空装置是为了排除氮化炉中原有的氧气和水蒸气 D．氮化硅可作为高温结构陶瓷，用于制作高速切削刀具等 【答案】B 【解析】起始原料为工业硅块，其中含有少量杂质(如铁、铜的单质及氧化物)，在600℃下进行灼烧，铜屑与氧气反应生成氧化铜，从而去除氮气中的氧气，在“氮化炉”中硅与氮气反应生成氮化硅，反应产物中含有未反应的工业硅及其中的杂质(如铁、铜的单质及氧化物)，使用稀酸X进行酸洗以溶解这些杂质。酸洗后用蒸馏水水洗，去除残留的酸和可溶性盐，最终经过干燥或研磨等步骤，得到纯化的氮化硅产品。A项，氮气中含少量氧气，铜屑在600℃时与氧气反应生成氧化铜，可除去氧气，A正确；B项，工业硅含Fe、Cu的单质及氧化物，酸洗需除去这些杂质，稀硫酸与Cu单质不反应，无法除去Cu单质，稀硝酸可与Cu、Fe单质及氧化物反应，故X只能是硝酸，不可能是硫酸，B错误；C项，高温下氧气和水蒸气会腐蚀氮化硅，连接真空装置可排除氮化炉中原有的氧气和水蒸气，C正确；D项，氮化硅熔点高、硬度大，可作为高温结构陶瓷用于高速切削刀具，D正确；故选B。 【变式4-1】(2026·浙江新阵地教育联盟二模)下列成分属于无机非金属材料的是( ) A．裁判员使用的定位泡沫中的丁烷 B．运动员护腿板中的碳纤维 C．足球门框的材质——铝合金 D．人造革足球的材质——PVC 【答案】B 【解析】A项，丁烷属于有机小分子化合物，是有机物，不属于无机非金属材料，A错误；B项，碳纤维的主要成分为碳单质，属于新型无机非金属材料，B正确；C项，铝合金属于合金，归类为金属材料，不属于无机非金属材料，C错误；D项，PVC是聚氯乙烯，属于有机合成高分子材料，不属于无机非金属材料，D错误；故选B。 【变式4-2】(2024•浙江衢州二中高一检测)我国科学家已成功合成了一种碳纤维(3nm长的管状纳米管)，这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( ) A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳 C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维复合材料不易导电 【答案】D 【解析】A项，这种碳纤维的强度高、刚度高、密度小、熔点高、化学稳定性好，是制造飞机的理想材料，说法正确，故A不选；B项，它的主要组成元素是碳，说法正确，故B不选；C项，这种碳纤维的化学性质稳定，抗腐蚀能力强，说法正确，故C不选；D项，碳纤维复合材料其主要元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电，说法错误，故D选；故选D。 【变式4-3】(2026·浙江杭州高一期中)下列关于材料的说法中，正确的是( ) A．在副族元素中，可以找到制造催化剂、耐腐蚀的合金元素 B．氮化硅陶瓷是传统的无机非金属材料 C．华为手机芯片的主要成分是二氧化硅 D．目前世界上用途最广、使用量最大的合金是铝合金 【答案】A 【解析】A项，副族元素(过渡金属)如Fe、Ni、Cr等常用于制造催化剂和耐腐蚀合金(如不锈钢)，A正确；B项，氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，而非传统硅酸盐材料，B错误；C项，手机芯片主要成分是高纯度硅，而非二氧化硅，C错误；D项，用途最广、使用量最大的合金是钢(铁碳合金)，而非铝合金，D错误；故选A。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $