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人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料优秀学案设计
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料优秀学案设计，文件包含人教版1019高中化学必修2同步讲义第07讲无机非金属材料教师版docx、人教版1019高中化学必修2同步讲义第07讲无机非金属材料学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共19页， 欢迎下载使用。
知识精讲
知识点01 传统无机非金属材料——硅酸盐材料
1．无机非金属材料
（1）组成元素：多含有___、___等元素。
（2）分类：______无机非金属材料、______无机非金属材料。
（3）性能：具有耐______、抗______、硬度______等特点，以及特殊的光学、电学等性能。
（4）应用领域：日常生活应用、航空、航天、信息和新能源等领域。
2．传统无机非金属材料——硅酸盐材料
（1）硅酸盐及其结构
①概念：硅酸盐是由___、___和______等元素组成的化合物的总称。
②结构：Si和O构成了硅氧______，许多这样的四面体通过顶角的___相互连接。
③特性：硅酸盐材料大多具有硬度___、熔点___、___溶于水、化学性质___、耐___等特点。
（2）常见的硅酸盐材料
【即学即练1】下列物质中，不含硅酸盐的是（ ）。
A．水玻璃 B．硅芯片 C．黏土 D．普通水泥
知识点02 高纯度含硅元素的材料——硅和二氧化硅
1．硅的存在、结构
2．高纯硅的制备
（1）流程
（2）反应
①______________________________
②______________________________
③______________________________
3．硅和二氧化硅的用途
（1）单质硅
①信息技术：单质硅是应用最为广泛的__________材料，如硅晶片是生产_____的基础材料。
②新能源技术：__________电池
（2）二氧化硅：用于生产__________。
4．新型陶瓷
（1）组成：不再限于传统的硅酸盐体系。
（2）特性和功能：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
（3）碳化硅（SiC）俗称_____，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料等。
（4）常见的类型：_____陶瓷、_____陶瓷、_____陶瓷、_____陶瓷。
5．碳纳米材料
（1）富勒烯：由______构成的一系列笼形分子的总称，如C60，可以制碳纳米材料。
（2）碳纳米管：可以看成是由______卷成的管状物，具有纳米尺度的直径，比表面积大，有相当高的______和优良的______性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。
（3）石墨烯：只有__________________厚度的单层石墨，电阻率_____、热导率_____，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在不断深入。
【即学即练2】2021年，我国航空航天事业取得了辉煌成就。下列成就所涉及的材料为半导体材料的是（ ）。
A．“天问一号”探测器使用的复合材料——SiC增强铝基复合材料
B．“天舟三号”货运飞船使用的质量轻强度高的材料——铝合金
C．“长征五号”运载火箭使用的高效清洁的液体燃料——液氢
D．“神舟十三号”载人飞船使用的太阳能电池材料——砷化镓
能力拓展
考法01 硅和二氧化硅的性质及应用
【典例1】（2022·陕西榆林高一上学期期末）工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl4和CO，SiCl4经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备SiCl4的装置示意图：
已知：SiCl4熔点为－70.0℃，沸点为57.7℃，且遇水易水解。
（1）装置C中的试剂是________________：装置F的作用为_____________________。
（2）装置A中发生反应的离子方程式为：_______________________________；A装置中，有一处明显错误是_____________________。
（3）装置D的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是________________。
（4）G中吸收气体一段时间后，吸收液中肯定存在OH－、Cl－和SO42－．为探究该吸收液中可能存在的其它酸根离子（忽略空气中CO2的影响）。
【提出假设】假设1：只有SO32－；假设2：既无SO32－也无ClO－：假设3：只有ClO－。
【设计方案，进行实验】可供选择的实验试剂有：3ml/LH2SO4溶液、1ml/LNaOH溶液、溴水、品红溶液、0.01ml/LKMnO4溶液、淀粉－KI溶液。各取少量吸收液于a、b、c三支试管中，分别滴加适量的3ml/LH2SO4溶液后，进行下列实验。请完成下表：
【知识拓展】
1．单质硅的性质
（1）常温下，性质稳定，只能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应
①Si+2F2SiF4
②Si+4HFSiF4↑+2H2↑
③Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
（2）在加热或高温下，能够与氧气、氯气、氢气等物质反应
①Si+O2SiO2
②Si+2Cl2SiCl4
③Si+2H2SiH4
④Si+CSiC
2．二氧化硅和二氧化碳性质的比较
【特别提醒】二氧化硅的特殊性
（1）酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸，但SiO2不溶于H2O，不能直接与H2O反应生成H2SiO3。
（2）非金属氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高。
（3）酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与氢氟酸反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。
考法02 硅酸和硅酸盐的性质及应用
【典例2】某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。
实验操作步骤：
Ⅰ．打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸；
Ⅱ．A中看到白色沉淀时，…，关闭活塞a；
请回答：
（1）B中反应的离子方程式是________________________。
（2）通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是______（填字母）。
A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性
（3）C装置的作用是______，X是______（写化学式）。
（4）为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是____________，D中反应的化学方程式是________________________。
（5）碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是________________________（从原子结构角度加以解释）。
【知识拓展】硅酸和硅酸盐的性质
1．碳酸和硅酸性质的比较
2．Na2SiO3与Na2CO3性质的比较
【特别提醒】硅酸盐的组成和结构
由于硅酸盐的结构比较复杂，为了简化硅酸盐组成，采用氧化物的形式。实际上，硅酸盐不是以简单的氧化物的形式存在，而是以各种结构复杂的盐的形式存在。
考法03 无机非金属材料
【典例3】（2022·武汉高一检测）硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
（1）工业上生产粗硅的反应：SiO2+2CSi（粗）+2CO↑；SiO2+3CSiC+2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________________。
（2）工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
①若反应Ⅰ为Si（粗）+3HClSiHCl3+H2，则反应Ⅱ的化学方程式为__________________________________________________________。
②整个制备过程中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，写出该反应的化学方程式：______________________。
【知识拓展】含硅物质的化学性质
1．无机非金属材料分类
2．新型无机非金属材料分为高纯度的含硅元素的材料、新型陶瓷、碳纳米材料。
3．高纯硅的制备
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+3HClSiHCl3+H2
③SiHCl3+H2Si+3HCl
【特别提醒】（1）区分Si和SiO2的用途。Si是应用最为广泛的半导体材料，SiO2可用于制造光导纤维。
（2）石英玻璃的主要成分是SiO2，不是硅酸盐。
分层提分
题组A 基础过关练
1．（2022·广东选择考）广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是（ ）。
2．（2022•常州高一检测）我国“化学”一词最早出于《化学鉴原》（1871年）。该书把一种元素翻译为“矽（xi）”。在地壳里，“矽”的含量在所有元素含量中占第二位，现代把这种“矽”元素命名为（ ）。
A．锡 B．硒 C．氧 D．硅
3．（2022·绍兴高一检测）碳纳米管是继足球烯（C60）以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯（C60）的说法错误的是（ ）。
A．它们的物理性质有较大差异
B．在常温下它们的化学性质都稳定
C．它们是不同的碳单质
D．它们分别完全燃烧后生成物不同
4．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡，下列说法错误的是（ ）。
A．陶瓷、玻璃和水泥均属于无机非金属材料
B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3
C．陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等
D．陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成的
5．下列反应不能一步完成的是（ ）。
A．SiO2Na2SiO3 B．SiO2H2SiO3
C．Na2SiO3H2SiO3 D．H2SiO3SiO2
6．（2022·嘉兴高一检测）下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是（ ）。
A．两者都是酸性氧化物，故均不与酸反应
B．两者都可以与NaOH溶液反应
C．两者熔、沸点均较低
D．两者都能与水反应生成对应的酸且碳酸的酸性强于硅酸
7．（四川省遂宁市2021~2022学年高一上学期期末）中国景德镇瓷器精美绝伦，瓷器表面的兔毫釉主要成分为SiO2，还含有少量Al2O3和Fe2O3。下列说法错误的是（ ）。
A．SiO2属于酸性氧化物
B．景德镇瓷器不宜保存酸性或碱性太强物质
C．兔毫釉极易被空气氧化，瓷器不能在空气中久置
D．Al2O3中氧的质量分数高于Fe2O3
8．2022年北京冬奥会的各种科技让外国友人震惊，其中北京冬奥会火炬“飞扬”的制作材料和冬奥项目中的“速度担当”——用航天级技术造中国雪车所使用的材料也是备受关注。
（1）冬奥火炬和中国雪车使用的均是一种新型无机非金属材料——碳纤维复合材料，其中碳纤维与碳纳米管、石墨烯____________（填“是”或“不是”）同素异形体。
（2）建设高铁轨道需要大量的水泥，生产水泥的主要原材料是黏土和________________；还需要加入适量______________调节水泥硬化速率。
（3）高铁上的信息传输系统使用了光导纤维，其主要成分是______________；乘务员使用的无线通话机的芯片材料是________________。
（4）高铁上安装有许多玻璃，氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹，氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为__________________________。
（5）高铁上的卫生间没有任何异味，是由于所使用的马桶、地漏和洗手盆下水口都是纳米硅胶的高科技产品。向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体，该反应的离子方程式为____________________________________________。
题组B 能力提升练
1．（2022•荆门高一检测）《天工开物》第七卷《陶埏（陶瓷）》中“水火既济而土合．…后世方土效灵，人工表异，陶成雅器，有素肌、玉骨之象焉”所述的“陶成雅器”的主要原料是（ ）。
A．黏土
B．纯碱、石灰石、石英砂
C．黏土、石灰石
D．二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝
2．（宁夏石嘴山市2021~2022学年高一上学期期中测试）下列说法正确的是（ ）。
A．二氧化硅具有良好的半导体特性，故而可用作光导纤维
B．硅酸钠为盐，非碱类物质，故可用玻璃瓶盛装
C．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸
D．硅溶于氢氧化钠溶液，只有水作氧化剂，NaOH既非氧化剂也非还原剂
3．（福建泉州2021~2022学年度高一期末检测）中国是瓷器的故乡，钧瓷是宋代五大名窑瓷器之一，以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法正确的是（ ）。
A．高品质的白瓷晶莹剔透，属于纯净物
B．瓷器中含有大量的金属元素，因此陶瓷属于金属材料
C．氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料
D．“窑变”是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色的变化
4．（2022～2023年度河南洛阳高一上学期期中检测）高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称半导体材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它的制备方法如图所示，下列说法错误的是（ ）。
A．硅和二氧化硅均能与氢氟酸反应
B．步骤①中易产生SiC杂质，SiC属于共价化合物
C．步骤③的反应属于置换反应
D．熔融NaOH固体，可在石英坩埚中进行
5．下列说法正确的是（ ）。
A．由SiO2不能与水反应生成硅酸可知，SiO2不是酸性氧化物
B．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
C．由SiO2可制作光导纤维可知，SiO2可导电
D．由SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
5．含硅元素的物质有很多用途，下列说法不正确的是（ ）。
A．硅晶片是生产芯片的基础材料，其主要成分为SiO2
B．高压输电线路使用的陶瓷绝缘材料属于硅酸盐材料
C．水玻璃是硅酸钠的水溶液，可用作木材防火剂的原料
D．超导陶瓷具有超导性，可应用于电力和交通领域
7．下列离子方程式中书写正确的是（ ）。
A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：Na2SiO3+CO2+H2O2Na++CO32－ QUOTE +H2SiO3↓
B．二氧化硅放入澄清石灰水中：Ca（OH）2+2SiO2CaSiO3↓+H2O
C．二氧化硅与氢氟酸反应：SiO2+4H++4F－SiF4↑+2H2O
D．单质硅溶于烧碱溶液中：Si+2OH－+H2OSiO32－ QUOTE +2H2↑
8．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料－－光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。
（1）在元素周期表中，A位于第____________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为_______________，A与B在原子的电子层结构上的相同点是_____________________。
（2）易与C发生化学反应的酸是_________，反应的化学方程式是______________。
（3）将C与纯碱混合高温熔融时发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将少量的E通入D的水溶液中，生成含A的化合物F。
①分别写出生成D和F的化学反应方程式：______________________________，____________________________________________。
②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是________________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．铁坩埚
8．（2021~2022学年贵州贵阳高一上期末检测）工业上通常利用SiO2和碳反应来制取硅，写出反应的化学方程式___________________________。工业上还可以利用镁制取硅，反应为2Mg+SiO22MgO+Si，同时会发生副反应：2Mg+SiMg2Si。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置，试回答下列问题：
（1）由于O2和H2O（g）的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________（填序号）。
A．石灰石 B．锌粒 C．纯碱
（2）实验开始时，必须先通一段时间X气体，再加热反应物，其理由是_______________；当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，其原因是______________________。
（3）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因是副产物Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷）气体，然后SiH4自燃。用化学方程式表示这两个反应①________________，②_________________。
题组C 培优拔尖练
1.“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂（主要成分为SiO2）制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下：
下列说法错误的是（ ）。
A．反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2
B．流程中HCl和H2可以循环利用
C．反应①②③均为置换反应
D．生成的硅单质是光导纤维的主要成分
2．（2021~2022学年浙江省杭州市四校高一下4月份段考）美国科学家制成了用C60作车轮的“纳米汽车”（如图所示），每辆“纳米汽车”是由一个有机分子和4个C60分子构成，直径约6到9纳米。“纳米汽车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法不正确的是（ ）。
A．C60属于新型无机非金属材料
B．C60可以在一定条件下转化为金刚石，且发生物理变化
C．C60与碳纳米管互为同素异形体
D．用激光笔照射该“纳米汽车”分散在蒸馏水中形成的分散系，光线通过时出现明亮的光路
3．（2021~2022学年浙江省9+1高中联盟高一下期中）AlN属于类金刚石氮化物，是一种新型的高温结构陶瓷，熔融状态下不导电。AlN极易水解，其水解方程式为：AlN+3H2OAl（OH）3+NH3↑。下列有关AlN的说法正确的是（ ）。
A．AlN熔沸点高，硬度大，属于离子化合物
B．可以通过铝和氮气在空气中加热反应制得纯净的AlN
C．AlN性质稳定，可耐酸耐碱
D．AlN陶瓷可以用作集成电路散热基板
4．（2020年7月·浙江学考真题）Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是（ ）。
A．可发生反应：Ca3SiO5+4NH4ClCaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
5．（2021年1月高三八省联考湖北卷）水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2）。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下2（3CaO·SiO2）+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2（放热反应）。但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是（ ）。
A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
【解析】选C。水泥由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得，A说法正确；水泥生产过程中加入石膏的目的是为了调节水泥的凝结硬化速度，调整水泥的凝结时间，B说法正确；水与硅酸三钙（3CaO·SiO2）发生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，C说法错误；硅酸三钙（3CaO·SiO2）与水反应放热，以冰代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡，保证建筑质量，D说法正确。
6．沸石是一种含水架状结构的多孔性铝硅酸盐晶体，其基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体。沸石的化学组成为：Ma［（AlO2）x·（SiO2）y］·z（H2O），其中M为金属阳离子。下列推测不正确的是（ ）。
A．沸石的架状结构中存有的空气，可作为气泡的凝结核，能使反应液平稳沸腾
B．若金属阳离子带n个单位正电荷，则x＝a·n
C．增大x/y（铝硅比）的值，可以增强沸石的耐酸、耐碱和耐高温的性能
D．沸石具有筛分分子的作用，可用于分离、提纯气体或液体混合物
7．（2022·大连高一上期末）用湿法制磷酸的副产品氟硅酸（H2SiF6）生成无水氟化氢的工艺如图所示：
已知氟硅酸钾（K2SiF6）微酸性，有吸湿性，微溶于水，不溶于酒精。
（1）写出反应器中的化学方程式：________________。
（2）在实验室过滤操作中所用的玻璃仪器有_____________，在洗涤氟硅酸钾（K2SiF6）时常用酒精洗涤，其目的是：____________。
（3）该流程中可以循环使用的物质是：_____________。（填化学式）
（4）氟化氢可以腐蚀刻画玻璃，在刻蚀玻璃过程中也会生成H2SiF6，试写出该反应的化学方程式：__________________。
8．（2022·广西北海高一上学期期末）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_______________，还可使用_________代替硝酸。
（2）沉淀A的主要成分是____________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为___________________________。
（3）加氨水过程中加热的目的是__________________________，沉淀B的主要成分为_________、_________（填化学式）。
（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液测定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，测定反应为：2MnO4－+6H++5H2C2O42Mn2++10CO2↑+8H2O。实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500ml•L－1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为_______________。
课程标准
课标解读
1．了解无机非金属材料的主要性能和用途。
2．了解常见硅酸盐产品的组成。
3．掌握硅酸钠的性质和用途。
4．掌握硅和二氧化硅的性质，了解硅和二氧化硅的用途。
1．能列举、描述、辨识无机非金属材料。
2．能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类，并合理使用。
3．能说明无机非金属材料的应用对社会发展的价值。
项目
陶瓷
玻璃
水泥
主要成分
成分复杂
_____、_____和_____
硅酸三钙（__________）、硅酸二钙（__________）、铝酸三钙（__________）
生产原料
_____
（含水的铝硅酸盐）
_____、_____、_____
主要原料：_____、_____
辅助原料：适量的_____
主要设备
_________
_________
_________
用途
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维
大量用于建筑和水利工程
存在
原子结构
示意图
周期表中位置
含量
存在形态
地壳中居第___位
_______和_______
_______
第___周期、第___族
序号
操作
可能出现的现象
结论
①
向a试管中滴加几滴______溶液
若溶液褪色
则假设1成立
若溶液不褪色
则假设2或3成立
②
向b试管中滴加几滴_____溶液
若溶液褪色
则假设1或3成立
若溶液不褪色
假设2成立
③
向c试管中滴加几滴________溶液
__________
假设3成立
H2CO3
H2SiO3
酸性
均为弱酸,且酸性H2CO3＞H2SiO3
水溶性
能溶于水
难溶于水
稳定性
常温下易分解生成CO2和H2O
受热易分解生成SiO2和H2O
制备
CO2+H2OH2CO3
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
转化关系
Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3
Na2CO3
俗名
硅酸钠的水溶液俗称水玻璃、泡花碱
纯碱、苏打
水溶性
易溶于水，水溶液黏合性强，是一种矿物胶
易溶
与盐酸反应
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
Na2CO3+2HCl（少量）
2NaCl+H2O+CO2↑
Na2CO3+HCl（少量）
NaCl+NaHCO3
与CO2反应
Na2SiO3+CO2（少量）+H2O
H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+2CO2（过量）+2H2O
H2SiO3↓+2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3
用途
制备硅胶和木材防火剂
制玻璃、制肥皂
文物
选项
A．南宋鎏
金饰品
B．蒜头纹
银盒
C．广彩瓷
咖啡杯
D．铜镀
金钟座
知识精讲
知识点01 传统无机非金属材料——硅酸盐材料
1．无机非金属材料
（1）组成元素：多含有___、___等元素。
（2）分类：______无机非金属材料、______无机非金属材料。
（3）性能：具有耐______、抗______、硬度______等特点，以及特殊的光学、电学等性能。
（4）应用领域：日常生活应用、航空、航天、信息和新能源等领域。
2．传统无机非金属材料——硅酸盐材料
（1）硅酸盐及其结构
①概念：硅酸盐是由___、___和______等元素组成的化合物的总称。
②结构：Si和O构成了硅氧______，许多这样的四面体通过顶角的___相互连接。
③特性：硅酸盐材料大多具有硬度___、熔点___、___溶于水、化学性质___、耐___等特点。
（2）常见的硅酸盐材料
【即学即练1】下列物质中，不含硅酸盐的是（ ）。
A．水玻璃 B．硅芯片 C．黏土 D．普通水泥
知识点02 高纯度含硅元素的材料——硅和二氧化硅
1．硅的存在、结构
2．高纯硅的制备
（1）流程
（2）反应
①______________________________
②______________________________
③______________________________
3．硅和二氧化硅的用途
（1）单质硅
①信息技术：单质硅是应用最为广泛的__________材料，如硅晶片是生产_____的基础材料。
②新能源技术：__________电池
（2）二氧化硅：用于生产__________。
4．新型陶瓷
（1）组成：不再限于传统的硅酸盐体系。
（2）特性和功能：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
（3）碳化硅（SiC）俗称_____，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料等。
（4）常见的类型：_____陶瓷、_____陶瓷、_____陶瓷、_____陶瓷。
5．碳纳米材料
（1）富勒烯：由______构成的一系列笼形分子的总称，如C60，可以制碳纳米材料。
（2）碳纳米管：可以看成是由______卷成的管状物，具有纳米尺度的直径，比表面积大，有相当高的______和优良的______性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。
（3）石墨烯：只有__________________厚度的单层石墨，电阻率_____、热导率_____，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在不断深入。
【即学即练2】2021年，我国航空航天事业取得了辉煌成就。下列成就所涉及的材料为半导体材料的是（ ）。
A．“天问一号”探测器使用的复合材料——SiC增强铝基复合材料
B．“天舟三号”货运飞船使用的质量轻强度高的材料——铝合金
C．“长征五号”运载火箭使用的高效清洁的液体燃料——液氢
D．“神舟十三号”载人飞船使用的太阳能电池材料——砷化镓
能力拓展
考法01 硅和二氧化硅的性质及应用
【典例1】（2022·陕西榆林高一上学期期末）工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl4和CO，SiCl4经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备SiCl4的装置示意图：
已知：SiCl4熔点为－70.0℃，沸点为57.7℃，且遇水易水解。
（1）装置C中的试剂是________________：装置F的作用为_____________________。
（2）装置A中发生反应的离子方程式为：_______________________________；A装置中，有一处明显错误是_____________________。
（3）装置D的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是________________。
（4）G中吸收气体一段时间后，吸收液中肯定存在OH－、Cl－和SO42－．为探究该吸收液中可能存在的其它酸根离子（忽略空气中CO2的影响）。
【提出假设】假设1：只有SO32－；假设2：既无SO32－也无ClO－：假设3：只有ClO－。
【设计方案，进行实验】可供选择的实验试剂有：3ml/LH2SO4溶液、1ml/LNaOH溶液、溴水、品红溶液、0.01ml/LKMnO4溶液、淀粉－KI溶液。各取少量吸收液于a、b、c三支试管中，分别滴加适量的3ml/LH2SO4溶液后，进行下列实验。请完成下表：
【知识拓展】
1．单质硅的性质
（1）常温下，性质稳定，只能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应
①Si+2F2SiF4
②Si+4HFSiF4↑+2H2↑
③Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
（2）在加热或高温下，能够与氧气、氯气、氢气等物质反应
①Si+O2SiO2
②Si+2Cl2SiCl4
③Si+2H2SiH4
④Si+CSiC
2．二氧化硅和二氧化碳性质的比较
【特别提醒】二氧化硅的特殊性
（1）酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸，但SiO2不溶于H2O，不能直接与H2O反应生成H2SiO3。
（2）非金属氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高。
（3）酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与氢氟酸反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。
考法02 硅酸和硅酸盐的性质及应用
【典例2】某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。
实验操作步骤：
Ⅰ．打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸；
Ⅱ．A中看到白色沉淀时，…，关闭活塞a；
请回答：
（1）B中反应的离子方程式是________________________。
（2）通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是______（填字母）。
A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性
（3）C装置的作用是______，X是______（写化学式）。
（4）为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是____________，D中反应的化学方程式是________________________。
（5）碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是________________________（从原子结构角度加以解释）。
【知识拓展】硅酸和硅酸盐的性质
1．碳酸和硅酸性质的比较
2．Na2SiO3与Na2CO3性质的比较
【特别提醒】硅酸盐的组成和结构
由于硅酸盐的结构比较复杂，为了简化硅酸盐组成，采用氧化物的形式。实际上，硅酸盐不是以简单的氧化物的形式存在，而是以各种结构复杂的盐的形式存在。
考法03 无机非金属材料
【典例3】（2022·武汉高一检测）硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
（1）工业上生产粗硅的反应：SiO2+2CSi（粗）+2CO↑；SiO2+3CSiC+2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________________。
（2）工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
①若反应Ⅰ为Si（粗）+3HClSiHCl3+H2，则反应Ⅱ的化学方程式为__________________________________________________________。
②整个制备过程中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，写出该反应的化学方程式：______________________。
【知识拓展】含硅物质的化学性质
1．无机非金属材料分类
2．新型无机非金属材料分为高纯度的含硅元素的材料、新型陶瓷、碳纳米材料。
3．高纯硅的制备
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+3HClSiHCl3+H2
③SiHCl3+H2Si+3HCl
【特别提醒】（1）区分Si和SiO2的用途。Si是应用最为广泛的半导体材料，SiO2可用于制造光导纤维。
（2）石英玻璃的主要成分是SiO2，不是硅酸盐。
分层提分
题组A 基础过关练
1．（2022·广东选择考）广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是（ ）。
2．（2022•常州高一检测）我国“化学”一词最早出于《化学鉴原》（1871年）。该书把一种元素翻译为“矽（xi）”。在地壳里，“矽”的含量在所有元素含量中占第二位，现代把这种“矽”元素命名为（ ）。
A．锡 B．硒 C．氧 D．硅
3．（2022·绍兴高一检测）碳纳米管是继足球烯（C60）以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯（C60）的说法错误的是（ ）。
A．它们的物理性质有较大差异
B．在常温下它们的化学性质都稳定
C．它们是不同的碳单质
D．它们分别完全燃烧后生成物不同
4．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡，下列说法错误的是（ ）。
A．陶瓷、玻璃和水泥均属于无机非金属材料
B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3
C．陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等
D．陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成的
5．下列反应不能一步完成的是（ ）。
A．SiO2Na2SiO3 B．SiO2H2SiO3
C．Na2SiO3H2SiO3 D．H2SiO3SiO2
6．（2022·嘉兴高一检测）下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是（ ）。
A．两者都是酸性氧化物，故均不与酸反应
B．两者都可以与NaOH溶液反应
C．两者熔、沸点均较低
D．两者都能与水反应生成对应的酸且碳酸的酸性强于硅酸
7．（四川省遂宁市2021~2022学年高一上学期期末）中国景德镇瓷器精美绝伦，瓷器表面的兔毫釉主要成分为SiO2，还含有少量Al2O3和Fe2O3。下列说法错误的是（ ）。
A．SiO2属于酸性氧化物
B．景德镇瓷器不宜保存酸性或碱性太强物质
C．兔毫釉极易被空气氧化，瓷器不能在空气中久置
D．Al2O3中氧的质量分数高于Fe2O3
8．2022年北京冬奥会的各种科技让外国友人震惊，其中北京冬奥会火炬“飞扬”的制作材料和冬奥项目中的“速度担当”——用航天级技术造中国雪车所使用的材料也是备受关注。
（1）冬奥火炬和中国雪车使用的均是一种新型无机非金属材料——碳纤维复合材料，其中碳纤维与碳纳米管、石墨烯____________（填“是”或“不是”）同素异形体。
（2）建设高铁轨道需要大量的水泥，生产水泥的主要原材料是黏土和________________；还需要加入适量______________调节水泥硬化速率。
（3）高铁上的信息传输系统使用了光导纤维，其主要成分是______________；乘务员使用的无线通话机的芯片材料是________________。
（4）高铁上安装有许多玻璃，氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹，氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为__________________________。
（5）高铁上的卫生间没有任何异味，是由于所使用的马桶、地漏和洗手盆下水口都是纳米硅胶的高科技产品。向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体，该反应的离子方程式为____________________________________________。
题组B 能力提升练
1．（2022•荆门高一检测）《天工开物》第七卷《陶埏（陶瓷）》中“水火既济而土合．…后世方土效灵，人工表异，陶成雅器，有素肌、玉骨之象焉”所述的“陶成雅器”的主要原料是（ ）。
A．黏土
B．纯碱、石灰石、石英砂
C．黏土、石灰石
D．二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝
2．（宁夏石嘴山市2021~2022学年高一上学期期中测试）下列说法正确的是（ ）。
A．二氧化硅具有良好的半导体特性，故而可用作光导纤维
B．硅酸钠为盐，非碱类物质，故可用玻璃瓶盛装
C．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸
D．硅溶于氢氧化钠溶液，只有水作氧化剂，NaOH既非氧化剂也非还原剂
3．（福建泉州2021~2022学年度高一期末检测）中国是瓷器的故乡，钧瓷是宋代五大名窑瓷器之一，以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法正确的是（ ）。
A．高品质的白瓷晶莹剔透，属于纯净物
B．瓷器中含有大量的金属元素，因此陶瓷属于金属材料
C．氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料
D．“窑变”是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色的变化
4．（2022～2023年度河南洛阳高一上学期期中检测）高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称半导体材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它的制备方法如图所示，下列说法错误的是（ ）。
A．硅和二氧化硅均能与氢氟酸反应
B．步骤①中易产生SiC杂质，SiC属于共价化合物
C．步骤③的反应属于置换反应
D．熔融NaOH固体，可在石英坩埚中进行
5．下列说法正确的是（ ）。
A．由SiO2不能与水反应生成硅酸可知，SiO2不是酸性氧化物
B．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
C．由SiO2可制作光导纤维可知，SiO2可导电
D．由SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
5．含硅元素的物质有很多用途，下列说法不正确的是（ ）。
A．硅晶片是生产芯片的基础材料，其主要成分为SiO2
B．高压输电线路使用的陶瓷绝缘材料属于硅酸盐材料
C．水玻璃是硅酸钠的水溶液，可用作木材防火剂的原料
D．超导陶瓷具有超导性，可应用于电力和交通领域
7．下列离子方程式中书写正确的是（ ）。
A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：Na2SiO3+CO2+H2O2Na++CO32－ QUOTE +H2SiO3↓
B．二氧化硅放入澄清石灰水中：Ca（OH）2+2SiO2CaSiO3↓+H2O
C．二氧化硅与氢氟酸反应：SiO2+4H++4F－SiF4↑+2H2O
D．单质硅溶于烧碱溶液中：Si+2OH－+H2OSiO32－ QUOTE +2H2↑
8．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料－－光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。
（1）在元素周期表中，A位于第____________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为_______________，A与B在原子的电子层结构上的相同点是_____________________。
（2）易与C发生化学反应的酸是_________，反应的化学方程式是______________。
（3）将C与纯碱混合高温熔融时发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将少量的E通入D的水溶液中，生成含A的化合物F。
①分别写出生成D和F的化学反应方程式：______________________________，____________________________________________。
②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是________________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．铁坩埚
8．（2021~2022学年贵州贵阳高一上期末检测）工业上通常利用SiO2和碳反应来制取硅，写出反应的化学方程式___________________________。工业上还可以利用镁制取硅，反应为2Mg+SiO22MgO+Si，同时会发生副反应：2Mg+SiMg2Si。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置，试回答下列问题：
（1）由于O2和H2O（g）的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________（填序号）。
A．石灰石 B．锌粒 C．纯碱
（2）实验开始时，必须先通一段时间X气体，再加热反应物，其理由是_______________；当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，其原因是______________________。
（3）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因是副产物Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷）气体，然后SiH4自燃。用化学方程式表示这两个反应①________________，②_________________。
题组C 培优拔尖练
1.“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂（主要成分为SiO2）制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下：
下列说法错误的是（ ）。
A．反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2
B．流程中HCl和H2可以循环利用
C．反应①②③均为置换反应
D．生成的硅单质是光导纤维的主要成分
2．（2021~2022学年浙江省杭州市四校高一下4月份段考）美国科学家制成了用C60作车轮的“纳米汽车”（如图所示），每辆“纳米汽车”是由一个有机分子和4个C60分子构成，直径约6到9纳米。“纳米汽车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法不正确的是（ ）。
A．C60属于新型无机非金属材料
B．C60可以在一定条件下转化为金刚石，且发生物理变化
C．C60与碳纳米管互为同素异形体
D．用激光笔照射该“纳米汽车”分散在蒸馏水中形成的分散系，光线通过时出现明亮的光路
3．（2021~2022学年浙江省9+1高中联盟高一下期中）AlN属于类金刚石氮化物，是一种新型的高温结构陶瓷，熔融状态下不导电。AlN极易水解，其水解方程式为：AlN+3H2OAl（OH）3+NH3↑。下列有关AlN的说法正确的是（ ）。
A．AlN熔沸点高，硬度大，属于离子化合物
B．可以通过铝和氮气在空气中加热反应制得纯净的AlN
C．AlN性质稳定，可耐酸耐碱
D．AlN陶瓷可以用作集成电路散热基板
4．（2020年7月·浙江学考真题）Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是（ ）。
A．可发生反应：Ca3SiO5+4NH4ClCaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
5．（2021年1月高三八省联考湖北卷）水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2）。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下2（3CaO·SiO2）+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2（放热反应）。但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是（ ）。
A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
【解析】选C。水泥由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得，A说法正确；水泥生产过程中加入石膏的目的是为了调节水泥的凝结硬化速度，调整水泥的凝结时间，B说法正确；水与硅酸三钙（3CaO·SiO2）发生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，C说法错误；硅酸三钙（3CaO·SiO2）与水反应放热，以冰代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡，保证建筑质量，D说法正确。
6．沸石是一种含水架状结构的多孔性铝硅酸盐晶体，其基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体。沸石的化学组成为：Ma［（AlO2）x·（SiO2）y］·z（H2O），其中M为金属阳离子。下列推测不正确的是（ ）。
A．沸石的架状结构中存有的空气，可作为气泡的凝结核，能使反应液平稳沸腾
B．若金属阳离子带n个单位正电荷，则x＝a·n
C．增大x/y（铝硅比）的值，可以增强沸石的耐酸、耐碱和耐高温的性能
D．沸石具有筛分分子的作用，可用于分离、提纯气体或液体混合物
7．（2022·大连高一上期末）用湿法制磷酸的副产品氟硅酸（H2SiF6）生成无水氟化氢的工艺如图所示：
已知氟硅酸钾（K2SiF6）微酸性，有吸湿性，微溶于水，不溶于酒精。
（1）写出反应器中的化学方程式：________________。
（2）在实验室过滤操作中所用的玻璃仪器有_____________，在洗涤氟硅酸钾（K2SiF6）时常用酒精洗涤，其目的是：____________。
（3）该流程中可以循环使用的物质是：_____________。（填化学式）
（4）氟化氢可以腐蚀刻画玻璃，在刻蚀玻璃过程中也会生成H2SiF6，试写出该反应的化学方程式：__________________。
8．（2022·广西北海高一上学期期末）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_______________，还可使用_________代替硝酸。
（2）沉淀A的主要成分是____________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为___________________________。
（3）加氨水过程中加热的目的是__________________________，沉淀B的主要成分为_________、_________（填化学式）。
（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液测定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，测定反应为：2MnO4－+6H++5H2C2O42Mn2++10CO2↑+8H2O。实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500ml•L－1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为_______________。
课程标准
课标解读
1．了解无机非金属材料的主要性能和用途。
2．了解常见硅酸盐产品的组成。
3．掌握硅酸钠的性质和用途。
4．掌握硅和二氧化硅的性质，了解硅和二氧化硅的用途。
1．能列举、描述、辨识无机非金属材料。
2．能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类，并合理使用。
3．能说明无机非金属材料的应用对社会发展的价值。
项目
陶瓷
玻璃
水泥
主要成分
成分复杂
_____、_____和_____
硅酸三钙（__________）、硅酸二钙（__________）、铝酸三钙（__________）
生产原料
_____
（含水的铝硅酸盐）
_____、_____、_____
主要原料：_____、_____
辅助原料：适量的_____
主要设备
_________
_________
_________
用途
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维
大量用于建筑和水利工程
存在
原子结构
示意图
周期表中位置
含量
存在形态
地壳中居第___位
_______和_______
_______
第___周期、第___族
序号
操作
可能出现的现象
结论
①
向a试管中滴加几滴______溶液
若溶液褪色
则假设1成立
若溶液不褪色
则假设2或3成立
②
向b试管中滴加几滴_____溶液
若溶液褪色
则假设1或3成立
若溶液不褪色
假设2成立
③
向c试管中滴加几滴________溶液
__________
假设3成立
H2CO3
H2SiO3
酸性
均为弱酸,且酸性H2CO3＞H2SiO3
水溶性
能溶于水
难溶于水
稳定性
常温下易分解生成CO2和H2O
受热易分解生成SiO2和H2O
制备
CO2+H2OH2CO3
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
转化关系
Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3
Na2CO3
俗名
硅酸钠的水溶液俗称水玻璃、泡花碱
纯碱、苏打
水溶性
易溶于水，水溶液黏合性强，是一种矿物胶
易溶
与盐酸反应
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
Na2CO3+2HCl（少量）
2NaCl+H2O+CO2↑
Na2CO3+HCl（少量）
NaCl+NaHCO3
与CO2反应
Na2SiO3+CO2（少量）+H2O
H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+2CO2（过量）+2H2O
H2SiO3↓+2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3
用途
制备硅胶和木材防火剂
制玻璃、制肥皂
文物
选项
A．南宋鎏
金饰品
B．蒜头纹
银盒
C．广彩瓷
咖啡杯
D．铜镀
金钟座
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