专题03 无机非金属材料（期中培优讲义）高一化学下学期人教版

专题03 无机非金属材料 目 录 第一部分 知识体系·导图构型 第二部分 重难剖析·方法技巧 重点01 硅酸盐材料 重点02 硅单质 重点03 二氧化硅 重点04 硅酸 重点05 新型无机非金属材料 第三部分 典例精析·迁移应用 第四部分 考场练兵·分层实战 夯实基础·综合应用·思维拔高 重点一 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。 3.硅酸盐材料的主要性质 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。 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 复杂的物理、化学变化过程 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) 、 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 。 重点二 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。 化学方程式 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。 重点三 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、 、 、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 (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： (制粗硅)； (制金刚砂)； 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。 重点四 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 。 重点五 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 传统与新型无机非金属材料的性质及用途 【典例1】（25-26高二上·安徽·期中）科技创新是新质生产力的核心要素。下列说法错误的是 A．制造飞机的材料——氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料 B．开启航运氢能时代——氢气是一种理想的绿色能源 C．打造北斗卫星系统——与星载铷钟所用的化学性质不同 D．突破量子通信技术——作为传输介质的光纤其主要成分为二氧化硅 【迁移应用1】（25-26高三上·江苏苏州·期中）2025年诺贝尔化学奖与金属有机框架(MOFs)的研发有关。MOFs以金属为节点、有机分子为连接，形成具有规则多孔结构、内部表面积巨大的化合物。因金属及有机分子的不同，MOFs种类很多。下列关于MOFs说法不正确的是 A．可用于二氧化碳的捕捉 B．可作氢气、甲烷等存储材料 C．可制作具有活性位点多的催化剂 D．属于硅酸盐材料 【迁移应用2】（25-26高二上·湖南·期中）2025年9月3日，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在天安门广场隆重举行，各种大国重器震撼亮相。下列说法正确的是 A．歼-10表演机在空中拉出的彩色烟带属于丁达尔效应 B．歼-20战斗机机身使用的铝合金硬度比纯铝大 C．高音速导弹热防护涂层为超高温陶瓷，该超高温陶瓷属于金属材料 D．无人机主控芯片的主要成分为二氧化硅 硅及其氧化物的性质和用途 【典例2】（24-25高一下·天津滨海新区·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 【迁移应用1】（24-25高一下·江苏南京·期中）下列化学方程式的书写不正确的是 A．焦炭与石英砂反应：SiO2＋CSi＋CO2↑ B．SiHCl3转化为高纯硅的化学方程式：SiHCl3＋H2Si＋3HCl C．硅与氢氧化钠溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑ D．氢氟酸与玻璃中的SiO2反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O 【迁移应用2】（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）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 硅的制备 【典例3】（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： 【迁移应用1】（24-25高一下·浙江杭州·期中）工业上以石英砂()为原料制取单质硅，其工艺流程如图所示。下列说法正确的是 A．①②③均属于置换反应 B．副反应，其中氧化产物和还原产物的物质的量之比为 C．二氧化硅为良好的半导体材料，可用于制造芯片 D．是酸性氧化物，可以与反应生成 【迁移应用2】（24-25高一下·山东济宁·期中）Ⅰ．手机芯片的主要材料由单晶硅制作，要求硅的纯度高达99.99%以上，而工业上利用焦炭还原得到的粗硅纯度只有98%到99%，需要对粗硅进行提纯。 (1)石英砂的主要成份是___________(写名称)。 (2)写出制取粗硅的化学方程式___________。 (3)该流程中能够循环使用的物质是___________(写化学式)。 (4)写出与过量反应的化学方程式___________。 Ⅱ．为了研究合金M的组成，设计了如下实验： 已知：白色沉淀C能溶于稀盐酸，产生无色无味的气体。 (5)合金M中含有的元素为___________(写元素符号)。 (6)检验白色沉淀C是否洗涤干净的方法为___________。 (7)写出A中的红棕色气体与反应生成无毒气体的化学方程式___________。 硅酸及硅酸盐的性质和用途 【典例4】（25-26高一下·山东·期中）下列说法正确的是 A．在粗硅的制取中发生反应，硅被还原，所以碳的还原性强于硅 B．光导纤维的主要成分是单晶硅 C．用制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入 D．由可知，硅酸的酸性强于碳酸 【迁移应用1】（多选）（24-25高一下·上海·期中）关于硅酸溶胶的下列说法正确的是 A．其分散质粒子直径在100～200nm之间 B．丁达尔效应可区分硅酸溶胶与NaClO溶液 C．硅酸与NaCl不反应，因此在硅酸溶胶中加入NaCl，也不会产生沉淀 D．通入溶液中可以生成沉淀 【迁移应用2】（24-25高一上·北京海淀·期中）某同学为了比较碳酸和硅酸酸性的相对强弱，用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。 资料： I．复分解反应中，酸性较强的酸可以与酸性较弱的酸对应的盐反应，生成酸性较弱的酸和酸性较强的酸对应的盐，即“强酸制弱酸”。例如：H2SO4酸性强于H2CO3，故H2SO4可以与Na2CO3反应生成H2CO3(继续分解为CO2和H2O)和Na2SO4. Ⅱ．硅酸为白色胶状沉淀，难溶于水。 实验操作步骤： ①打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。 ②A中看到白色沉淀时，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当……，关闭活塞a． 请回答： (1)A中反应的化学方程式是___________，B中反应的离子方程式是___________。 (2)通过实验可知，盐酸具有的性质是___________(填字母序号)。 A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性 (3)X是NaHCO3，C装置的作用为___________，C中发生反应的离子方程式为___________。 (4)为了验证碳酸的酸性强于硅酸，步骤②中未写出的现象是___________。D中反应的化学方程式是___________。 夯实基础 1．（24-25高一下·新疆伊犁·期中）化学与生活密切相关，下列说法错误的是 A．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 B．硬铝密度小、强度高，是制造飞机和载人飞船的理想材料 C．硫酸钡可用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“钡餐” D．氮化镓(GaN)是新型半导体材料，可用于制作手机快速充电器 2．（24-25高一下·江西上饶·期中）下列叙述正确的是 A．是酸性氧化物，可以用玻璃瓶盛放氢氟酸 B．的水溶液黏结力强，实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用玻璃塞 C．是一种抗氧化剂，能防止食品中的一些成分被氧化 D．是一种无色气体，扩散到大气中会形成酸雨 3．（25-26高一上·湖南·期中）2025年10月31日，中国半导体产业在光刻机技术领域取得新进展，杭州璞璘科技已成功交付首台半导体级步进式纳米压印光刻系统(PL-SR系列)，可实现10 nm级制程加工，为芯片制造提供低成本替代路径。晶体硅(单质)是芯片的主要成分之一、下列有关说法正确的是 A．光刻胶是制造芯片的关键材料，光刻胶(金属氧化物纳米颗粒)直径较小，可以透过半透膜 B．晶体硅、无定形硅是硅元素的同素异形体，二者化学性质完全不同 C．工业粗硅的冶炼方法为，在该反应中作氧化剂 D．晶体硅是一种性能优良的半导体材料，它属于非电解质 4．（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 5．（24-25高一下·吉林长春·期中）碳、硅及其化合物常用作性能优异的无机非金属材料。比如氮化硅，其熔点高、硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定。有关碳、硅及其化合物的说法不正确的是 A．硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂 C．氮化硅的化学式为，是一种新型无机非金属材料 D．硅在自然界中主要以单质形式存在，硅是应用最广泛的半导体材料 6．（24-25高一下·四川内江·期中）材料是人类赖以生存和发展的物质基础，而无机非金属材料在各个领域都扮演着重要的角色。下列说法错误的是 A．华为“麒麟980”芯片的主要成分是硅 B．波尔多液是用胆矾和石灰乳混合制成的一种常见的农药 C．普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂 D．“天问一号”探测器上使用的新型SiC增强铝基复合材料属于新型硅酸盐材料 7．（24-25高一下·内蒙古包头·期中）下列有关实验装置能够达到相应实验目的的是 选项 A B 实验装置 实验目的 证明酸性强弱：盐酸>碳酸>硅酸 氨气的尾气处理 选项 C D 实验装置 实验目的 制作红色喷泉 装置除去中的杂质 8．（24-25高一下·河南周口·月考）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．（22-23高一下·山西忻州·期中）下列叙述正确的是 ①高温下用焦炭还原制取粗硅 ②与酸、碱均不反应 ③二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 ④是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应 ⑤与化学式相似，物理性质也相同 A．①②③ B．②③ C．①④ D．①②③④⑤ 10．（24-25高一下·湖南长沙·期中）近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型硅酸盐材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4 B．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池 C．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于有机材料 综合运用 11．（24-25高一下·湖南·期中）氮化硅可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过以下反应制备：(未配平)。下列说法错误的是（ ） A．含有共价键 B．该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 C．既不是氧化剂也不是还原剂 D．氮化硅可用于生产高温结构陶瓷 12．（24-25高一下·内蒙古包头·期中）高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，工业上制备高纯硅的工艺流程如图所示(SiHCl3中Si为＋4价)。下列说法错误的是 A．电弧炉中主要发生的反应为SiO2＋2CSi＋2CO↑ B．在流化床反应器中，通入的HCl是氧化剂 C．在还原炉中，每生成1mol高纯硅，转移2mole- D．流程中H2和HCl均能循环使用 13．实验室用还原(沸点：31.85℃)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 A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于实验室制 14．（24-25高一下·辽宁·期中）材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料等。 (1)硅酸盐材料是重要的传统无机非金属材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一，下列不属于传统硅酸盐产品的是_____（填序号）。 ①光导纤维    ②水泥    ③玻璃    ④陶瓷 (2)氟硅酸钾常用于木材防腐和陶瓷制造，一种以石英砂（主要成分是二氧化硅）和氢氟酸为原料制备氟硅酸钾的工艺流程如图所示。 回答下列问题： ⅰ.下列说法错误的是_____。 A．反应①中产生的气体能使澄清石灰水变浑浊 B．反应②和反应③均为置换反应，、可循环使用 C．二氧化硅中，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合 D．高纯硅制成的太阳能电池利用太阳能引发化学反应，进而转化为电能 ⅱ.高纯硅整个制备过程必须严格控制无水无氧。遇水剧烈反应生成、和一种密度很小的气体单质，写出发生反应的化学方程式：______。 ⅲ.写出“转化”中发生反应的化学方程式：______。 ⅳ.晶体硅粉末与干燥的氮气在1300~1400℃下反应可制取结构陶瓷材料氮化硅。现用如图装置（部分仪器已省略）制取少量氮化硅。 ①写出溶液中的检验方法：______。 ②溶液与溶液加热反应生成，该反应的离子方程式为______。 ③装置Ⅰ和装置Ⅱ均需要加热，实验中应先对______（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）装置加热。 15．（24-25高一下·江西·期中）三氯硅烷（SiHCl3）可用于生产有机硅化合物、多晶硅。实验室利用硅粉和氯化氢气体制备三氯硅烷。回答下列问题： I．实验室将NaCl固体与浓硫酸混合加热制取HCl。 (1)选用上图所示装置制取并收集干燥、纯净的HCl，接口连接的正确顺序是：a→ 、→ 、→ 、→ →d→e→f（每空填一个接口标号，仪器可重复使用）。 (2)NaCl固体与浓硫酸制取HCl时发生复分解反应的化学方程式是________。 II．硅粉和氯化氢反应制备三氯硅烷的装置如图所示（加热仪器已略去）。 已知：三氯硅烷的熔点126.6℃，沸点31.8℃；极易与水反应，易被氧化。 (3)装置B所装药品是_________（填“碱石灰”或“无水氯化钙”），加热前要先通一段时间HCl气体，原因是__________。 (4)制备三氯硅烷的化学方程式为_________。制备SiHCl3时常伴有杂质SiCl4（熔点70℃，沸点57.6℃），分离SiCl4和SiHCl3的实验方法是__________。 (5)装置D中冰盐水的作用是_________。 (6)该实验装置存在明显不足，请指出其中两处：__________。 思维拔高 16．（24-25高一下·广东佛山·期中）高纯度的二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的主要成分为、C及少量的、、、等，通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。 回答下列问题： (1)“滤渣A”的主要成分有_______(填化学式)。 (2)步骤②滤液中主要存在的阳离子为、、_______(填离子符号)。生成“滤渣B”的离子方程式为_______。 (3)实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚钳、酒精灯、三脚架、_______和_______。 (4)为确认HCl、、的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。 ①装置B所盛的试剂是饱和溶液，其作用是_______。 ②装置C所盛试剂是_______溶液(填化学式)。 ③由此可得出的结论是酸性强弱：_______。 17．（24-25高一下·四川达州·期中）氮化硅(Si3N4)是一种性能优异的无机非金属材料，其熔点高，硬度大，化学性质稳定。一种制备氮化硅的实验装置如图所示。 已知：SiCl4沸点为57.6℃，极易与水反应，在高温条件下可以与H2、N2反应生成Si3N4和HCl。请回答下列问题： (1)N、Si、Cl的原子半径由小到大的顺序为_______(用元素符号表示)。 (2)装置甲中盛放稀硫酸的仪器名称为_______；为了加快装置甲中生成H2的速率，某同学建议将稀硫酸换成浓硫酸，你认为是否合理并说明理由：_______。 (3)写出装置丙中硬质玻璃管内发生反应的化学方程式：_______。 (4)装置丁的作用是_______。 (5)实验结束时，停止对装置丙进行加热，并继续通入一段时间的氮气，其目的是_______。 (6)实验结束后，装置丙中硬质玻璃管增重4.2g，装置戊增重16.0g，忽略SiCl4在装置乙和丁中的损耗，该实验SiCl4的转化率为_______%(计算结果保留三位有效数字)。 18．（25-26高一上·上海嘉定·期中）2025春晚舞台上宇树科技旗下人形机器人在舞蹈中的创意亮相，成为全场焦点，各行各业掀起了一场了解、结合、应用人工智能的热潮。人工智能的发展离不开各类化学材料的支持。芯片是人工智能的核心，其主要制作材料是硅。 (1)写出硅原子的电子式______。 (2)硅元素存在多种核素。已知三种天然稳定核素的数据如下： 硅的核素 各核素的相对原子质量 自然界中各核素的丰度 27.977 92.23% 28.976 4.67% 29.974 3.10% 则硅元素的相对原子质量为______。(保留3位小数) 芯片需要的是高纯度的硅，工业上用石英砂(主要成分是，还含有少量的和为原料制取高纯度的硅，其生产流程如下图所示： (3)操作1需要用到的玻璃仪器有______。 (4)反应①中通过过量焦炭与 SiO2反应获得粗硅，该反应的化学方程式是______。 (5)根据下表数据判断工业上分离和应采用的装置是______。 化合物 沸点(℃) 31.8 57.6 熔点(℃) -134 -69 A．B． C． D． (6)下图是上述流程图中的某步反应的微观示意图，下列说法正确的是______。 A．生成的丙和丁的物质的量之比为1：1 B．每生成1mol丙，需消耗22.4L乙 C．甲的摩尔质量是135.5 D．该反应属于置换反应 实验室用与过量反应制备纯硅的装置如下图(热源及夹持装置略去)。已知能与强烈反应，在空气中易自燃。 (7)A装置中盛放稀硫酸的仪器名称：______。 (8)装置B中的试剂是______，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是______。 (9)实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置的理由是______。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 无机非金属材料 目 录 第一部分 知识体系·导图构型 第二部分 重难剖析·方法技巧 重点01 硅酸盐材料 重点02 硅单质 重点03 二氧化硅 重点04 硅酸 重点05 新型无机非金属材料 第三部分 典例精析·迁移应用 第四部分 考场练兵·分层实战 夯实基础·综合应用·思维拔高 重点一 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。 3.硅酸盐材料的主要性质 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。 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。 重点二 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。 化学方程式 SiO2＋2CSi＋2CO↑ Si＋3HClSiHCl3＋H2 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。 重点三 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。 重点四 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。 重点五 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 传统与新型无机非金属材料的性质及用途 【典例1】（25-26高二上·安徽·期中）科技创新是新质生产力的核心要素。下列说法错误的是 A．制造飞机的材料——氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料 B．开启航运氢能时代——氢气是一种理想的绿色能源 C．打造北斗卫星系统——与星载铷钟所用的化学性质不同 D．突破量子通信技术——作为传输介质的光纤其主要成分为二氧化硅 【答案】C 【详解】A．氮化硅陶瓷具有高强度、耐高温等特性，属于新型无机非金属材料，A正确； B．氢气燃烧产物为水，无污染，是理想的绿色能源，B正确； C．85Rb与87Rb互为同位素，化学性质相同（仅物理性质不同），C错误； D．光纤的主要成分是二氧化硅，用于传输光信号，D正确； 故选C。 【迁移应用1】（25-26高三上·江苏苏州·期中）2025年诺贝尔化学奖与金属有机框架(MOFs)的研发有关。MOFs以金属为节点、有机分子为连接，形成具有规则多孔结构、内部表面积巨大的化合物。因金属及有机分子的不同，MOFs种类很多。下列关于MOFs说法不正确的是 A．可用于二氧化碳的捕捉 B．可作氢气、甲烷等存储材料 C．可制作具有活性位点多的催化剂 D．属于硅酸盐材料 【答案】D 【详解】A．MOFs具有多孔结构和高表面积，适合吸附二氧化碳，A正确； B．多孔结构能有效存储气体如氢气和甲烷，B正确； C．金属节点和巨大表面积可提供丰富的催化活性位点，C正确； D．MOFs由金属和有机配体构成，属于配位聚合物，而非硅酸盐材料，D错误； 故选D。 【迁移应用2】（25-26高二上·湖南·期中）2025年9月3日，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在天安门广场隆重举行，各种大国重器震撼亮相。下列说法正确的是 A．歼-10表演机在空中拉出的彩色烟带属于丁达尔效应 B．歼-20战斗机机身使用的铝合金硬度比纯铝大 C．高音速导弹热防护涂层为超高温陶瓷，该超高温陶瓷属于金属材料 D．无人机主控芯片的主要成分为二氧化硅 【答案】B 【详解】A．歼-10表演机在空中拉出的彩色烟带是汽化的彩色发烟剂在空气中遇冷凝结形成的烟，不属于丁达尔效应，A错误； B．合金的硬度通常高于其纯金属成分，铝合金的硬度比纯铝大，B正确； C．陶瓷属于无机非金属材料，而不是金属材料，C错误； D．芯片的主要成分是单质硅，而不是二氧化硅，D错误； 故选B。 硅及其氧化物的性质和用途 【典例2】（24-25高一下·天津滨海新区·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。 【迁移应用1】（24-25高一下·江苏南京·期中）下列化学方程式的书写不正确的是 A．焦炭与石英砂反应：SiO2＋CSi＋CO2↑ B．SiHCl3转化为高纯硅的化学方程式：SiHCl3＋H2Si＋3HCl C．硅与氢氧化钠溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑ D．氢氟酸与玻璃中的SiO2反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O 【答案】A 【详解】A．焦炭与石英砂高温反应时，高温下碳过量，反应生成CO而非CO2，化学方程式为，故A错误； B．SiHCl3与H2在1100℃条件下反应生成高纯硅和HCl，化学方程式为SiHCl3＋H2Si＋3HCl，故B正确； C．硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，化学方程式Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑，故C正确； D．氢氟酸与SiO2反应生成SiF4气体和水，是氢氟酸刻蚀玻璃的反应原理，化学方程式SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，故D正确； 故答案选A。 【迁移应用2】（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）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 【详解】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。 硅的制备 【典例3】（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。 【迁移应用1】（24-25高一下·浙江杭州·期中）工业上以石英砂()为原料制取单质硅，其工艺流程如图所示。下列说法正确的是 A．①②③均属于置换反应 B．副反应，其中氧化产物和还原产物的物质的量之比为 C．二氧化硅为良好的半导体材料，可用于制造芯片 D．是酸性氧化物，可以与反应生成 【答案】B 【详解】A．反应①是置换反应，反应②是化合反应，反应③是置换反应，因此三个反应并非均为置换反应，A错误； B．副反应中，CO为氧化产物，SiC为还原产物，其物质的量之比为2:1，B正确； C．二氧化硅是绝缘体，半导体材料是单质硅，C错误； D．SiO2是酸性氧化物，但不与水直接反应生成H2SiO3，需通过强碱或高温熔融后再酸化，D错误； 答案选B。 【迁移应用2】（24-25高一下·山东济宁·期中）Ⅰ．手机芯片的主要材料由单晶硅制作，要求硅的纯度高达99.99%以上，而工业上利用焦炭还原得到的粗硅纯度只有98%到99%，需要对粗硅进行提纯。 (1)石英砂的主要成份是___________(写名称)。 (2)写出制取粗硅的化学方程式___________。 (3)该流程中能够循环使用的物质是___________(写化学式)。 (4)写出与过量反应的化学方程式___________。 Ⅱ．为了研究合金M的组成，设计了如下实验： 已知：白色沉淀C能溶于稀盐酸，产生无色无味的气体。 (5)合金M中含有的元素为___________(写元素符号)。 (6)检验白色沉淀C是否洗涤干净的方法为___________。 (7)写出A中的红棕色气体与反应生成无毒气体的化学方程式___________。 【答案】(1)二氧化硅 (2) (3)    (4) (5)Fe、C (6)取少量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银，无白色沉淀生成说明沉淀已洗涤干净 (7) 【分析】Ⅰ．石英砂的主要成份为：二氧化硅，SiO2与焦炭在高温下反应制得粗硅，化学方程式为：，制得的粗硅与氯化氢在300℃条件下反应生成SiHCl3，SiHCl3与氢气在1100℃条件下反应得到高纯硅，化学方程式为：，尾气回收，可以循环利用的物质为：H2、HCl； Ⅱ．由已知可知，白色沉淀C能溶于稀盐酸，产生无色无味的气体，则白色沉淀C为碳酸钡沉淀，溶液B中含有碳酸钠溶液，则混合气体A中含有CO2，溶液E中加入氨水得到红褐色沉淀F，灼烧得到红棕色固体，则红褐色沉淀F为氢氧化铁，红棕色固体为氧化铁，则合金M中含有Fe、C，据此分析回答。 【详解】（1）由分析可知，石英砂的主要成份为：二氧化硅； （2）由分析可知，SiO2与焦炭在高温下反应制得粗硅，化学方程式为：； （3）由分析可知，该流程中能够循环使用的物质是HCl、H2； （4）由分析可知，SiHCl3与氢气在1100℃条件下反应得到高纯硅，化学方程式为：； （5）由分析可知，合金M中含有Fe、C； （6）白色沉淀C中可能含有NaCl，检验白色沉淀C洗涤干净的方法为：取少量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银，无白色沉淀生成说明沉淀已洗涤干净； （7）A中的红棕色气体为NO2，与NH3,反应生成无毒气体氮气，反应的化学方程式为：。 硅酸及硅酸盐的性质和用途 【典例4】（25-26高一下·山东·期中）下列说法正确的是 A．在粗硅的制取中发生反应，硅被还原，所以碳的还原性强于硅 B．光导纤维的主要成分是单晶硅 C．用制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入 D．由可知，硅酸的酸性强于碳酸 【答案】C 【详解】A．在反应中，硅元素从+4价降至0价被还原，碳元素从0价升至+2价被氧化，碳作为还原剂还原SiO2，该反应在高温条件下进行，生成CO气体，促进反应向正方向进行，不能说明碳的还原性强于硅，A错误； B．光导纤维的主要成分是二氧化硅（SiO2），而非单晶硅，单晶硅主要用于半导体材料，B错误； C．和水不反应，但能溶于强碱，碳酸的酸性强于硅酸，所以用制取硅酸，先使与氢氧化钠溶液反应生成可溶性硅酸钠（Na2SiO3），再通入CO2，可生成硅酸沉淀，C正确； D．高温下，二氧化硅能和碳酸钠反应，是因为生成CO2气体，促进反应向正方向进行，不能说明碳酸的酸性弱于硅酸，D错误； 故答案选C。 【迁移应用1】（多选）（24-25高一下·上海·期中）关于硅酸溶胶的下列说法正确的是 A．其分散质粒子直径在100～200nm之间 B．丁达尔效应可区分硅酸溶胶与NaClO溶液 C．硅酸与NaCl不反应，因此在硅酸溶胶中加入NaCl，也不会产生沉淀 D．通入溶液中可以生成沉淀 【答案】BD 【详解】A．硅酸溶胶属于胶体，其分散质粒子直径应为1～100nm，故A错误； B．硅酸溶胶属于胶体，能产生丁达尔效应，而NaClO溶液不能产生丁达尔效应，因此可用丁达尔效应区分两者，故B正确； C．硅酸溶胶加入电解质NaCl会导致胶体聚沉生成沉淀，故C错误； D．碳酸酸性强于硅酸，CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，故D正确； 选BD。 【迁移应用2】（24-25高一上·北京海淀·期中）某同学为了比较碳酸和硅酸酸性的相对强弱，用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。 资料： I．复分解反应中，酸性较强的酸可以与酸性较弱的酸对应的盐反应，生成酸性较弱的酸和酸性较强的酸对应的盐，即“强酸制弱酸”。例如：H2SO4酸性强于H2CO3，故H2SO4可以与Na2CO3反应生成H2CO3(继续分解为CO2和H2O)和Na2SO4. Ⅱ．硅酸为白色胶状沉淀，难溶于水。 实验操作步骤： ①打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。 ②A中看到白色沉淀时，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当……，关闭活塞a． 请回答： (1)A中反应的化学方程式是___________，B中反应的离子方程式是___________。 (2)通过实验可知，盐酸具有的性质是___________(填字母序号)。 A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性 (3)X是NaHCO3，C装置的作用为___________，C中发生反应的离子方程式为___________。 (4)为了验证碳酸的酸性强于硅酸，步骤②中未写出的现象是___________。D中反应的化学方程式是___________。 【答案】(1) HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3 CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O (2)AD (3) 除去CO2气体中混有的HCl +H+= CO2↑+H2O (4) 装置D内硅酸钠溶液中有白色沉淀生成 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3 【分析】某同学试图比较碳酸和硅酸酸性的相对强弱，显然B装置用于制取CO2气体，D装置用于验证碳酸与硅酸钠的反应。装置A中，硝酸酸化的AgNO3溶液在实验进行后会变浑浊，从而证明盐酸是挥发性酸；挥发出的HCl也能与硅酸钠反应，所以在CO2气体通入D装置前，应利用C装置除去CO2气体中混有的HCl，以防干扰后续操作，则C装置内所盛试剂为饱和NaHCO3溶液。 【详解】（1）由分析可知，A中HCl与AgNO3反应生成AgCl沉淀和HNO3，化学方程式是：HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3，B中，CaCO3与盐酸反应，生成CO2气体等，反应的离子方程式是：CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O。 （2）由A装置内产生的现象，说明盐酸具有挥发性，由C装置内气体与NaHCO3反应产物二氧化碳气体，说明盐酸具有酸性，故选AD。 （3）由分析可知，X是NaHCO3，C装置的作用为：除去CO2气体中混有的HCl，C中发生反应的离子方程式为：+H+= CO2↑+H2O。 （4）为了验证碳酸的酸性强于硅酸，步骤②中未写出的现象是：装置D内硅酸钠溶液中有白色沉淀生成。D中，硅酸钠与二氧化碳、水反应，生成硅酸沉淀和碳酸钠，化学方程式是Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3。 【点睛】若硅酸钠溶液中通入过量的二氧化碳，则生成硅酸沉淀和碳酸氢钠，化学方程式是Na2SiO3+2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2NaHCO3。 夯实基础 1．（24-25高一下·新疆伊犁·期中）化学与生活密切相关，下列说法错误的是 A．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 B．硬铝密度小、强度高，是制造飞机和载人飞船的理想材料 C．硫酸钡可用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“钡餐” D．氮化镓(GaN)是新型半导体材料，可用于制作手机快速充电器 【答案】A 【详解】A．光导纤维的主要成分为，高纯度硅单质多用于制作半导体芯片、太阳能电池等，A项说法错误； B．硬铝是铝合金，具有密度小、强度高的优良特性，是制造飞机和载人飞船的理想材料，B项说法正确； C．硫酸钡不溶于水也不溶于胃酸，且无法被X射线穿透，可用作消化系统X射线检查的内服药剂“钡餐”，C项说法正确； D．氮化镓(GaN)是新型宽禁带半导体材料，具有耐高压、高频特性，可用于制作手机快速充电器的功率元件，D项说法正确； 故选A。 2．（24-25高一下·江西上饶·期中）下列叙述正确的是 A．是酸性氧化物，可以用玻璃瓶盛放氢氟酸 B．的水溶液黏结力强，实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用玻璃塞 C．是一种抗氧化剂，能防止食品中的一些成分被氧化 D．是一种无色气体，扩散到大气中会形成酸雨 【答案】C 【详解】A．SiO2是酸性氧化物，但氢氟酸会腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛放，A错误； B．Na2SiO3溶液黏结力强，碱性溶液会与玻璃中的SiO2反应，试剂瓶应使用橡胶塞，B错误； C．SO2具有还原性，可作抗氧化剂，防止食品成分被氧化，C正确； D．NO2是红棕色气体，而非无色，扩散到空气中会形成硝酸型酸雨，D错误； 故选C。 3．（25-26高一上·湖南·期中）2025年10月31日，中国半导体产业在光刻机技术领域取得新进展，杭州璞璘科技已成功交付首台半导体级步进式纳米压印光刻系统(PL-SR系列)，可实现10 nm级制程加工，为芯片制造提供低成本替代路径。晶体硅(单质)是芯片的主要成分之一、下列有关说法正确的是 A．光刻胶是制造芯片的关键材料，光刻胶(金属氧化物纳米颗粒)直径较小，可以透过半透膜 B．晶体硅、无定形硅是硅元素的同素异形体，二者化学性质完全不同 C．工业粗硅的冶炼方法为，在该反应中作氧化剂 D．晶体硅是一种性能优良的半导体材料，它属于非电解质 【答案】C 【详解】A．光刻胶中的金属氧化物纳米颗粒属于胶体范畴，胶体粒子无法透过半透膜，只能透过滤纸，A错误； B．晶体硅与无定形硅是硅的同素异形体，化学性质相似而非完全不同，B错误； C．工业制粗硅反应中，中的Si从+4价被还原为0价，作氧化剂，C正确； D．晶体硅是单质，既不是电解质也不是非电解质，D错误； 故选C。 4．（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。 5．（24-25高一下·吉林长春·期中）碳、硅及其化合物常用作性能优异的无机非金属材料。比如氮化硅，其熔点高、硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定。有关碳、硅及其化合物的说法不正确的是 A．硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂 C．氮化硅的化学式为，是一种新型无机非金属材料 D．硅在自然界中主要以单质形式存在，硅是应用最广泛的半导体材料 【答案】D 【详解】A．多数岩石和矿物的主要成分为硅酸盐，硅是构成这些岩石和矿物的基本元素，A不符合题意； B．水玻璃是硅酸钠的水溶液，具有黏性且不可燃，可用于生产黏合剂和防火剂，B不符合题意； C．氮化硅中Si显+4价、N显-3价，化学式为，是性能优异的新型无机非金属材料，C不符合题意； D．硅是亲氧元素，在自然界中仅以氧化物、硅酸盐等化合态形式存在，无单质形态，D符合题意； 故选D。 6．（24-25高一下·四川内江·期中）材料是人类赖以生存和发展的物质基础，而无机非金属材料在各个领域都扮演着重要的角色。下列说法错误的是 A．华为“麒麟980”芯片的主要成分是硅 B．波尔多液是用胆矾和石灰乳混合制成的一种常见的农药 C．普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂 D．“天问一号”探测器上使用的新型SiC增强铝基复合材料属于新型硅酸盐材料 【答案】D 【详解】A．硅为良好的半导体，可用于制造手机芯片，A正确； B．波尔多液是一种杀菌剂，由硫酸铜（胆矾）和氢氧化钙（石灰乳）混合制成，B正确； C．玻璃生产原料为纯碱、石灰石、石英砂，最终成分主要是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2的混合物，C正确； D． SiC是新型陶瓷材料，不属于硅酸盐（硅酸盐含Si-O结构），铝基复合材料为金属基，D错误； 故选D。 7．（24-25高一下·内蒙古包头·期中）下列有关实验装置能够达到相应实验目的的是 选项 A B 实验装置 实验目的 证明酸性强弱：盐酸>碳酸>硅酸 氨气的尾气处理 选项 C D 实验装置 实验目的 制作红色喷泉 装置除去中的杂质 【详解】A．碳酸钙与盐酸发生反应：2HCl+CaCO3=CaCl2+CO2↑+H2O，可以证明酸性：盐酸＞碳酸，由于HCl具有挥发性，生成的CO2中含有HCl气体，通入饱和碳酸氢钠溶液除去HCl，CO2与硅酸钠溶液反应生成硅酸和碳酸钠，反应方程式为：CO2+H2O+Na2SiO3=Na2CO3+H2SiO3↓，证明酸性：碳酸＞硅酸，可以达到实验目的，故A正确； B．该装置用于处理氨气，不能防止倒吸，则不能达到实验目的，故B错误； C．氨气与水反应生成一水合氨，其溶液呈碱性，能使紫色石蕊溶液变蓝色，得到蓝色喷泉，不能达到实验目的，故C错误； D．二氧化碳、二氧化硫均能与饱和碳酸钠溶液反应，不能达到实验目的，故D错误； 故答案为A。 8．（24-25高一下·河南周口·月考）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 【详解】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．在铁橄榄石中，各元素化合价的代数和为零，O为-2价，Si为+4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．（22-23高一下·山西忻州·期中）下列叙述正确的是 ①高温下用焦炭还原制取粗硅 ②与酸、碱均不反应 ③二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 ④是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应 ⑤与化学式相似，物理性质也相同 A．①②③ B．②③ C．①④ D．①②③④⑤ 【答案】C 【详解】①高温条件下，焦炭与反应生成粗硅和CO，故正确； ②与氢氟酸、强碱NaOH能反应，故错误； ③二氧化硅能与氢氟酸反应，故错误； ④是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，故正确； ⑤常温下，是气体能溶于水，是固体难溶于水，物理性质不同，故错误； 故选：C。 10．（24-25高一下·湖南长沙·期中）近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型硅酸盐材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4 B．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池 C．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于有机材料 【答案】C 【详解】A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4，不属于硅酸盐，故A错误； B．利用硅的半导体性能，可以制成太阳能电池，故B错误； C．碳化硅是新型无机非金属材料，硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，故C正确； D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，是碳单质，不是有机材料，故D错误； 选C。 综合运用 11．（24-25高一下·湖南·期中）氮化硅可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过以下反应制备：(未配平)。下列说法错误的是（ ） A．含有共价键 B．该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 C．既不是氧化剂也不是还原剂 D．氮化硅可用于生产高温结构陶瓷 【答案】A 【详解】A．SiO2结构中每个Si形成4个Si-O键，1mol SiO2含有4mol Si-O共价键，A错误； B．反应过程中，氮元素化合价从0价降低到-3价，则N2为氧化剂，且N2与电子转移的关系为；碳元素化合价从0价升高到+2价，则C为还原剂，且C与电子转移的关系为；根据电子得失守恒知，氧化剂(N2)和还原剂(C)的物质的量之比为1:3，B正确； C．硅元素的化合价反应前后均为+4，氧元素的化合价反应前后均为-2，SiO2中没有元素的化合价发生变化，既不是氧化剂也不是还原剂，C正确； D．氮化硅具有优异的热稳定性，在高温环境中能够维持原有的形状和性能，可用于生产高温结构陶瓷，D正确； 故选A。 12．（24-25高一下·内蒙古包头·期中）高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，工业上制备高纯硅的工艺流程如图所示(SiHCl3中Si为＋4价)。下列说法错误的是 A．电弧炉中主要发生的反应为SiO2＋2CSi＋2CO↑ B．在流化床反应器中，通入的HCl是氧化剂 C．在还原炉中，每生成1mol高纯硅，转移2mole- D．流程中H2和HCl均能循环使用 【答案】C 【分析】各步发生的反应为：电弧炉中，流化床反应器中，还原炉中。 【详解】A．电弧炉中石英砂主要成分为二氧化硅，二氧化硅与碳反应生成一氧化碳和硅，反应方程式为，A项正确； B．在流化床反应器中发生反应，HCl中氢元素化合价由+1价降低为0价，被还原，HCl是氧化剂，B项正确； C．中Si化合价为＋4价，生成单质Si降低为0价，中H化合价为-1价，生成HCl化合价升高为+1价，H2中H化合价为0价，生成HCl升高为+1价，双线桥表示为，每生成1mol高纯硅，转移4mole-，C项错误； D．还原炉中发生 反应，生成的HCl是流化床反应器中的反应物；流化床反应器中发生反应，生成的H2是还原炉中的反应物，故流程中H2和HCl均能循环使用，D项正确； 答案选C。 13．实验室用还原(沸点：31.85℃)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 A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液 D．该实验中制备氢气的装置也可用于实验室制 【答案】C 【分析】Ⅰ为氢气的发生装置，Ⅱ为干燥装置，浓硫酸是常用的干燥剂，装置Ⅲ需水浴加热，目的是使SiHCl3汽化，与氢气充分混合；装置Ⅳ不能采用普通玻璃管的原因是温度太高，普通玻璃管易熔化；保证实验成功的关键是：装置要严密；控制好温度等，以此解答该题； 【详解】A．本题制备高纯硅，反应应在装置Ⅳ中进行，装置Ⅰ的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置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，不能使用冰水，A错误； B．实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止氢气不纯，在加热时爆炸，B错误； C．铁与盐酸反应生成Fe2+，Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，Fe3+与KSCN溶液反应，溶液变红色，可以鉴定是否含有铁单质，C正确； D．实验室制备SO2，用亚硫酸钠与浓硫酸反应，亚硫酸钠易溶于水，不能用启普发生器发生反应，因此不能用于浓硫酸与亚硫酸钠反应制备SO2，D错误； 故选C。 14．（24-25高一下·辽宁·期中）材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料等。 (1)硅酸盐材料是重要的传统无机非金属材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一，下列不属于传统硅酸盐产品的是_____（填序号）。 ①光导纤维    ②水泥    ③玻璃    ④陶瓷 (2)氟硅酸钾常用于木材防腐和陶瓷制造，一种以石英砂（主要成分是二氧化硅）和氢氟酸为原料制备氟硅酸钾的工艺流程如图所示。 回答下列问题： ⅰ.下列说法错误的是_____。 A．反应①中产生的气体能使澄清石灰水变浑浊 B．反应②和反应③均为置换反应，、可循环使用 C．二氧化硅中，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合 D．高纯硅制成的太阳能电池利用太阳能引发化学反应，进而转化为电能 ⅱ.高纯硅整个制备过程必须严格控制无水无氧。遇水剧烈反应生成、和一种密度很小的气体单质，写出发生反应的化学方程式：______。 ⅲ.写出“转化”中发生反应的化学方程式：______。 ⅳ.晶体硅粉末与干燥的氮气在1300~1400℃下反应可制取结构陶瓷材料氮化硅。现用如图装置（部分仪器已省略）制取少量氮化硅。 ①写出溶液中的检验方法：______。 ②溶液与溶液加热反应生成，该反应的离子方程式为______。 ③装置Ⅰ和装置Ⅱ均需要加热，实验中应先对______（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）装置加热。 【答案】(1)① (2) AD 取少量试样于试管中，滴加氢氧化钠溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，试纸变蓝，说明溶液中含铵根离子 Ⅰ 【分析】由题给流程可知，石英砂和焦炭在高温下反应生成硅和一氧化碳，反应生成的硅与氯化氢在高温下反应生成三氯硅烷和氢气，三氯硅烷与氢气高温下反应生成硅和氯化氢，硅溶于氢氟酸反应生成和可以循环使用的氢气，溶液与氯化钾固体反应生成沉淀和可以循环使用的氯化氢，过滤得到。 【详解】（1）光导纤维为二氧化硅，是氧化物不是硅酸盐，①符合题意；水泥主要成分是硅酸盐，属于传统硅酸盐产品，②不符合题意；玻璃主要成分是硅酸盐，属于传统硅酸盐产品，③不符合题意；陶瓷主要成分是硅酸盐，属于传统硅酸盐产品，④不符合题意。 （2）ⅰ.焦炭和石英砂反应生成粗硅和不能使澄清石灰水变浑浊，A项错误；粗与在300℃以上反应生成粗和氢气，在1100℃的条件下与反应生成纯，由分析可知，该工艺中可循环使用的物质为氢气和氯化氢，B项正确；中，和O构成硅氧四面体，每个O为两个四面体所共有，与2个相结合，C项正确；硅单质具有良好的半导体性能，高纯硅制成的太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，D项错误； ⅱ.遇水剧烈反应生成、和一种气体单质，根据元素守恒和电子守恒可知气体单质为氢气，化学方程式：； ⅲ.由分析可知，“转化”发生的反应为硅溶于氢氟酸得到溶液，反应的化学方程式为； ⅳ.①铵盐与碱加热放出氨气，氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，溶液中阳离子的检验方法是取少量试样于试管中，滴加氢氧化钠溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，试纸变蓝，说明溶液中含铵根离子； ②溶液与溶液加热反应生成，中N元素化合价由-3升高为0、中N元素化合价由+3降低为0，根据得失电子守恒，该反应的离子方程式为； ③装置Ⅰ和装置Ⅲ均需要加热，实验中应先用氮气排出装置内的空气，所以应先对Ⅰ装置加热。 15．（24-25高一下·江西·期中）三氯硅烷（SiHCl3）可用于生产有机硅化合物、多晶硅。实验室利用硅粉和氯化氢气体制备三氯硅烷。回答下列问题： I．实验室将NaCl固体与浓硫酸混合加热制取HCl。 (1)选用上图所示装置制取并收集干燥、纯净的HCl，接口连接的正确顺序是：a→ 、→ 、→ 、→ →d→e→f（每空填一个接口标号，仪器可重复使用）。 (2)NaCl固体与浓硫酸制取HCl时发生复分解反应的化学方程式是________。 II．硅粉和氯化氢反应制备三氯硅烷的装置如图所示（加热仪器已略去）。 已知：三氯硅烷的熔点126.6℃，沸点31.8℃；极易与水反应，易被氧化。 (3)装置B所装药品是_________（填“碱石灰”或“无水氯化钙”），加热前要先通一段时间HCl气体，原因是__________。 (4)制备三氯硅烷的化学方程式为_________。制备SiHCl3时常伴有杂质SiCl4（熔点70℃，沸点57.6℃），分离SiCl4和SiHCl3的实验方法是__________。 (5)装置D中冰盐水的作用是_________。 (6)该实验装置存在明显不足，请指出其中两处：__________。 【答案】(1)d、e、b、c (2) (3) 无水氯化钙 排尽装置内的空气，防止三氯硅烷被氧化，防止生成的氢气与空气混合反应而爆炸 (4) 蒸馏 (5)冷却生成的三氯硅烷，使其液化，以便收集 (6)装置E中会产生倒吸；D、E之间缺少一个盛有浓硫酸的干燥装置；缺少氢气的处理装置 【分析】I．NaCl固体与浓硫酸混合加热制取HCl，用浓硫酸干燥氯化氢，用向上排空法收集氯化氢气体（第二个装置中氯气长进短出），用氢氧化钠溶液吸收多余的氯化氢气体防止污染，尾气吸收装置与收集装置间加干燥装置； II．A中反应生成氯化氢，通过B无水氯化钙干燥后，氯化氢进入C中和硅反应生成三氯硅烷，三氯硅烷在D中冷凝收集，尾气使用碱液吸收防止污染，据此分析作答。 【详解】（1）NaCl固体与浓硫酸混合加热制取HCl，用浓硫酸干燥氯化氢，用向上排空法收集氯化氢气体（第二个装置中氯气长进短出），用氢氧化钠溶液吸收多余的氯化氢气体防止污染，尾气吸收装置与收集装置间加干燥装置，则接口顺序为：adebcdef，故答案为：debc。 （2）NaCl固体与浓硫酸制取时发生复分解反应生成氯化氢和硫酸氢钠，化学方程式为：，故答案为：。 （3）装置B为干燥氯气装置，氯化氢和碱石灰反应，则所装药品是无水氯化钙；三氯硅烷极易与水反应，易被氧化，且反应生成易燃易爆气体氢气，则加热前要先通一段时间气体，原因是排尽装置内的空气，防止三氯硅烷被氧化，防止生成的氢气与空气混合反应而爆炸，故答案为：无水氯化钙；排尽装置内的空气，防止三氯硅烷被氧化，防止生成的氢气与空气混合反应而爆炸。 （4）硅和氯化氢反应制备三氯硅烷，同时生成氢气，化学方程式为：；SiHCl3和SiCl4互溶，但两者的沸点不同，则分离实验方法是蒸馏，故答案为：；蒸馏。 （5）三氯硅烷的熔点126.6℃，沸点31.8℃，则装置D中冰盐水的作用是冷却生成的三氯硅烷，使其液化，以便收集，故答案为：冷却生成的三氯硅烷，使其液化，以便收集。 （6）氯化氢气体极易溶于水，且三氯硅烷极易与水反应，氢气易燃易燃易爆，则装置E中会产生倒吸；D、E之间缺少一个盛有浓硫酸的干燥装置；缺少氢气的处理装置，故答案为：装置E中会产生倒吸；D、E之间缺少一个盛有浓硫酸的干燥装置；缺少氢气的处理装置。 思维拔高 16．（24-25高一下·广东佛山·期中）高纯度的二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的主要成分为、C及少量的、、、等，通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。 回答下列问题： (1)“滤渣A”的主要成分有_______(填化学式)。 (2)步骤②滤液中主要存在的阳离子为、、_______(填离子符号)。生成“滤渣B”的离子方程式为_______。 (3)实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚钳、酒精灯、三脚架、_______和_______。 (4)为确认HCl、、的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。 ①装置B所盛的试剂是饱和溶液，其作用是_______。 ②装置C所盛试剂是_______溶液(填化学式)。 ③由此可得出的结论是酸性强弱：_______。 【答案】(1)C、 (2) (3) 泥三角、坩埚 (4) 除去二氧化碳中混有的HCl 【分析】稻壳灰用足量的氢氧化钠浸泡，稻壳灰中的C和Fe2O3不能被氢氧化钠溶液溶解，因此过滤得滤液A主要为硅酸钠溶液，含有氢氧化钠、少量的氢氧化钾和偏铝酸钠，滤渣A含有C以及氧化铁；滤液A中加入过量盐酸生成硅酸沉淀，过滤、洗涤得滤渣B为硅酸，煅烧硅酸可得二氧化硅。根据较强酸制取较弱酸可知，较强酸能和较弱酸盐反应生成较弱酸，较弱酸能制取更弱的酸，要想验证HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，用盐酸和碳酸盐反应制取二氧化碳，用二氧化碳和硅酸钠溶液制取硅酸，根据实验现象确定酸的相对强弱，据此分析； 【详解】（1）由分析知“滤渣A”的主要成分有C及少量Fe2O3； （2）步骤②滤液中主要存在的阳离子为H+、、K+、Al3+。生成“滤渣B”的离子方程式为； （3）实验室进行步骤③煅烧用到的仪器有坩埚钳、酒精灯、三脚架、泥三角和坩埚； （4）①盐酸有挥发性，导致二氧化碳气体中含有HCl，会对实验造成干扰，所以一般常用饱和碳酸氢钠溶液，作用是除去二氧化碳中混有的HCl； ②根据以上分析可知C为溶液，二氧化碳、水和硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀，所以看到有沉淀生成，用于验证碳酸的酸性强于硅酸； ③用盐酸和碳酸盐反应制取二氧化碳，除杂后用二氧化碳和硅酸钠溶液制取硅酸，根据强制弱可知酸性强弱为HCl>>。 17．（24-25高一下·四川达州·期中）氮化硅(Si3N4)是一种性能优异的无机非金属材料，其熔点高，硬度大，化学性质稳定。一种制备氮化硅的实验装置如图所示。 已知：SiCl4沸点为57.6℃，极易与水反应，在高温条件下可以与H2、N2反应生成Si3N4和HCl。请回答下列问题： (1)N、Si、Cl的原子半径由小到大的顺序为_______(用元素符号表示)。 (2)装置甲中盛放稀硫酸的仪器名称为_______；为了加快装置甲中生成H2的速率，某同学建议将稀硫酸换成浓硫酸，你认为是否合理并说明理由：_______。 (3)写出装置丙中硬质玻璃管内发生反应的化学方程式：_______。 (4)装置丁的作用是_______。 (5)实验结束时，停止对装置丙进行加热，并继续通入一段时间的氮气，其目的是_______。 (6)实验结束后，装置丙中硬质玻璃管增重4.2g，装置戊增重16.0g，忽略SiCl4在装置乙和丁中的损耗，该实验SiCl4的转化率为_______%(计算结果保留三位有效数字)。 【答案】(1)N<Cl<Si (2) 分液漏斗 不合理，浓硫酸与锌粒反应不生成氢气 (3) (4)吸收水蒸气，防止水蒸气进入装置丙使SiCl4水解 (5)将装置丙中残留的SiCl4、HCl等气体排出 (6)84.3% 【分析】甲装置为制取氢气的装置，锌粒和稀硫酸反应生成氢气，装置乙中，用浓硫酸干燥SiCl4、N2、H2，干燥后的气体在装置丙中反应制取氮化硅，丁装置的目的是防止水蒸气进入丙装置，戊装置用于吸收过量的SiCl4气体和反应生成的HCl气体，以防止污染环境。 【详解】（1）同一周期从左到右原子半径逐渐减小，同一主族从上到下原子半径逐渐增大。N位于第二周期 ⅤA 族，Si位于第三周期 ⅣA 族，Cl位于第三周期 ⅦA 族，所以原子半径由小到大的顺序为：N<Cl<Si，故答案为：N<Cl<Si； （2）根据仪器构造可知，装置甲中盛放稀硫酸的仪器名称为分液漏斗；浓硫酸具有强氧化性，与锌粒反应不生成氢气，所以将稀硫酸换成浓硫酸不合理，故答案为：分液漏斗；不合理，浓硫酸与锌粒反应不生成氢气； （3）装置丙中硬质玻璃管内SiCl4与N2、H2在高温条件下反应生成Si3N4和HCl，反应的化学方程式为：，故答案为：； （4）SiCl4极易与水反应，装置丁中浓硫酸的作用是吸收水蒸气，防止水蒸气进入装置丙使SiCl4水解，故答案为：吸收水蒸气，防止水蒸气进入装置丙使SiCl4水解； （5）实验结束时，停止对装置丙进行加热，并继续通入一段时间的氮气，其目的是将装置丙中残留的SiCl4、HCl等气体排出，使其被NaOH溶液充分吸收，故答案为：将装置丙中残留的SiCl4、HCl等气体排出； （6）装置丙中硬质玻璃管增重4.2g，增重的质量是Si3N4的质量，其物质的量为，生成0.03molSi3N4需要的SiCl4为0.09mol，质量为15.3g，戊增重的质量是HCl和SiCl4，生成0.03molSi3N4的同时，生成0.36molHCl，质量为13.14g，则SiCl4的质量为，则该实验SiCl4的转化率为，故答案为：84.3%。 18．（25-26高一上·上海嘉定·期中）2025春晚舞台上宇树科技旗下人形机器人在舞蹈中的创意亮相，成为全场焦点，各行各业掀起了一场了解、结合、应用人工智能的热潮。人工智能的发展离不开各类化学材料的支持。芯片是人工智能的核心，其主要制作材料是硅。 (1)写出硅原子的电子式______。 (2)硅元素存在多种核素。已知三种天然稳定核素的数据如下： 硅的核素 各核素的相对原子质量 自然界中各核素的丰度 27.977 92.23% 28.976 4.67% 29.974 3.10% 则硅元素的相对原子质量为______。(保留3位小数) 芯片需要的是高纯度的硅，工业上用石英砂(主要成分是，还含有少量的和为原料制取高纯度的硅，其生产流程如下图所示： (3)操作1需要用到的玻璃仪器有______。 (4)反应①中通过过量焦炭与 SiO2反应获得粗硅，该反应的化学方程式是______。 (5)根据下表数据判断工业上分离和应采用的装置是______。 化合物 沸点(℃) 31.8 57.6 熔点(℃) -134 -69 A．B． C． D． (6)下图是上述流程图中的某步反应的微观示意图，下列说法正确的是______。 A．生成的丙和丁的物质的量之比为1：1 B．每生成1mol丙，需消耗22.4L乙 C．甲的摩尔质量是135.5 D．该反应属于置换反应 实验室用与过量反应制备纯硅的装置如下图(热源及夹持装置略去)。已知能与强烈反应，在空气中易自燃。 (7)A装置中盛放稀硫酸的仪器名称：______。 (8)装置B中的试剂是______，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是______。 (9)实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置的理由是______。 【答案】(1) (2)28.086 (3)烧杯、玻璃棒、玻璃漏斗 (4) (5)D (6)D (7)恒压滴液漏斗 (8) 浓硫酸 使为气体，提高与氢气反应速率 (9)排尽装置中的空气 【详解】（1）硅原子最外层有4个电子，电子式为。 （2）根据公式，硅元素的相对原子质量为27.977×92.23%+28.976×4.67%+29.974×3.10%≈28.086。 （3）操作1包含过滤操作，需要用到烧杯、玻璃棒、玻璃漏斗。 （4）二氧化硅与焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，化学方程式为。 （5）和熔、沸点相差较大，由于熔点温度小于0，实验实现较困难，因此可通过蒸馏方法分离两者，装置为D。 （6）图示反应为SiHCl3+H2=Si+3HCl，据此解答： A．根据反应方程式，Si和HCl的物质的量之比为1：3，A错误； B．根据反应方程式，生成1mol Si，消耗1mol H2，标准状况下的体积为22.4L，题目中未提及状态，B错误； C．甲为SiHCl3，摩尔质量为135.5g/mol，C错误； D．该反应为单质与化合物反应生成另一种单质和化合物，属于置换反应，D正确； 故答案为D。 （7）A装置中盛放稀硫酸的仪器为恒压滴液漏斗。 （8）能与强烈反应，B中需要除水，应放置浓硫酸干燥氢气；加热C装置使为气体，提高与氢气反应速率。 （9）能与强烈反应，在空气中易自燃，因此需要先让稀硫酸与锌粒反应一段时间，排尽装置中的空气，在加热C、D装置开始反应。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $