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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料精品当堂检测题
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料精品当堂检测题，文件包含高中化学新版必修二第03讲无机非金属材料教师基础版docx、高中化学新版必修二第03讲无机非金属材料学生基础版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共40页， 欢迎下载使用。
【知识导图】
【重难点精讲】
一、硅单质
1.存在
硅单质主要有晶体和无定形两大类。
2.物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。
3.化学性质
(1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟、氢氟酸、碱反应。反应的化学方程式分别为：
与氟：Si＋2F2===SiF4；
与氢氟酸：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
与碱：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(2)在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应，与氧气反应的化学方程式为Si＋O2eq \(=====,\s\up7(△))SiO2。
4、主要应用：半导体材料→硅芯片、硅太阳能电池
5、高纯硅的制备
涉及的主要化学反应为
(a)SiO2＋2Ceq \(=============,\s\up7(1 800～2 000 ℃))Si＋2CO↑
(b)Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))SiHCl3＋H2
(c)SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100 ℃))Si＋3HCl
二、二氧化硅
1.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。
2.物理性质
熔点高，硬度大，难溶于水。
3.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)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。
4.化学性质
SiO2为酸性氧化物，是硅酸的酸酐。
(1)SiO2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。
(2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钙反应的化学方程式为SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。
(3)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＋CaOeq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3。
(4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
5、主要应用：光导纤维
三、硅酸、硅酸盐
1.硅酸
(1)物理性质
硅酸的溶解度小，新制备的硅酸为透明、胶冻状，干燥硅胶多孔，吸水性和吸附性强。
(2)化学性质
①弱酸性：酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
②不稳定性：受热易分解，反应的化学方程式为
H2SiO3eq \(=====,\s\up7(△))SiO2＋H2O。
(3)制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)。
(4)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。
2.硅酸盐
(1)硅酸盐的结构、特点
(2)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
(2)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
四、无机非金属材料
1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
(1)常见硅酸盐材料比较
(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。
2.新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
(1)新型陶瓷
(2)碳纳米材料
（3） 传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别
特别提醒：
1．氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。
2．不能依据反应2C＋SiO2eq \(=====,\s\up15(高温))Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up15(高温))Na2SiO3＋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。
3．SiO2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，但与水不能直接反应。
4．C与SiO2反应的产物是CO不是CO2。
5．不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。
【典题精练】
考点1、考查硅及其化合物的性质
1．下列叙述中正确的是( )
A．因为Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up15(高温))Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似
C．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物
D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸
解析：A项中反应不是在水溶液中进行，产物中有气体生成，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A项错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B项错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于碱性氧化物与酸生成盐和水的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C项错误。
答案：D
名师归纳：硅及其化合物性质“反常”小结
(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
(3)Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up15(高温))Si＋2CO↑。
(4)非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
(6)一般情况下，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物)。
(7)一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。
(8)一般情况下，较强酸＋较弱酸的盐―→较弱酸＋较强酸的盐(溶液中的反应)。
因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。
但在高温下，可发生反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up15(高温))Na2SiO3＋CO2↑(CO2离开反应体系促进反应的正向进行)。
(9)一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up15(高温))H2＋CO。
(10)一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。
考点2、考查硅及其化合物的用途
例2、硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列说法正确的是( )
A.水晶项链是硅酸盐制品
B.硅单质广泛用于光纤通讯
C.利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
D.水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料
解析：水晶项链主要成分是二氧化硅,A错;光纤是由二氧化硅制造而成的,B错;石英中的二氧化硅不与盐酸反应,C错；传统无机非金属材料包括水泥、玻璃、陶瓷等，D正确。
答案：D
名师归纳：(1)传统无机非金属材料都是以含硅物质为原料，经过高温发生复杂的物理、化学变化制成，产品都为硅酸盐。(2)生产中采用不同的原料和工艺，也可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，利用含有铅的原料可制得光学玻璃；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃。
考点3、考查硅及其化合的制备
例3、硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：_________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学方程式：____________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是___________________。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)。
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通信材料——光导纤维
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
解析：(1)①根据给定的反应物和生成物写出化学方程式，注意反应条件和配平。②写出反应物和给出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物为H2，并配平。
(2)A项中水泥是硅酸盐材料；B、C项根据硅的化合物的用途可知，两项说法都正确；D项中玻璃是混合物，没有固定的熔点；E项中盐酸和硅不反应。
答案：(1)①SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up17(1 100 ℃))Si＋3HCl②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑
氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3(2)BC
名师归纳：
考点4、考查无机非金属材料的有关知识
4．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
解析：无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。
答案：D
名师归纳：四种新型的无机非金属材料对比
随堂练习：
1．下列说法正确的是( )
A．富勒烯是碳纳米材料，C60是有机物
B．碳纳米管属于胶体
C．碳纳米管的比表面积大，可用于生产复合材料
D．石墨烯具有纳米尺度的直径
解析：选C C60是单质，不属于有机物，A错误；碳纳米管具有纳米尺度的直径，但不是胶体，其比表面积大，具有相当高的强度，可用于生产复合材料，而石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，B、D错误，C正确。
2．下列不需要用到二氧化硅的是( )
A．光导纤维B．半导体材料
C．石英钟表D．普通玻璃
解析：选B A项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，正确；B项，半导体材料主要成分为Si，错误；C项，石英的成分为二氧化硅，正确；D项，玻璃的成分中含有二氧化硅，正确。
3．下列说法不正确的是( )
A．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的
B．二氧化硅溶于水生成硅酸
C．石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅
D．二氧化硅是一种熔沸点很高、硬度很大的氧化物
解析：选B 制造光导纤维的主要原料是二氧化硅，A项正确。二氧化硅不溶于水，所以通常用硅酸钠溶液和盐酸反应制硅酸，B项错误。石英、水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅，C项正确。二氧化硅的熔沸点高、硬度大，D项正确。
4．下列叙述正确的是( )
A．高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强
B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸
C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化原理相同
D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳
解析：选D B项，物质中都含有SiO2，能与氢氟酸反应；C项，石灰硬化的原理是Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO3，而水泥硬化过程中发生复杂的物理变化和化学变化。
5.用胶头滴管向用石蜡围成的“Spark”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“Spark”的字样，则该溶液是( )
A．盐酸B．氢氟酸
C．烧碱D．饱和食盐水
解析：选B 能腐蚀玻璃的是氢氟酸，反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
6．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
解析：选D A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。
7．下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是( )
A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料
B．硅酸不溶于水可溶于NaOH溶液
C．Na2O、Na2O2与CO2反应产物相同
D．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应
解析：选C A项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，正确；B项，硅酸与NaOH溶液反应生成易溶于水的Na2SiO3，正确；C项，氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠，过氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，二者产物不同，不正确，符合题意；D项，二氧化硅是酸性氧化物，能和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，正确。
8．将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液、②浓Na2SiO3溶液、③Ca(OH)2溶液、④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
A．①②③④B．②④
C．①②③D．②③
解析：选B 根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液不反应，无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量会发生反应Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而有结晶析出。
9．2016年12月5日华为公司中央研究院瓦特实验室在日本世界电池大会上推出世界首个石墨烯锂离子电池。石墨烯可看作是石墨的层状结构一层一层地剥开得到的单层碳原子，它既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高出百倍，同时表现出良好的导电性能(如图)。下列关于石墨烯的说法正确的是( )
A．石墨烯是一种新型的纳米化合物
B．石墨烯与C60互为同素异形体
C．石墨烯的结构中所有原子不可能处于同一平面
D．石墨制取石墨烯的过程是化合反应
解析：选B A项，石墨烯是由一种元素组成的纯净物，属于单质，故错误；B项，石墨烯与C60是由碳元素组成的不同的单质，互为同素异形体，故正确；C项，石墨烯可看作是石墨的层状结构一层一层地剥开得到的单层碳原子，所以石墨烯的结构中部分碳原子处于同一平面，故错误；D项，石墨制成石墨烯，反应物与生成物均是一种，所以不属于化合反应，故错误。故选B。
10．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde
C．cde D．ab
解析：选B 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。
11．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的是________。
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与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为________，工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚D．铁坩埚
(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________。
解析：(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋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。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)该反应中C被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
答案：(1)D (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸 (3)防火剂 D (4)C SiO2
12．某同学为验证盐酸、碳酸和硅酸的酸性强弱，用如图所示装置进行实验：
试回答下列问题。
(1)装置Ⅰ中滴加盐酸后，产生的现象是____________________________________；装置Ⅱ的作用是________________________________，其中可能发生反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
(2)装置Ⅲ中的现象是_______________，反应的化学方程式是__________________。
(3)该实验的实验结论是_________________________。
解析：(1)碳酸钠和盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，现象为固体溶解并有气泡
产生；装置Ⅱ的作用是吸收CO2中混有的HCl气体，反应生成氯化钠、水和二氧化碳，
反应的离子方程式为HCOeq \\al(－,3)＋H＋===H2O＋CO2↑。(2)二氧化碳和硅酸钠溶液反应生成硅酸，现象为有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。(3)根据强酸制取弱酸的规律可以得出酸性强弱顺序为盐酸>碳酸>硅酸。
答案：(1)固体溶解并有气泡产生 吸收CO2中混有的HCl气体 HCOeq \\al(－,3)＋H＋===H2O＋CO2↑
(2)有白色胶状沉淀生成 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ (3)酸性：盐酸>碳酸>硅酸
13．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅。
Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃),\s\d5( ))SiHCl3＋H2。
Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 100 ℃反应制得纯硅，已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)第Ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为_____________________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________________________________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________，装置D中发生反应的化学方程式为_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。
a．碘水 b．氯水
c．NaOH溶液d．KSCN溶液
e．Na2SO3溶液
解析：(1)高温下，SiO2和C反应生成Si和CO，反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋2CO↑。
(2)沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以可以采用蒸馏的方法分离。
(3)①为防止SiHCl3与H2O强烈反应，需要干燥剂干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应，所以可以作干燥剂；升高温度能使SiHCl3汽化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应；②D中发生反应SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成；③Si是亲氧元素，为防止Si被氧化，需要排尽装置中的空气；④向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性，故选b、d。
答案：(1)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋2CO↑ (2)蒸馏
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体物质生成 SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋3HCl ③排尽装置中的空气 ④bd
14．有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是( )
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界中存在大量单质硅
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．自然界硅的贮量丰富
解析：选B 自然界硅的贮量丰富，大多数是以SiO2和硅酸盐的形式存在，无单质硅存在；硅单质是固体，化学性质不活泼，所以硅便于运输、贮存，其燃烧产物SiO2对环境污染程度低，容易有效控制，故A、C、D项正确，B项错。
15．石英砂(主要成分为SiO2)是一种常见工业原料，其中常混有少量碳酸钙。要除去石英砂中的少量碳酸钙，应采用的方法是( )
A．用稀硫酸溶解后过滤分离
B．用酒精灯加热
C．用水溶解后过滤分离
D．用稀盐酸溶解后过滤分离
解析：选D A项，SiO2为酸性氧化物，不能与硫酸反应，碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙是微溶物，不能过滤分离，错误；B项，用酒精灯加热，CaCO3不能发生分解反应，即使分解仍混有分解产物CaO，错误；C项，SiO2和CaCO3都不溶于水，不能用溶解、过滤的方法除去，错误；D项，碳酸钙能与盐酸反应生成可溶性氯化钙、水和CO2，而SiO2不溶解，可以除去杂质，正确。
16．下列说法正确的是( )
A．硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化
B．酸性溶液中可能大量存在Na＋、NHeq \\al(＋,4)、SiOeq \\al(2－,3)
C．向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋
D．向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiOeq \\al(2－,3)＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SOeq \\al(2－,3)
解析：选A B项，酸性条件下，SiOeq \\al(2－,3)不能大量存在；C项，Na2SiO3是可溶于水的强电解质；D项，应生成HSOeq \\al(－,3)。
17．下列说法正确的是( )
A．普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，说明普通玻璃为纯净物
B．制玻璃的过程中发生反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性H2SiO3>H2CO3
C．水晶玻璃、普通玻璃均属于硅酸盐产品
D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，用氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
解析：选D 普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，但普通玻璃属于混合物，A项错误；反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑能发生是因为生成的CO2不断逸出，且该反应不是在溶液中发生的，不能作为判断碳酸和硅酸酸性强弱的依据，事实上碳酸的酸性强于硅酸的酸性，B项错误；水晶玻璃的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐产品，C项错误。
18．已知下列物质有如图所示转化关系，水和部分产物已略去。
①X为不溶于水的坚硬固体，Z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料；
②无色气体A是引起温室效应的主要气体；
③B、D均为难溶于水的白色固体；
④高纯度的F是制造电脑芯片的一种非金属单质。
据此回答下列问题：
(1)B的化学式是________，F的名称是________。
(2)由X、Y制F的过程中，Y作________(填“氧化”或“还原”)剂。
(3)转化①的化学方程式为_______________________________________________。
(4)转化②(A少量)的离子方程式为________。
解析：由①知Z应为玻璃，则X应为SiO2，C为Na2SiO3，A为CO2，D为H2SiO3，E为Na2CO3，B为CaCO3，Y为C，F为Si。
答案：(1)CaCO3 硅 (2)还原 (3)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (4)CO2＋SiOeq \\al(2－,3)＋H2O===H2SiO3(胶体)＋COeq \\al(2－,3)
课后作业：
一、基础篇（40分）
1．“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．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂
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
解析：选C 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
2．含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应
C．普通水泥的主要成分是硅酸盐
D．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂
解析：选B 烧结黏土制陶瓷的过程包含复杂的物理、化学变化，B项错误。
3．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片 D．光导纤维
答案：C
4．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为
①SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up11(高温),\s\d4(电炉))Si＋2CO↑
②Si＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(△))SiCl4
③SiCl4＋2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl
下列对上述三个反应的叙述中，错误的是( )
A．①③为置换反应
B．②为化合反应
C．①②③均为氧化还原反应
D．三个反应的反应物中硅元素均被还原
解析：选D 反应①③中硅元素被还原，反应②中硅元素被氧化，D错误。
5．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )
A．石墨烯具有良好的导电性
B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
解析：选D 石墨烯是从石墨中分离出来的，是良好的导体材料，A正确；三者均为单质且由同种元素组成的，互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可容纳H2分子，可作H2的提纯薄膜，C正确；碳与浓硫酸反应产物为CO2和SO2，故其产物相同，D错误。
6．我国已研制出了一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐热且不易传热的材料来制造的，这种材料是( )
A．普通硅酸盐陶瓷 B．氮化硅陶瓷
C．光导纤维 D．玻璃钢
解析：选B A项，普通硅酸盐陶瓷能导热，不能用于制陶瓷柴油机，错误；B项，无冷却式陶瓷发动机选用的材料是氮化硅陶瓷，正确；C项，光导纤维用于传输信息，不能用于制陶瓷柴油机，错误；D项，玻璃钢是一种复合材料，常用于汽车车身等，错误。
7．下列关于某博物院使用材料相关说法正确的是( )
A．展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2
B．墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品
C．商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于硅酸盐制品
D．展示的青铜器上有一层绿色物质可能是碱式碳酸铜，此绿色物质不溶于盐酸
解析：选B 钢化玻璃与普通玻璃的主要成分相同(只是制造的工艺不同)，主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；后(司)母戊鼎是青铜器，属于铜合金制品，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜而溶解，D项错误。
8．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性热解，可从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强
D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐
解析：选B 二氧化硅为酸性氧化物，但其不溶于水，A项错误；硅酸的酸性比碳酸弱，B项正确，C项错误；沙子的主要成分是二氧化硅，D项错误。
9．玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是( )
A．氮 B．硫
C．硅 D．氯
解析：选C 玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素，故选项C正确。
10．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
解析：选B 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误；普通玻璃的大致组成为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，C正确；二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，D正确。
二 能力篇（60分）
1．化学与人类社会的生产、生活有着密切联系。下列叙述中不正确的是( )
解析：选B 氧化铁为红色，俗称为铁红，难溶于水，常用作红色油漆和涂料，A正确；钙钛矿太阳能电池是把吸收的光能转化为电能，B错误；SiO2属于无机非金属材料，可以制取超分子纳米管，C正确；石墨烯发热服有电热转化性能，D正确。
2．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘(通“黏”)土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
解析：选A 沙子的主要成分为SiO2，是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误；“燃薪举火”是使成型的黏土器皿发生复杂的物理化学变化而制成陶器，B项正确；烧制过程中铁的化合物被氧化为氧化铁，得到红瓦，若浇水则发生氧化还原反应得到氧化亚铁而成为青瓦，C项正确；制作砖瓦和陶瓷的主要原料是黏土，D项正确。
3．人们的生活、生产与化学息息相关，下列说法正确的是( )
A．复旦大学研究的能导电、存储的二维材料二硫化钼是一种新型有机功能材料
B．中国天眼用到碳化硅、芯片用到高纯硅、石英玻璃用到硅酸盐
C．中国歼－20上用到的氮化镓材料是当作金属合金材料使用的
D．石墨烯弹性气凝胶制成的碳海绵可用作处理原油泄漏的吸油材料
解析：选D A项，二硫化钼属于无机物，不属于新型有机功能材料，错误；B项，石英玻璃的成分为二氧化硅，是氧化物，不属于硅酸盐，错误；C项，氮化镓是化合物，不是合金，错误；D项，气凝胶制成的轻质“碳海绵”，具有吸附性，则可用作处理海上原油泄漏的吸油材料，正确。
4．《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事天文等领域的发展受到世界瞩目。它们与化学有着密切联系。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．“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非金属材料
C．“神舟十一号”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
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
解析：选C A项，“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于金属材料；B项，增强聚四氟乙烯板属于有机高分子材料；C项，新型无机非金属材料在性能上比传统无机非金属材料有了很大的提高，可适用于不同的要求。如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等都属于新型无机非金属材料；D项，硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料，利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转换为电能，二氧化硅为光导纤维的成分。
5．高纯度硅是典型的“半导体”材料，在半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。工业上可按如下生产流程制取高纯度硅，下列有关这一工业流程的说法不正确的是( )
eq \x(石英砂)eq \(――→,\s\up11(①焦炭),\s\d4(高温))eq \x(粗硅)eq \(――→,\s\up11(②氯气),\s\d4(加热))eq \x(四氯化硅)eq \(――→,\s\up11(③氢气),\s\d4(高温))eq \x(纯硅)
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
B．①③是置换反应，②是化合反应
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 ml电子
D．在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
解析：选D 工业制粗硅是二氧化硅与焦炭在高温下反应：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，A项正确；二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，四氯化硅与氢气反应生成硅和氯化氢：SiCl4＋2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl，都是置换反应，硅和氯气反应生成四氯化硅：Si＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(加热))SiCl4，是化合反应，B项正确；在制备流程中硅元素的价态在0和＋4价转变，所以任一反应中，每消耗或生成28 g硅，都转移4 ml电子，C项正确；在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合，则石英砂与焦炭反应，氯气与氢气反应，就不再按照题干的流程进行，不会得到高纯硅，D项错误。
6．中华传统文化博大精深，其中涉及很多的化学知识。下列有关说法不正确的是( )
A．“滴水石穿、绳锯木断”不包含化学变化
B．工业生产玻璃、水泥、漂白粉，均需要用石灰石为原料
C．“落汤螃蟹着红袍”肯定发生了化学变化
D．中国蓝是古代人工合成的蓝色化合物，其化学式为BaCuSi4O10，其中硅的化合价为＋4价
解析：选A 石头大多为大理石(即碳酸钙)，其能与水、二氧化碳反应生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2是可溶性物质，属于化学变化，A错误；制玻璃的原料：石英、石灰石、纯碱等；制水泥的原料：石灰石和黏土；制漂白粉的原料：用石灰石可以制得氧化钙进而得到消石灰，用氯气与消石灰反应得到漂白粉，因此工业上生产玻璃、水泥、漂白粉均需要用石灰石为原料，B正确；龙虾和螃蟹被煮熟时，它们壳里面的一种蛋白质——甲壳蛋白会受热扭曲分解，释放出一种类似于胡萝卜素的色素物质，有新物质生成，属于化学变化，C正确；根据化合价的代数和为零可知硅的化合价为＋4价，D正确。
7．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是( )
A．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维
C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高
解析：选C 图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。
8．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不正确的是( )
A．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点
B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．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，其化学式为Si3N4
D．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料
解析：选D 传统的无机非金属材料，缺点为质地较脆，经不起热冲击，新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，能承受高温，强度较高，具有电学特性、光学特性等，A项正确；碳化硅的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，B项正确；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，其化学式为Si3N4，C项正确；光导纤维属于新型无机非金属材料，但合成纤维属于有机高分子材料，D项错误。
9．晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅的过程如下：
Ⅰ.高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ.粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(200～350 ℃)) SiHCl3＋H2)；
Ⅲ.SiHCl3与过量的H2在1 100～1 200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应。
(1)第一步用焦炭与石英砂制取粗硅，其反应的化学方程式为___________________________；上述反应中的氧化剂是________，还原剂是____________。
(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________________________________________________________________________。
(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是__________，装置C中的烧杯需要加热，目的是________________________________________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_________________________________________________________。
解析：(1)焦炭与石英砂制取粗硅：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，SiO2得电子，价态降低，为氧化剂，C失电子，价态升高，为还原剂。
(2)SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。
(3)①SiHCl3能与水剧烈反应，应将制得的H2中的水蒸气除去，故装置B中的试剂是浓硫酸；常温下SiHCl3为液体，反应时应使其汽化后再在D处与H2反应，故装置C的烧瓶需加热。②H2和汽化后的SiHCl3在装置D中发生反应：SiHCl3 ＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100～1 200 ℃))Si＋3HCl，故D中观察到的现象是有固体生成，在此反应温度下，普通玻璃会软化，故不能采用普通玻璃管。③制备流程包含高温下加热氢气，氢气和氧气混合在高温条件下易发生爆炸，因此必须排尽装置内的空气。
答案：(1)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑ SiO2 C
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体生成 在此反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3 ＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100～1 200 ℃))Si＋3HCl ③排尽装置内的空气
10.请回答下列问题：
(1)耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。石英玻璃的成分是________(填化学式)，该物质的类别属于________(填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”)，实验室中不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放KOH溶液，原因是________________________(用离子方程式表示)。
(2)硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
①1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”，这种“金属”可能是___________________________________________________。
②玻璃是常用的硅酸盐材料，生产普通玻璃的主要材料有_______________，其制备过程中涉及的主要化学方程式为_______________________________________________。
解析：(1)石英为二氧化硅，二氧化硅与强碱反应生成硅酸盐和水。
(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅，加热石英砂、木炭和铁时，发生反应：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，所以在加热石英砂、木炭和铁时，可能得到含有硅、碳的铁合金。
②制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂，在玻璃窑中加强热时主要发生反应：Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。
答案：(1)SiO2 酸性氧化物
SiO2＋2OH－===SiOeq \\al(2－,3)＋H2O
(2)①含有硅、碳的铁合金
②纯碱、石英砂、石灰石 Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑
结构
特点
硅氧四面体
硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等
原料
制备过程
生产应用
陶瓷
黏土
原料经高温烧结而成
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
玻璃
纯碱、石灰石和石英砂
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
建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等
水泥
黏土、石灰石
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
制作混凝土，用于建筑和水利工程
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
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
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
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
碳纳米管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A.用作涂料
B.化学能转化为电能
C.无机非金属材料
D.有电热转化性能
【知识导图】
【重难点精讲】
一、硅单质
1.存在
硅单质主要有晶体和无定形两大类。
2.物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。
3.化学性质
(1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟、氢氟酸、碱反应。反应的化学方程式分别为：
与氟：Si＋2F2===SiF4；
与氢氟酸：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
与碱：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(2)在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应，与氧气反应的化学方程式为Si＋O2eq \(=====,\s\up7(△))SiO2。
4、主要应用：半导体材料→硅芯片、硅太阳能电池
5、高纯硅的制备
涉及的主要化学反应为
(a)SiO2＋2Ceq \(=============,\s\up7(1 800～2 000 ℃))Si＋2CO↑
(b)Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))SiHCl3＋H2
(c)SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100 ℃))Si＋3HCl
二、二氧化硅
1.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。
2.物理性质
熔点高，硬度大，难溶于水。
3.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)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。
4.化学性质
SiO2为酸性氧化物，是硅酸的酸酐。
(1)SiO2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。
(2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钙反应的化学方程式为SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。
(3)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＋CaOeq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3。
(4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
5、主要应用：光导纤维
三、硅酸、硅酸盐
1.硅酸
(1)物理性质
硅酸的溶解度小，新制备的硅酸为透明、胶冻状，干燥硅胶多孔，吸水性和吸附性强。
(2)化学性质
①弱酸性：酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
②不稳定性：受热易分解，反应的化学方程式为
H2SiO3eq \(=====,\s\up7(△))SiO2＋H2O。
(3)制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)。
(4)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。
2.硅酸盐
(1)硅酸盐的结构、特点
(2)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
(2)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
四、无机非金属材料
1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
(1)常见硅酸盐材料比较
(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。
2.新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
(1)新型陶瓷
(2)碳纳米材料
（3） 传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别
特别提醒：
1．氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。
2．不能依据反应2C＋SiO2eq \(=====,\s\up15(高温))Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up15(高温))Na2SiO3＋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。
3．SiO2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，但与水不能直接反应。
4．C与SiO2反应的产物是CO不是CO2。
5．不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。
【典题精练】
考点1、考查硅及其化合物的性质
1．下列叙述中正确的是( )
A．因为Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up15(高温))Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似
C．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物
D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸
解析：A项中反应不是在水溶液中进行，产物中有气体生成，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A项错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B项错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于碱性氧化物与酸生成盐和水的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C项错误。
答案：D
名师归纳：硅及其化合物性质“反常”小结
(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
(3)Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up15(高温))Si＋2CO↑。
(4)非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
(6)一般情况下，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物)。
(7)一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。
(8)一般情况下，较强酸＋较弱酸的盐―→较弱酸＋较强酸的盐(溶液中的反应)。
因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。
但在高温下，可发生反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up15(高温))Na2SiO3＋CO2↑(CO2离开反应体系促进反应的正向进行)。
(9)一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up15(高温))H2＋CO。
(10)一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。
考点2、考查硅及其化合物的用途
例2、硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列说法正确的是( )
A.水晶项链是硅酸盐制品
B.硅单质广泛用于光纤通讯
C.利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
D.水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料
解析：水晶项链主要成分是二氧化硅,A错;光纤是由二氧化硅制造而成的,B错;石英中的二氧化硅不与盐酸反应,C错；传统无机非金属材料包括水泥、玻璃、陶瓷等，D正确。
答案：D
名师归纳：(1)传统无机非金属材料都是以含硅物质为原料，经过高温发生复杂的物理、化学变化制成，产品都为硅酸盐。(2)生产中采用不同的原料和工艺，也可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，利用含有铅的原料可制得光学玻璃；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃。
考点3、考查硅及其化合的制备
例3、硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：_________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学方程式：____________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是___________________。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)。
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通信材料——光导纤维
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
解析：(1)①根据给定的反应物和生成物写出化学方程式，注意反应条件和配平。②写出反应物和给出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物为H2，并配平。
(2)A项中水泥是硅酸盐材料；B、C项根据硅的化合物的用途可知，两项说法都正确；D项中玻璃是混合物，没有固定的熔点；E项中盐酸和硅不反应。
答案：(1)①SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up17(1 100 ℃))Si＋3HCl②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑
氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3(2)BC
名师归纳：
考点4、考查无机非金属材料的有关知识
4．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
解析：无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。
答案：D
名师归纳：四种新型的无机非金属材料对比
随堂练习：
1．下列说法正确的是( )
A．富勒烯是碳纳米材料，C60是有机物
B．碳纳米管属于胶体
C．碳纳米管的比表面积大，可用于生产复合材料
D．石墨烯具有纳米尺度的直径
解析：选C C60是单质，不属于有机物，A错误；碳纳米管具有纳米尺度的直径，但不是胶体，其比表面积大，具有相当高的强度，可用于生产复合材料，而石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，B、D错误，C正确。
2．下列不需要用到二氧化硅的是( )
A．光导纤维B．半导体材料
C．石英钟表D．普通玻璃
解析：选B A项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，正确；B项，半导体材料主要成分为Si，错误；C项，石英的成分为二氧化硅，正确；D项，玻璃的成分中含有二氧化硅，正确。
3．下列说法不正确的是( )
A．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的
B．二氧化硅溶于水生成硅酸
C．石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅
D．二氧化硅是一种熔沸点很高、硬度很大的氧化物
解析：选B 制造光导纤维的主要原料是二氧化硅，A项正确。二氧化硅不溶于水，所以通常用硅酸钠溶液和盐酸反应制硅酸，B项错误。石英、水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅，C项正确。二氧化硅的熔沸点高、硬度大，D项正确。
4．下列叙述正确的是( )
A．高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强
B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸
C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化原理相同
D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳
解析：选D B项，物质中都含有SiO2，能与氢氟酸反应；C项，石灰硬化的原理是Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO3，而水泥硬化过程中发生复杂的物理变化和化学变化。
5.用胶头滴管向用石蜡围成的“Spark”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“Spark”的字样，则该溶液是( )
A．盐酸B．氢氟酸
C．烧碱D．饱和食盐水
解析：选B 能腐蚀玻璃的是氢氟酸，反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
6．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
解析：选D A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。
7．下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是( )
A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料
B．硅酸不溶于水可溶于NaOH溶液
C．Na2O、Na2O2与CO2反应产物相同
D．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应
解析：选C A项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，正确；B项，硅酸与NaOH溶液反应生成易溶于水的Na2SiO3，正确；C项，氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠，过氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，二者产物不同，不正确，符合题意；D项，二氧化硅是酸性氧化物，能和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，正确。
8．将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液、②浓Na2SiO3溶液、③Ca(OH)2溶液、④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
A．①②③④B．②④
C．①②③D．②③
解析：选B 根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液不反应，无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量会发生反应Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而有结晶析出。
9．2016年12月5日华为公司中央研究院瓦特实验室在日本世界电池大会上推出世界首个石墨烯锂离子电池。石墨烯可看作是石墨的层状结构一层一层地剥开得到的单层碳原子，它既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高出百倍，同时表现出良好的导电性能(如图)。下列关于石墨烯的说法正确的是( )
A．石墨烯是一种新型的纳米化合物
B．石墨烯与C60互为同素异形体
C．石墨烯的结构中所有原子不可能处于同一平面
D．石墨制取石墨烯的过程是化合反应
解析：选B A项，石墨烯是由一种元素组成的纯净物，属于单质，故错误；B项，石墨烯与C60是由碳元素组成的不同的单质，互为同素异形体，故正确；C项，石墨烯可看作是石墨的层状结构一层一层地剥开得到的单层碳原子，所以石墨烯的结构中部分碳原子处于同一平面，故错误；D项，石墨制成石墨烯，反应物与生成物均是一种，所以不属于化合反应，故错误。故选B。
10．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde
C．cde D．ab
解析：选B 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。
11．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的是________。
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与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为________，工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚D．铁坩埚
(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________。
解析：(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋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。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)该反应中C被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
答案：(1)D (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸 (3)防火剂 D (4)C SiO2
12．某同学为验证盐酸、碳酸和硅酸的酸性强弱，用如图所示装置进行实验：
试回答下列问题。
(1)装置Ⅰ中滴加盐酸后，产生的现象是____________________________________；装置Ⅱ的作用是________________________________，其中可能发生反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
(2)装置Ⅲ中的现象是_______________，反应的化学方程式是__________________。
(3)该实验的实验结论是_________________________。
解析：(1)碳酸钠和盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，现象为固体溶解并有气泡
产生；装置Ⅱ的作用是吸收CO2中混有的HCl气体，反应生成氯化钠、水和二氧化碳，
反应的离子方程式为HCOeq \\al(－,3)＋H＋===H2O＋CO2↑。(2)二氧化碳和硅酸钠溶液反应生成硅酸，现象为有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。(3)根据强酸制取弱酸的规律可以得出酸性强弱顺序为盐酸>碳酸>硅酸。
答案：(1)固体溶解并有气泡产生 吸收CO2中混有的HCl气体 HCOeq \\al(－,3)＋H＋===H2O＋CO2↑
(2)有白色胶状沉淀生成 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ (3)酸性：盐酸>碳酸>硅酸
13．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅。
Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃),\s\d5( ))SiHCl3＋H2。
Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 100 ℃反应制得纯硅，已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)第Ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为_____________________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________________________________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________，装置D中发生反应的化学方程式为_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。
a．碘水 b．氯水
c．NaOH溶液d．KSCN溶液
e．Na2SO3溶液
解析：(1)高温下，SiO2和C反应生成Si和CO，反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋2CO↑。
(2)沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以可以采用蒸馏的方法分离。
(3)①为防止SiHCl3与H2O强烈反应，需要干燥剂干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应，所以可以作干燥剂；升高温度能使SiHCl3汽化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应；②D中发生反应SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成；③Si是亲氧元素，为防止Si被氧化，需要排尽装置中的空气；④向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性，故选b、d。
答案：(1)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋2CO↑ (2)蒸馏
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体物质生成 SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( ))Si＋3HCl ③排尽装置中的空气 ④bd
14．有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是( )
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界中存在大量单质硅
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．自然界硅的贮量丰富
解析：选B 自然界硅的贮量丰富，大多数是以SiO2和硅酸盐的形式存在，无单质硅存在；硅单质是固体，化学性质不活泼，所以硅便于运输、贮存，其燃烧产物SiO2对环境污染程度低，容易有效控制，故A、C、D项正确，B项错。
15．石英砂(主要成分为SiO2)是一种常见工业原料，其中常混有少量碳酸钙。要除去石英砂中的少量碳酸钙，应采用的方法是( )
A．用稀硫酸溶解后过滤分离
B．用酒精灯加热
C．用水溶解后过滤分离
D．用稀盐酸溶解后过滤分离
解析：选D A项，SiO2为酸性氧化物，不能与硫酸反应，碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙是微溶物，不能过滤分离，错误；B项，用酒精灯加热，CaCO3不能发生分解反应，即使分解仍混有分解产物CaO，错误；C项，SiO2和CaCO3都不溶于水，不能用溶解、过滤的方法除去，错误；D项，碳酸钙能与盐酸反应生成可溶性氯化钙、水和CO2，而SiO2不溶解，可以除去杂质，正确。
16．下列说法正确的是( )
A．硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化
B．酸性溶液中可能大量存在Na＋、NHeq \\al(＋,4)、SiOeq \\al(2－,3)
C．向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋
D．向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiOeq \\al(2－,3)＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SOeq \\al(2－,3)
解析：选A B项，酸性条件下，SiOeq \\al(2－,3)不能大量存在；C项，Na2SiO3是可溶于水的强电解质；D项，应生成HSOeq \\al(－,3)。
17．下列说法正确的是( )
A．普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，说明普通玻璃为纯净物
B．制玻璃的过程中发生反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性H2SiO3>H2CO3
C．水晶玻璃、普通玻璃均属于硅酸盐产品
D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，用氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
解析：选D 普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，但普通玻璃属于混合物，A项错误；反应Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑能发生是因为生成的CO2不断逸出，且该反应不是在溶液中发生的，不能作为判断碳酸和硅酸酸性强弱的依据，事实上碳酸的酸性强于硅酸的酸性，B项错误；水晶玻璃的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐产品，C项错误。
18．已知下列物质有如图所示转化关系，水和部分产物已略去。
①X为不溶于水的坚硬固体，Z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料；
②无色气体A是引起温室效应的主要气体；
③B、D均为难溶于水的白色固体；
④高纯度的F是制造电脑芯片的一种非金属单质。
据此回答下列问题：
(1)B的化学式是________，F的名称是________。
(2)由X、Y制F的过程中，Y作________(填“氧化”或“还原”)剂。
(3)转化①的化学方程式为_______________________________________________。
(4)转化②(A少量)的离子方程式为________。
解析：由①知Z应为玻璃，则X应为SiO2，C为Na2SiO3，A为CO2，D为H2SiO3，E为Na2CO3，B为CaCO3，Y为C，F为Si。
答案：(1)CaCO3 硅 (2)还原 (3)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (4)CO2＋SiOeq \\al(2－,3)＋H2O===H2SiO3(胶体)＋COeq \\al(2－,3)
课后作业：
一、基础篇（40分）
1．“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．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂
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
解析：选C 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
2．含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应
C．普通水泥的主要成分是硅酸盐
D．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂
解析：选B 烧结黏土制陶瓷的过程包含复杂的物理、化学变化，B项错误。
3．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片 D．光导纤维
答案：C
4．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为
①SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up11(高温),\s\d4(电炉))Si＋2CO↑
②Si＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(△))SiCl4
③SiCl4＋2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl
下列对上述三个反应的叙述中，错误的是( )
A．①③为置换反应
B．②为化合反应
C．①②③均为氧化还原反应
D．三个反应的反应物中硅元素均被还原
解析：选D 反应①③中硅元素被还原，反应②中硅元素被氧化，D错误。
5．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )
A．石墨烯具有良好的导电性
B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
解析：选D 石墨烯是从石墨中分离出来的，是良好的导体材料，A正确；三者均为单质且由同种元素组成的，互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可容纳H2分子，可作H2的提纯薄膜，C正确；碳与浓硫酸反应产物为CO2和SO2，故其产物相同，D错误。
6．我国已研制出了一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐热且不易传热的材料来制造的，这种材料是( )
A．普通硅酸盐陶瓷 B．氮化硅陶瓷
C．光导纤维 D．玻璃钢
解析：选B A项，普通硅酸盐陶瓷能导热，不能用于制陶瓷柴油机，错误；B项，无冷却式陶瓷发动机选用的材料是氮化硅陶瓷，正确；C项，光导纤维用于传输信息，不能用于制陶瓷柴油机，错误；D项，玻璃钢是一种复合材料，常用于汽车车身等，错误。
7．下列关于某博物院使用材料相关说法正确的是( )
A．展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2
B．墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品
C．商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于硅酸盐制品
D．展示的青铜器上有一层绿色物质可能是碱式碳酸铜，此绿色物质不溶于盐酸
解析：选B 钢化玻璃与普通玻璃的主要成分相同(只是制造的工艺不同)，主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；后(司)母戊鼎是青铜器，属于铜合金制品，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜而溶解，D项错误。
8．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性热解，可从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强
D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐
解析：选B 二氧化硅为酸性氧化物，但其不溶于水，A项错误；硅酸的酸性比碳酸弱，B项正确，C项错误；沙子的主要成分是二氧化硅，D项错误。
9．玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是( )
A．氮 B．硫
C．硅 D．氯
解析：选C 玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素，故选项C正确。
10．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
解析：选B 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误；普通玻璃的大致组成为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，C正确；二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，D正确。
二 能力篇（60分）
1．化学与人类社会的生产、生活有着密切联系。下列叙述中不正确的是( )
解析：选B 氧化铁为红色，俗称为铁红，难溶于水，常用作红色油漆和涂料，A正确；钙钛矿太阳能电池是把吸收的光能转化为电能，B错误；SiO2属于无机非金属材料，可以制取超分子纳米管，C正确；石墨烯发热服有电热转化性能，D正确。
2．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘(通“黏”)土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
解析：选A 沙子的主要成分为SiO2，是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误；“燃薪举火”是使成型的黏土器皿发生复杂的物理化学变化而制成陶器，B项正确；烧制过程中铁的化合物被氧化为氧化铁，得到红瓦，若浇水则发生氧化还原反应得到氧化亚铁而成为青瓦，C项正确；制作砖瓦和陶瓷的主要原料是黏土，D项正确。
3．人们的生活、生产与化学息息相关，下列说法正确的是( )
A．复旦大学研究的能导电、存储的二维材料二硫化钼是一种新型有机功能材料
B．中国天眼用到碳化硅、芯片用到高纯硅、石英玻璃用到硅酸盐
C．中国歼－20上用到的氮化镓材料是当作金属合金材料使用的
D．石墨烯弹性气凝胶制成的碳海绵可用作处理原油泄漏的吸油材料
解析：选D A项，二硫化钼属于无机物，不属于新型有机功能材料，错误；B项，石英玻璃的成分为二氧化硅，是氧化物，不属于硅酸盐，错误；C项，氮化镓是化合物，不是合金，错误；D项，气凝胶制成的轻质“碳海绵”，具有吸附性，则可用作处理海上原油泄漏的吸油材料，正确。
4．《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事天文等领域的发展受到世界瞩目。它们与化学有着密切联系。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．“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非金属材料
C．“神舟十一号”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
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
解析：选C A项，“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于金属材料；B项，增强聚四氟乙烯板属于有机高分子材料；C项，新型无机非金属材料在性能上比传统无机非金属材料有了很大的提高，可适用于不同的要求。如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等都属于新型无机非金属材料；D项，硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料，利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转换为电能，二氧化硅为光导纤维的成分。
5．高纯度硅是典型的“半导体”材料，在半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。工业上可按如下生产流程制取高纯度硅，下列有关这一工业流程的说法不正确的是( )
eq \x(石英砂)eq \(――→,\s\up11(①焦炭),\s\d4(高温))eq \x(粗硅)eq \(――→,\s\up11(②氯气),\s\d4(加热))eq \x(四氯化硅)eq \(――→,\s\up11(③氢气),\s\d4(高温))eq \x(纯硅)
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
B．①③是置换反应，②是化合反应
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 ml电子
D．在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
解析：选D 工业制粗硅是二氧化硅与焦炭在高温下反应：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，A项正确；二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，四氯化硅与氢气反应生成硅和氯化氢：SiCl4＋2H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl，都是置换反应，硅和氯气反应生成四氯化硅：Si＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(加热))SiCl4，是化合反应，B项正确；在制备流程中硅元素的价态在0和＋4价转变，所以任一反应中，每消耗或生成28 g硅，都转移4 ml电子，C项正确；在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合，则石英砂与焦炭反应，氯气与氢气反应，就不再按照题干的流程进行，不会得到高纯硅，D项错误。
6．中华传统文化博大精深，其中涉及很多的化学知识。下列有关说法不正确的是( )
A．“滴水石穿、绳锯木断”不包含化学变化
B．工业生产玻璃、水泥、漂白粉，均需要用石灰石为原料
C．“落汤螃蟹着红袍”肯定发生了化学变化
D．中国蓝是古代人工合成的蓝色化合物，其化学式为BaCuSi4O10，其中硅的化合价为＋4价
解析：选A 石头大多为大理石(即碳酸钙)，其能与水、二氧化碳反应生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2是可溶性物质，属于化学变化，A错误；制玻璃的原料：石英、石灰石、纯碱等；制水泥的原料：石灰石和黏土；制漂白粉的原料：用石灰石可以制得氧化钙进而得到消石灰，用氯气与消石灰反应得到漂白粉，因此工业上生产玻璃、水泥、漂白粉均需要用石灰石为原料，B正确；龙虾和螃蟹被煮熟时，它们壳里面的一种蛋白质——甲壳蛋白会受热扭曲分解，释放出一种类似于胡萝卜素的色素物质，有新物质生成，属于化学变化，C正确；根据化合价的代数和为零可知硅的化合价为＋4价，D正确。
7．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是( )
A．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维
C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高
解析：选C 图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。
8．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不正确的是( )
A．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点
B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．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，其化学式为Si3N4
D．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料
解析：选D 传统的无机非金属材料，缺点为质地较脆，经不起热冲击，新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，能承受高温，强度较高，具有电学特性、光学特性等，A项正确；碳化硅的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，B项正确；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，其化学式为Si3N4，C项正确；光导纤维属于新型无机非金属材料，但合成纤维属于有机高分子材料，D项错误。
9．晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅的过程如下：
Ⅰ.高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ.粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(200～350 ℃)) SiHCl3＋H2)；
Ⅲ.SiHCl3与过量的H2在1 100～1 200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应。
(1)第一步用焦炭与石英砂制取粗硅，其反应的化学方程式为___________________________；上述反应中的氧化剂是________，还原剂是____________。
(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________________________________________________________________________。
(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是__________，装置C中的烧杯需要加热，目的是________________________________________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_________________________________________________________。
解析：(1)焦炭与石英砂制取粗硅：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，SiO2得电子，价态降低，为氧化剂，C失电子，价态升高，为还原剂。
(2)SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。
(3)①SiHCl3能与水剧烈反应，应将制得的H2中的水蒸气除去，故装置B中的试剂是浓硫酸；常温下SiHCl3为液体，反应时应使其汽化后再在D处与H2反应，故装置C的烧瓶需加热。②H2和汽化后的SiHCl3在装置D中发生反应：SiHCl3 ＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100～1 200 ℃))Si＋3HCl，故D中观察到的现象是有固体生成，在此反应温度下，普通玻璃会软化，故不能采用普通玻璃管。③制备流程包含高温下加热氢气，氢气和氧气混合在高温条件下易发生爆炸，因此必须排尽装置内的空气。
答案：(1)SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑ SiO2 C
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体生成 在此反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3 ＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100～1 200 ℃))Si＋3HCl ③排尽装置内的空气
10.请回答下列问题：
(1)耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。石英玻璃的成分是________(填化学式)，该物质的类别属于________(填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”)，实验室中不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放KOH溶液，原因是________________________(用离子方程式表示)。
(2)硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
①1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”，这种“金属”可能是___________________________________________________。
②玻璃是常用的硅酸盐材料，生产普通玻璃的主要材料有_______________，其制备过程中涉及的主要化学方程式为_______________________________________________。
解析：(1)石英为二氧化硅，二氧化硅与强碱反应生成硅酸盐和水。
(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅，加热石英砂、木炭和铁时，发生反应：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，所以在加热石英砂、木炭和铁时，可能得到含有硅、碳的铁合金。
②制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂，在玻璃窑中加强热时主要发生反应：Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。
答案：(1)SiO2 酸性氧化物
SiO2＋2OH－===SiOeq \\al(2－,3)＋H2O
(2)①含有硅、碳的铁合金
②纯碱、石英砂、石灰石 Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑
结构
特点
硅氧四面体
硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等
原料
制备过程
生产应用
陶瓷
黏土
原料经高温烧结而成
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
玻璃
纯碱、石灰石和石英砂
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
建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等
水泥
黏土、石灰石
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
制作混凝土，用于建筑和水利工程
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
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
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
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
碳纳米管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A.用作涂料
B.化学能转化为电能
C.无机非金属材料
D.有电热转化性能
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