第三节 无机非金属材料（举一反三专项训练，北京专用）【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·北大附中高三模拟)中国国家地理标志产品，福建省特产“建盏”，由黄泥、粘土、红土、釉石等多种原料烧制，主要特点是Fe2O3含量高。下列有关“建盏”说法正确的是( ) A．建盏制作时，进行“揉泥、拉坯、修坯”的工序时发生了氧化还原反应 B．因含有较多Fe2O3，外表多呈棕黑色 C．产品耐腐蚀性强，可用于盛放各种酸碱 D．高温烧结过程包含复杂的化学变化 【变式1-1】(2025·北京通州高一期中)下列说法不正确的是( ) A．陶瓷以黏土为主要原料，经高温烧结而成 B．普通玻璃以黏土、石灰石和石英砂为原料制得 C．加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率 D．富勒烯，碳纳米管、石墨烯都属于无机非金属材料 【变式1-2】(2026·北京朝阳高一期末)下列材料的主要成分不属于无机非金属材料的是( ) A．陶瓷 B．普通玻璃 C．橡胶 D．硅太阳能电池 【变式1-3】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“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．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化 C．沙子和粘土的主要成分均为硅酸盐 D．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 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】(2025·北京第三十五中学高一期中)太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。第一代电池的光电转换材料是单晶硅。某单晶硅制备工艺中涉及的主要物质转化如下： 下列事实能作为“非金属性C比Si强”的证据的是( ) A．i中，C做还原剂，能置换出Si B．碳酸的酸性强于硅酸 C．碳酸的热稳定性弱于硅酸 D．碳化硅(SiC)的结构类似金刚石，硬度大 【变式2-1】 (2025·北京中国人大附中高一期中)ChatGPT是史上月活用户增长最快的消费者应用。下列说法中不正确的是( ) A．硅晶片是生产芯片的基础材料 B．芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化 C．硅在自然界中主要以单质形式存在 D．硅是应用最广泛的半导体材料 【变式2-2】(2024·北京西城一模)硅是电子工业的重要材料。利用石英砂(主要成分为SiO2)和镁粉模拟工业制硅的流程示意图如下。 已知：非金属性： 下列说法不正确的是( ) A．Ⅰ中引燃时用镁条，利用了镁条燃烧放出大量的热 B．Ⅱ中主要反应有：MgO+2HCl=MgCl2+H2O、Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑ C．为防止SiH4自燃，Ⅱ需隔绝空气 D．过程中含硅元素的物质只体现氧化性 【变式2-3】 (2025·清华大学附中高一期中)近日，清华大学等重点高校为解决中国“芯”——半导体芯片，成立了“芯片学院”。某小组拟在实验室制造硅，其流程如图： 制造原理：2Mg +SiO22MgO+Si 除杂原理：Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑，MgO+2HCl=MgCl2+H2O 下列说法中正确的是( ) A．操作1、操作2均为过滤 B．均含有共价键，等质量的二者分子数之比为8：15 C．点燃石英砂和镁粉的混合物发生的副反应为2 Mg +SiMg2Si D．当有2mol电子转移时，能生成14 g Si 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·北京十一学校高一期末)下列说法正确的是( ) A．石英是制造光导纤维的原料，也是常用的半导体材料 B．工艺师利用氢氟酸刻蚀玻璃制作艺术品 C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D．二氧化硅是酸性氧化物，溶于水可得到硅酸 【变式3-1】(2026·北京八一学校期中)“嫦娥六号”探测器成功从月球带回月壤样本。研究表明月壤中含有SiO2。SiO2属于( ) A．碱性氧化物 B．酸性氧化物 C．酸 D．碱 【变式3-2】 (2026·北京海淀高一期末)硅在地壳中的含量位居第二，关于硅及其化合物的说法不正确的是( ) A．自然界中没有游离态的硅 B．硅可用于制造芯片和太阳能电池 C．二氧化硅可用于制造光导纤维 D．氢氟酸可腐蚀玻璃，故二氧化硅不是酸性氧化物 【变式3-3】 (2026·北京丰台高一期中)下面有关含有Si元素的物质，说法正确的是( ) A．太阳能电池板由二氧化硅制作而成，而光导纤维主要成分为硅单质 B．制作玻璃时会发生反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，由此可知H2SiO3酸性比H2CO3强 C．由反应SiO2＋2CSi＋2CO↑可知的非金属性比Si强 D．由反应SiO2+2OH-= SiO32- +H2O可知盛放Na2CO3溶液的试剂瓶应使用橡胶塞而不用玻璃塞 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·北京第一十一中学高一期中)蕲春管窑镇被湖北省命名为“陶瓷之乡”，其管窑手工制陶技艺是湖北省第一批非物质文化遗产。下列说法中错误的是( ) A．陶瓷的主要原料是黏土和石灰石 B．陶瓷烧制过程中发生了化学变化 C．新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术 D．高温结构陶瓷可应用于火箭发动机 【变式4-1】下列用品中不属于新型无机非金属材料的是( ) A．压电陶瓷 B．钢化玻璃 C．富勒烯 D．结构陶瓷 【变式4-2】无机非金属材料在生产生活中应用广泛。下列说法错误的是( ) A．玻璃纤维用于高强度复合材料，其主要成分为玻璃 B．陶瓷是一种常见硅酸盐材料，可以用陶瓷坩埚熔融纯碱 C．碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，其中石墨烯具有导电性 D．碳化硅俗称金刚砂，可用作砂纸、砂轮的磨料 【变式4-3】 “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 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·北大附中高三模拟)中国国家地理标志产品，福建省特产“建盏”，由黄泥、粘土、红土、釉石等多种原料烧制，主要特点是Fe2O3含量高。下列有关“建盏”说法正确的是( ) A．建盏制作时，进行“揉泥、拉坯、修坯”的工序时发生了氧化还原反应 B．因含有较多Fe2O3，外表多呈棕黑色 C．产品耐腐蚀性强，可用于盛放各种酸碱 D．高温烧结过程包含复杂的化学变化 【答案】D 【解析】A项，“揉泥、拉坯、修坯”工序只是形状发生变化，没有新物质生成，不发生化学反应，A错误；B项，Fe2O3为红色固体，因含有较多Fe2O3，外表多呈红色，B错误；C项，“建盏”为陶瓷，但含有较多Fe2O3，因Fe2O3为金属氧化物，能与强酸(如HCl等)反应，因此不能用于盛放各种酸，C错误；D项，高温烧结过程中，原料中的成分(如黏土、Fe2O3)发生复杂化学反应(如生成硅酸盐)，属于化学变化，即高温烧结过程包含复杂的化学变化，D正确；故选D。 【变式1-1】(2025·北京通州高一期中)下列说法不正确的是( ) A．陶瓷以黏土为主要原料，经高温烧结而成 B．普通玻璃以黏土、石灰石和石英砂为原料制得 C．加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率 D．富勒烯，碳纳米管、石墨烯都属于无机非金属材料 【答案】B 【解析】A项，黏土高温烧制得到陶瓷，所以制备陶瓷的主要原料为黏土，故A正确；B项，生产普通玻璃的原料是石灰石、石英、纯碱，不用黏土，故B错误；C项，石膏可以调节普通硅酸盐水泥硬化速率，通常可用作添加剂，故C正确；D项，富勒烯、碳纳米管、石墨烯是碳单质，互为同素异形体，都属于无机非金属材料，故D正确；故选B。 【变式1-2】(2026·北京朝阳高一期末)下列材料的主要成分不属于无机非金属材料的是( ) A．陶瓷 B．普通玻璃 C．橡胶 D．硅太阳能电池 【答案】C 【解析】A项，陶瓷的主要成分为硅酸盐，属于无机非金属材料，A不符合题意；B项，玻璃的主要成分为硅酸盐，属于无机非金属材料，B不符合题意；C项，橡胶为有机物，C不符合题意；D项，太阳能电池的主要成分为硅，属于无机非金属材料，D不符合题意；故选C。 【变式1-3】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“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．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化 C．沙子和粘土的主要成分均为硅酸盐 D．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 【答案】C 【解析】制作砖瓦和陶瓷的主要原料是粘土，故A错误；，粘土的主要成分均为硅酸盐，灼烧使粘土发生复杂的物理化学变化，故B正确；沙子的主要成分是二氧化硅，粘土的主要成分均为硅酸盐，故C错误；浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法，所以烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦，故D正确。 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】(2025·北京第三十五中学高一期中)太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。第一代电池的光电转换材料是单晶硅。某单晶硅制备工艺中涉及的主要物质转化如下： 下列事实能作为“非金属性C比Si强”的证据的是( ) A．i中，C做还原剂，能置换出Si B．碳酸的酸性强于硅酸 C．碳酸的热稳定性弱于硅酸 D．碳化硅(SiC)的结构类似金刚石，硬度大 【答案】B 【解析】某单晶硅制备工艺，步骤Ⅰ中发生反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑,步骤Ⅱ发生反应：，步骤Ⅲ发生反应：。A项，ⅰ中C在高温下还原二氧化硅为硅单质，同时生成一氧化碳逸出使得反应能够进行，不能说明“非金属性C比Si强”，A错误；B项，非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，碳酸的酸性强于硅酸，能说明“非金属性C比Si强”，B正确；C项，非金属性越强，其简单氢化物稳定性越强；而碳酸的热稳定性弱于硅酸，不能说明“非金属性C比Si强”，C错误；D项，碳化硅(SiC)的结构类似金刚石，硬度大，与晶体类型有关，不能说明“非金属性C比Si强”，D错误；故选B。 【变式2-1】 (2025·北京中国人大附中高一期中)ChatGPT是史上月活用户增长最快的消费者应用。下列说法中不正确的是( ) A．硅晶片是生产芯片的基础材料 B．芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化 C．硅在自然界中主要以单质形式存在 D．硅是应用最广泛的半导体材料 【答案】C 【解析】A项，硅晶片是优良的半导体材料，是生产芯片的基础材料，故A正确；B项，光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成，属于化学变化，故B正确；C项，硅元素是亲氧元素，在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，故C错误；D项，硅是优良的半导体材料，可用于制造和生产芯片，故D正确；故选C。 【变式2-2】(2024·北京西城一模)硅是电子工业的重要材料。利用石英砂(主要成分为SiO2)和镁粉模拟工业制硅的流程示意图如下。 已知：非金属性： 下列说法不正确的是( ) A．Ⅰ中引燃时用镁条，利用了镁条燃烧放出大量的热 B．Ⅱ中主要反应有：MgO+2HCl=MgCl2+H2O、Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑ C．为防止SiH4自燃，Ⅱ需隔绝空气 D．过程中含硅元素的物质只体现氧化性 【答案】D 【解析】I中发生的反应有：2Mg +SiO22MgO+Si、2 Mg +SiMg2Si；Ⅱ中MgO、Mg2Si与盐酸反应。A项，因为SiO2与镁反应需要能量，所以I中引燃时用镁条，利用了镁条燃烧放出大量的热，A正确；B项，因为硅与盐酸不反应，所以Ⅱ中主要反应有：MgO+2HCl=MgCl2+H2O、Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑，B正确；C项，因为SiH4容易自燃，所以为防止SiH4自燃，Ⅱ需隔绝空气，C正确；D项，因为非金属性：，所以SiH4中硅元素为+4价，而Mg2Si中硅元素为-4价，所以在Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑中，含硅元素的物质体现还原性，D错误；故选D。 【变式2-3】 (2025·清华大学附中高一期中)近日，清华大学等重点高校为解决中国“芯”——半导体芯片，成立了“芯片学院”。某小组拟在实验室制造硅，其流程如图： 制造原理：2Mg +SiO22MgO+Si 除杂原理：Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑，MgO+2HCl=MgCl2+H2O 下列说法中正确的是( ) A．操作1、操作2均为过滤 B．均含有共价键，等质量的二者分子数之比为8：15 C．点燃石英砂和镁粉的混合物发生的副反应为2 Mg +SiMg2Si D．当有2mol电子转移时，能生成14 g Si 【答案】C 【解析】A项，将溶液和固体分开，采用过滤操作，操作1为过滤，操作2为洗涤和烘干，故A错误；B项，SiO2是共价晶体，没有分子，故B错误；C项，由除杂原理可知副反应为：2 Mg +SiMg2Si，故C正确；D项，当有2mol电子转移时，参加反应的Mg物质的量为1mol，能生成0.5mol单质硅，但因有副反应发生，最终获得的Si的质量少于14g，故D错误；故选C。 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·北京十一学校高一期末)下列说法正确的是( ) A．石英是制造光导纤维的原料，也是常用的半导体材料 B．工艺师利用氢氟酸刻蚀玻璃制作艺术品 C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D．二氧化硅是酸性氧化物，溶于水可得到硅酸 【答案】B 【解析】A项，石英(主要成分SiO2)是制造光导纤维的原料，但制造半导体的材料为高纯度单质硅，而非二氧化硅，A错误；B项，氢氟酸(HF)能与玻璃中的SiO2反应： SiO2+4HF=2H2O+SiF4↑，该性质被用于玻璃雕刻，B正确；C项，水晶项链主要成分为二氧化硅，属于氧化物，不是硅酸盐制品，C错误；D项，SiO2是酸性氧化物，但不溶于水，需先与NaOH反应生成Na2SiO3，再酸化制取硅酸，D错误；故选B。 【变式3-1】(2026·北京八一学校期中)“嫦娥六号”探测器成功从月球带回月壤样本。研究表明月壤中含有SiO2。SiO2属于( ) A．碱性氧化物 B．酸性氧化物 C．酸 D．碱 【答案】B 【解析】A项，SiO2不能与酸反应生成盐和水(HF除外)，不属于碱性氧化物，A错误；B项，SiO2能与强碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，B正确；C项，酸需在水溶液中解离出H+，而SiO2不含氢元素，且结构不符合酸的定义，C错误；D项，碱能电离出OH-，SiO2不能电离出OH-，不属于碱，D错误；故选B。 【变式3-2】 (2026·北京海淀高一期末)硅在地壳中的含量位居第二，关于硅及其化合物的说法不正确的是( ) A．自然界中没有游离态的硅 B．硅可用于制造芯片和太阳能电池 C．二氧化硅可用于制造光导纤维 D．氢氟酸可腐蚀玻璃，故二氧化硅不是酸性氧化物 【答案】D 【解析】A项，硅为亲氧元素，自然界中硅以化合态存在(如二氧化硅、硅酸盐)，没有游离态，A正确；B项，高纯度硅是半导体材料，广泛用于芯片和太阳能电池，B正确；C项，二氧化硅是光导纤维的主要成分，C正确；D项，氢氟酸腐蚀玻璃(SiO2+4HF=2H2O+SiF4↑)是特性反应，但酸性氧化物的定义是与强碱反应生成盐和水(如2NaOH+SiO2═Na2SiO3+H2O)，D错误；故选D。 【变式3-3】 (2026·北京丰台高一期中)下面有关含有Si元素的物质，说法正确的是( ) A．太阳能电池板由二氧化硅制作而成，而光导纤维主要成分为硅单质 B．制作玻璃时会发生反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，由此可知H2SiO3酸性比H2CO3强 C．由反应SiO2＋2CSi＋2CO↑可知的非金属性比Si强 D．由反应SiO2+2OH-= SiO32- +H2O可知盛放Na2CO3溶液的试剂瓶应使用橡胶塞而不用玻璃塞 【答案】D 【解析】A项，太阳能电池板由硅单质制作而成，而光导纤维主要成分为二氧化硅，A错误；B项，酸性强弱通常通过它们在水溶液中电离出H+的能力来判断，制作玻璃时会发生反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，只能知道在高温下二者能反应，不能直接反应两种酸的相对强弱，B错误；C项，非金属性是指元素吸引电子的能力，表现为氧化性，该反应SiO2＋2CSi＋2CO↑中碳作还原剂将二氧化硅还原成硅单质，碳表现还原性，不能说明非金属性强弱， C错误；D项，反应SiO2+2OH-= SiO32- +H2O说明二氧化硅可以与碱性物质反应，玻璃的主要成分有二氧化硅，长期与碱性物质(Na2CO3溶液)接触会发生反应，导致瓶塞与瓶口粘连，因此盛放Na2CO3溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，D正确；故选D。 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·北京第一十一中学高一期中)蕲春管窑镇被湖北省命名为“陶瓷之乡”，其管窑手工制陶技艺是湖北省第一批非物质文化遗产。下列说法中错误的是( ) A．陶瓷的主要原料是黏土和石灰石 B．陶瓷烧制过程中发生了化学变化 C．新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术 D．高温结构陶瓷可应用于火箭发动机 【答案】A 【解析】A项，生产陶瓷的主要原料是黏土，A错误；B项，陶瓷烧制过程中发生了复杂的物理及化学变化，B正确；C项，新型超导陶瓷具有超导性，可应用于磁悬浮技术，C正确；D项，高温结构陶瓷具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能，可用于火箭发动机，D正确；故选A。 【变式4-1】下列用品中不属于新型无机非金属材料的是( ) A．压电陶瓷 B．钢化玻璃 C．富勒烯 D．结构陶瓷 【答案】B 【解析】A项，压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于新型无机非金属材料，故A正确；B项，钢化玻璃属于传统无机非金属材料，故B错误；C项，‌富勒烯是一种由碳组成的分子，属于新型无机非金属材料，故C正确；D项，结构陶瓷具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、高硬度、高强度，属于新型无机非金属材料，故D正确；故选B。 【变式4-2】无机非金属材料在生产生活中应用广泛。下列说法错误的是( ) A．玻璃纤维用于高强度复合材料，其主要成分为玻璃 B．陶瓷是一种常见硅酸盐材料，可以用陶瓷坩埚熔融纯碱 C．碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，其中石墨烯具有导电性 D．碳化硅俗称金刚砂，可用作砂纸、砂轮的磨料 【答案】B 【解析】A项，玻璃纤维是纤维状的玻璃，其主要成分为玻璃，常用于高强度复合材料，故A正确；B项，陶瓷中的硅酸盐在高温条件下能与纯碱反应，故B错误；C项，碳纳米材料的主要成分为碳，属于新型无机非金属材料，石墨烯具有石墨的层状结构，具有导电性，故C正确；D项，碳化硅为共价晶体，具有高硬度，可用作砂纸、砂轮的磨料，故D正确；故选B。 【变式4-3】 “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 【解析】A项，钢铁是金属材料，A错误；B项，高温结构陶瓷是新型无机非金属材料，B正确；C项，聚四氟乙烯属于有机高分子材料，C错误；D项，太阳能电池板的主要材料是硅，D错误；故选B。 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 $