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（人教版2019必修第二册）高一化学下学期 专题03 无机非金属材料（原卷版+解析）
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这是一份（人教版2019必修第二册）高一化学下学期 专题03 无机非金属材料（原卷版+解析），共47页。
0 专题03 无机非金属材料思维导图知识详解考点1 硅酸盐材料1．硅酸盐的结构、特点2．硅酸盐材料传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。【典例1】陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【答案】A【解析】A项，氧化铁为棕红色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，故A错误；B项，秦兵马俑是陶制品，陶制品是由粘土或含有粘土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，故B正确；C项，陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，故C正确；D项，陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐的化学性质不活泼，具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点，故D正确。故选A。【典例2】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )A．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【答案】A【解析】沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属硅酸盐，A项错误；黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理化学变化过程，B项正确；青瓦和红瓦是在冷却时区别的，C项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”可知，D项正确。考点2 硅和二氧化硅1．硅(1)硅元素的存在硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧，在地壳中含量居第二位。硅是一种亲氧元素，其在自然界中总是与氧相互化合，自然界中以化合态态形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。硅原子和碳原子最外层电子数为4 个，它们既难失去电子，也难得到电子，其中碳是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。(2)高纯硅的制备原理其中涉及的主要化学反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑Si＋3HClSiHCl3＋H2SiHCl3＋H2Si＋3HCl(3)硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。2．二氧化硅(SiO2)(1)二氧化硅的结构和性质SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，天然SiO2存在形态有结晶形和无定型形两大类。石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是SiO2。二氧化硅中每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角； 许多个这样的四面体又通过顶角的 O 相连，每个O 与2个Si 相结合，二氧化硅晶体中Si和O按1:2 的比例组成立体网状结构的晶体，二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不导电，不溶于水，化学性质稳定。(2)特性：与氢氟酸反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 。(3)二氧化硅的用途：①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。③实验室中使用的石英坩埚。④水晶和玛瑙制作饰物和工艺品。【归纳总结】二氧化碳与二氧化硅的性质比较【典例3】我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )A．晶体硅和金刚石的物理性质相似B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电【答案】A【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。【典例4】下列叙述正确的是( )A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似B．因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物【答案】C【解析】CO2和SiO2都是酸性氧化物、化学性质相似，但物理性质差别很大，A项错误；硅酸的酸性比H2CO3弱，反应之所以发生，是因为CO2为气体，可以脱离反应体系，B项错误；CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂，C项正确；SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐，所以SiO2不是两性氧化物，D项错误。考点3 新型无机非金属材料1．新型陶瓷——碳化硅(SiC)2．其它新型陶瓷3．碳纳米材料4．特殊功能的含硅材料(1)含4%硅的硅钢具有导磁性，主要用作变压器的铁芯；(2)人工合成的硅橡胶是最好的既耐高温又耐低温的橡胶，用于火箭、飞机、导弹的零件和绝缘材料；(3)人工制造的分子筛，主要用作吸附剂和催化剂。【典例5】我国科学家已成功合成了一种碳纤维(3nm长的管状纳米管)，这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( )A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维复合材料不易导电【答案】D【解析】A项，这种碳纤维的强度高、刚度高、密度小、熔点高、化学稳定性好，是制造飞机的理想材料，说法正确，故A不选；B项，它的主要组成元素是碳，说法正确，故B不选；C项，这种碳纤维的化学性质稳定，抗腐蚀能力强，说法正确，故C不选；D项，碳纤维复合材料其主要元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电，说法错误，故D选；故选D。【典例6】根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是( )A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差【答案】D【解析】A项，高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，选项A正确；B项，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，是生物陶瓷，选项B正确；C项，氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，选项C正确；D项，新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点，克服了传统无机非金属材料的缺点，具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，常用于发动机的受热面，选项D错误。故选D。专项练习一、选择题1．(2022·四川省绵阳市高一期末)下列物品用到硅单质的是( )A．水晶吊灯 B．门窗玻璃 C．计算机芯片 D．光导纤维2．(2022·云南省高二学业考试)我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。制造太阳能电池板的核心材料是( )A．Al B．C C．Si D．Fe3．喀斯特地貌地区蕴藏了大量石灰石。下列材料与石灰石主要成分相同的是( )A．玻璃 B．水泥 C．陶瓷 D．大理石4．2021年西安白鹿原江村考古发现汉文帝霸陵。下列发掘出土的文物属于无机非金属材料的是( )5．(2022·云南省丽江市期末)下列材料中不属于硅酸盐材料的是( )A．做窗户的普通玻璃 B．浇灌房顶的水泥C．铺地板的陶瓷瓷砖 D．传输信号的光导纤维6．2021年我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法不正确的是( )A．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅B．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢推进剂，产物对环境无污染C．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料D．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金属于新型合金7．材料与化学密切相关，表中对应系错误的是( )8．(2022·山西省运城市质检)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叙述错误的是( )A．HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记B．SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性：H2SO3＞H2SiO3C．硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂D．光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是无机非金属材料9．(2022·广东省茂名高州市统测)2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”成功着陆火星。天问一号探测器上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是( )A．SiC是一种新型硅酸盐材料B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接D．SiC具有优异的高温抗氧化性能10．(2022·黑龙江省大兴安岭实验中学高一期中)医学研究表明：偏硅酸(也称硅酸)有软化血管的作用，对心脏病、高血压有一定的疗效。偏硅酸中含有硅、氢、氧三种元素，其中硅的化合价为+4价，则其化学式为( )A．Na2SiO3 B．H2SiO4 C．H2SiO3 D．SiO211．(2022·广西钦州市高一期末)钦州坭兴陶，学名为紫泥陶，与江苏紫砂陶、云南建水陶、重庆荣昌陶并称中国四大名陶。传统钦州坭兴陶制备工艺主要包括以下几个步骤：制备坯料→坯体成型→修整坯体→坯体干燥→装饰坯体→烧制坯体→抛光打磨。下列制陶过程中，涉及化学变化的是( )A．坯体成型 B．坯体干燥 C．烧制坯体 D．抛光打磨12．(2022·四川省眉山市高一期末)下列说法正确的是( )A．硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应B．据SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．硅太阳能电池、石英光导纤维和计算机芯片所用的材料都是SiD．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料经高温烧结而制成的13．(2022·四川省阆中市川绵外国语学校高一期末)硅及其化合物广泛应用于生产生活，下列有关说法错误的是( )A．Si可以用作半导体材料B．互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO2C．硅酸钠的溶液俗称水玻璃，常用作木材的阻燃剂D．玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀形成的14．下列关于硅酸盐材料的说法错误的是( )A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅C．陶瓷的主要原料是黏土D．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料15．中国是瓷器的故乡，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16．玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是( )A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制造水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．制造水泥的过程中只发生了物理变化17．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )A．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的颜色变化B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸18．(2022·四川省遂宁市高一期末)纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )A．X可用作木材防火剂B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4C．步骤Ⅱ中的Y生成可用SiO2与水反应代替D．步骤 Ⅲ若在实验室完成，一般在坩埚中进行19．碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是( )A．碳纳米管属于一种有机合成纤维B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料20．(2022·湖南省邵阳市一模)突飞猛进的新科技改变着人类的生活，生产方式，下列说法正确的是( )A．我国自主研发的东方超环(人造太阳)使用的氕、氘、氚互为同素异形体B．天眼用到的碳化硅是一种新型有机材料C．法能够实现直接从空气中捕获二氧化碳，该法可缓解全球日益严重的温室效应D．北斗导航专用硬件结合国产处理器打造出一颗真正意义的“中国芯”，其主要成分为SiO2 21．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其结构如图所示。下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是( )A．晶体中每个硅原子与4个氧原子相连B．晶体中硅、氧原子个数比为1∶2C．晶体中最小环上的原子数为8D．晶体中共用一个硅原子的最小的环的原子数目为1222．在2021年5月29日，我国企业研发的世界首台航天微波炉随着“天舟二号”进入太空。其中芯片全为中国制造，制作芯片的刻蚀液为硝酸与氢氟酸的混合液，工艺涉及的反应为：Si+HNO3+6HF=H2SiF6+HNO2+H2↑+H2O，下列说法错误的是( )A．此反应不能在玻璃容器中进行B．由此反应可判断氢氟酸是强酸C．氧化性：HNO3＞H2SiF6D．标况下，生成1.12 L H2时，转移电子的物质的量为0.2 mol23．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3Ceq \o(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是( )A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中转移的电子数为12e－D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为1∶224．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制晶的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示：下列说法错误的是( )A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应25．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如图：已知：流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是( )A．电弧炉中发生的反应为C+SiO2CO2↑+SiB．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯C．每生成1mol高纯硅，需要44.8LCl2标准状况D．该工艺Si的产率高且无副产物，符合绿色化学要求二、非选择题26．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和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，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，其反应方程式为___________________。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq \o(=====,\s\up10(高温))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__________________________________。27．氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________。A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3：6：2反应生成两种化合物。①该反应的化学方程式为___________________________。②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。28．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为_________________。②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如表所示，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。③SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为________________。(2)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如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，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，关闭活塞a。①B中反应的离子方程式是_________________。②通过步骤Ⅰ知浓盐酸具有的性质是________(填字母)。A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性③C装置中的试剂X是________(填化学式)。D中反应的化学方程式是_____________________________。④碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因：____________________。29．(2022·浙江省高三选考模拟)设计如下实验探究某矿石(仅含四种短周期元素)的组成和性质，无色液体1为最常见的液体纯净物：(1)白色胶状沉淀2的化学式___________，无色液体1的电子式___________。(2)矿石的化学式为___________。(3)白色粉末3溶于过量NaOH溶液的离子方程式是___________。(4)无色溶液3与过量NaOH溶液反应的离子方程式___________。(5)白色粉末3与能与同主族短周期元素的单质反应，检验其反应产物的方法是___________。30．(2022·福建省宁德市期末)硅是带来人类文明的重要元素之一，工业上可用石英砂制备。(1)Si在元素周期表中的位置是__________________。(2)硅和锗(Ge)属于同主族元素。下列预测合理的是________(填序号)。a．Ge与H2化合易于Si b．常温下GeO2是固体c．酸性H2GeO3＞H2SiO3 d．Si和Ge都可做半导体材料(3)高纯SiO2可用于制造________________。(4)下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。①洗涤石英砂的目的是________________________________。②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是_______________________________________。③在以上流程中，能否将盐酸改为NaOH溶液，请说明理由_______________________________。(5)氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料，可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过以下反应制备：3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO①氮化硅中氮元素的化合价________。②若生成11.2 L CO(标准状况)，则生成氮化硅的质量是_____g(保留一位小数)。 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、耐腐蚀等陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土辅助原料：适量的石膏设备—玻璃窑水泥回转窑制备过程原料经高温烧结而成原料经混合、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，再磨成细粉即得主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、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物质二氧化硅二氧化碳存在存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空气，燃料的燃烧产物物理性质固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水化学性质①与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3②与酸反应只与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应③与碱液(NaOH)反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3④与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3如与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3⑤与碳反应SiO2＋2CSi＋2CO↑CO2＋C2CO用途制饰品、坩埚、光导纤维干冰用于人工降雨俗称结构特点主要性能生产应用金刚砂碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石硬度很大、高温抗氧化性能优异砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等压电陶瓷具有电学特性钛酸钡陶瓷声呐系统、气象探测等透明陶瓷具有光学特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高压钠灯、激光器和高温探测窗等超导陶瓷具有超导性超导陶瓷电力、交通、医疗等类别成分性能应用富勒稀由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其代表物为C60——纳米汽车碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径碳纳米管的比表面积大，强度高、优良化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，强度高光电器件、超级电容器、电池和复合材料选项ABCD文物名称筒瓦及瓦当车轮及车马器铜滴漏金饰小件材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2-30.4-84.9-111.9 专题03 无机非金属材料思维导图知识详解考点1 硅酸盐材料1．硅酸盐的结构、特点2．硅酸盐材料传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。【典例1】陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【答案】A【解析】A项，氧化铁为棕红色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，故A错误；B项，秦兵马俑是陶制品，陶制品是由粘土或含有粘土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，故B正确；C项，陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，故C正确；D项，陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐的化学性质不活泼，具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点，故D正确。故选A。【典例2】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )A．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【答案】A【解析】沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属硅酸盐，A项错误；黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理化学变化过程，B项正确；青瓦和红瓦是在冷却时区别的，C项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”可知，D项正确。考点2 硅和二氧化硅1．硅(1)硅元素的存在硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧，在地壳中含量居第二位。硅是一种亲氧元素，其在自然界中总是与氧相互化合，自然界中以化合态态形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。硅原子和碳原子最外层电子数为4 个，它们既难失去电子，也难得到电子，其中碳是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。(2)高纯硅的制备原理其中涉及的主要化学反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑Si＋3HClSiHCl3＋H2SiHCl3＋H2Si＋3HCl(3)硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。2．二氧化硅(SiO2)(1)二氧化硅的结构和性质SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，天然SiO2存在形态有结晶形和无定型形两大类。石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是SiO2。二氧化硅中每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角； 许多个这样的四面体又通过顶角的 O 相连，每个O 与2个Si 相结合，二氧化硅晶体中Si和O按1:2 的比例组成立体网状结构的晶体，二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不导电，不溶于水，化学性质稳定。(2)特性：与氢氟酸反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 。(3)二氧化硅的用途：①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。③实验室中使用的石英坩埚。④水晶和玛瑙制作饰物和工艺品。【归纳总结】二氧化碳与二氧化硅的性质比较【典例3】我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )A．晶体硅和金刚石的物理性质相似B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电【答案】A【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。【典例4】下列叙述正确的是( )A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似B．因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物【答案】C【解析】CO2和SiO2都是酸性氧化物、化学性质相似，但物理性质差别很大，A项错误；硅酸的酸性比H2CO3弱，反应之所以发生，是因为CO2为气体，可以脱离反应体系，B项错误；CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂，C项正确；SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐，所以SiO2不是两性氧化物，D项错误。考点3 新型无机非金属材料1．新型陶瓷——碳化硅(SiC)2．其它新型陶瓷3．碳纳米材料4．特殊功能的含硅材料(1)含4%硅的硅钢具有导磁性，主要用作变压器的铁芯；(2)人工合成的硅橡胶是最好的既耐高温又耐低温的橡胶，用于火箭、飞机、导弹的零件和绝缘材料；(3)人工制造的分子筛，主要用作吸附剂和催化剂。【典例5】我国科学家已成功合成了一种碳纤维(3nm长的管状纳米管)，这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( )A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维复合材料不易导电【答案】D【解析】A项，这种碳纤维的强度高、刚度高、密度小、熔点高、化学稳定性好，是制造飞机的理想材料，说法正确，故A不选；B项，它的主要组成元素是碳，说法正确，故B不选；C项，这种碳纤维的化学性质稳定，抗腐蚀能力强，说法正确，故C不选；D项，碳纤维复合材料其主要元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电，说法错误，故D选；故选D。【典例6】根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是( )A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差【答案】D【解析】A项，高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，选项A正确；B项，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，是生物陶瓷，选项B正确；C项，氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，选项C正确；D项，新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点，克服了传统无机非金属材料的缺点，具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，常用于发动机的受热面，选项D错误。故选D。专项练习一、选择题1．(2022·四川省绵阳市高一期末)下列物品用到硅单质的是( )A．水晶吊灯 B．门窗玻璃 C．计算机芯片 D．光导纤维【答案】C【解析】A项，水晶的成分是SiO2，故A不符合题意；B项，门框的玻璃中含有硅酸盐和二氧化硅，故B不符合题意；C项，计算机芯片主要成分是硅晶体，故C符合题意；D项，光导纤维的成分是SiO2，故D不符合题意；故选C。2．(2022·云南省高二学业考试)我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。制造太阳能电池板的核心材料是( )A．Al B．C C．Si D．Fe【答案】C【解析】我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。制造太阳能电池板的核心材料是晶体硅，故选C。3．喀斯特地貌地区蕴藏了大量石灰石。下列材料与石灰石主要成分相同的是( )A．玻璃 B．水泥 C．陶瓷 D．大理石【答案】D【解析】A项，玻璃成分为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅的混合物，与石灰石主要成分不相同，故A错误；B项，水泥是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙的混合物，与石灰石主要成分不相同，故B错误；C项，陶瓷成分主要为硅酸盐，石灰石的主要成分是碳酸钙，故C错误；D项，大理石主要成分为碳酸钙，与石灰石主要成分相同，故D正确；故选D。4．2021年西安白鹿原江村考古发现汉文帝霸陵。下列发掘出土的文物属于无机非金属材料的是( )【答案】A【解析】A项，筒瓦及瓦当主要成分是硅酸盐，属于传统无机非金属材料，A符合题意；B项，车轮及车马器主要成分是纤维素，纤维素属于有机化合物，B不符合题意；C项，铜滴漏是金属制品，属于金属材料，不属于无机非金属材料，C不符合题意；D项，金饰小件主要成分是黄金，属于金属制品，而不是无机非金属材料，D不符合题意；故选A。5．(2022·云南省丽江市期末)下列材料中不属于硅酸盐材料的是( )A．做窗户的普通玻璃 B．浇灌房顶的水泥C．铺地板的陶瓷瓷砖 D．传输信号的光导纤维【答案】D【解析】硅酸盐材料主要包括：玻璃、水泥、陶瓷，做窗户的普通玻璃属于硅酸盐材料，浇灌房顶的水泥，铺地板的陶瓷瓷砖，都属于硅酸盐材料，A、B、C三选项均不符合题意；D项，传输信号的光导纤维的主要成分是SiO2，不是硅酸盐材料，符合题意。6．2021年我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法不正确的是( )A．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅B．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢推进剂，产物对环境无污染C．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料D．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金属于新型合金【答案】A【解析】A项，北斗芯片中的半导体材料为硅，故A错误；B项，液氧液氢推进剂反应时生成的产物为水，对环境无污染，故B正确；C项，硬度大、强度高的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料，故C正确；D项，具有良好热加工成形和焊接成形性能的钛合金属于新型合金，故D正确；故选A。7．材料与化学密切相关，表中对应系错误的是( )【答案】A【解析】A项，刚玉是三氧化二铝，金刚石是由碳元素组成的单质，而不是三氧化二铝，A项错误；B 项，大理石、石灰石的主要成分是碳酸钙，B项正确；C项，普通水泥、普通玻璃的主要成分为硅酸盐，C项正确；D项，沙子、石英的主要成分是二氧化硅，D项正确；故选A。8．(2022·山西省运城市质检)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叙述错误的是( )A．HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记B．SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性：H2SO3＞H2SiO3C．硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂D．光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是无机非金属材料【答案】C【解析】A项，氢氟酸能与玻璃中的二氧化硅反应生成四氟化硅和水，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记，正确；B项，亚硫酸的酸性强于硅酸，则二氧化硫能与硅酸钠溶液反应生成硅酸沉淀和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，正确；C项，硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂，但没有还原性，不能作抗氧化剂，错误；D项，光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷的主要成分都是无机物，都属于无机非金属材料，正确。9．(2022·广东省茂名高州市统测)2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”成功着陆火星。天问一号探测器上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是( )A．SiC是一种新型硅酸盐材料B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接D．SiC具有优异的高温抗氧化性能【答案】A【解析】A项，SiC属于新型陶瓷，不属于硅酸盐材料，错误；B项，碳化硅俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构，熔沸点高，硬度大，可用于制造耐高温、抗氧化的新型陶瓷，正确；C项，SiC属于共价化合物，碳原子和硅原子通过共价键连接，正确；D项，SiC陶瓷具有耐高温、抗腐蚀等优异性能，正确。10．(2022·黑龙江省大兴安岭实验中学高一期中)医学研究表明：偏硅酸(也称硅酸)有软化血管的作用，对心脏病、高血压有一定的疗效。偏硅酸中含有硅、氢、氧三种元素，其中硅的化合价为+4价，则其化学式为( )A．Na2SiO3 B．H2SiO4 C．H2SiO3 D．SiO2【答案】C【解析】偏硅酸中含有硅、氢、氧三种元素，其中硅的化合价为+4价，氧的化合价为-2价，氢的化合价为+1价，则化学式为H2SiO3；故选C。11．(2022·广西钦州市高一期末)钦州坭兴陶，学名为紫泥陶，与江苏紫砂陶、云南建水陶、重庆荣昌陶并称中国四大名陶。传统钦州坭兴陶制备工艺主要包括以下几个步骤：制备坯料→坯体成型→修整坯体→坯体干燥→装饰坯体→烧制坯体→抛光打磨。下列制陶过程中，涉及化学变化的是( )A．坯体成型 B．坯体干燥 C．烧制坯体 D．抛光打磨【答案】C【解析】上述过程中，烧制时发生复杂的物理和化学变化，化学变化主要为脱水、分解和氧化，这个过程有新物质生成，属于化学变化，其他步骤均没有新物质生成，属于物理变化，D项符合题意。故选C。12．(2022·四川省眉山市高一期末)下列说法正确的是( )A．硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应B．据SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．硅太阳能电池、石英光导纤维和计算机芯片所用的材料都是SiD．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料经高温烧结而制成的【答案】D【解析】A项，硅酸不溶于水，但是二氧化硅可以与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，故A错误；B项，反应高温下进行，生成的二氧化碳是气体，SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反应，是高沸点的物质制取低沸点的物质，不能说明硅酸的酸性比碳酸强，故B错误；C项，石英光导纤维所用的材料是SiO2，故C错误；D项，普通玻璃是以纯碱、石灰石、石英为原料高温烧结而成，故D正确；故选D。13．(2022·四川省阆中市川绵外国语学校高一期末)硅及其化合物广泛应用于生产生活，下列有关说法错误的是( )A．Si可以用作半导体材料B．互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO2C．硅酸钠的溶液俗称水玻璃，常用作木材的阻燃剂D．玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀形成的【答案】D【解析】A项，硅是良好的半导体材料，故A正确；B项，二氧化硅可用于制造光导纤维，故B正确；C项，硅酸钠的溶液俗称水玻璃，硅酸钠不能燃烧，常用作木材的阻燃剂，故C正确；D项，二氧化硅能与氢氟酸反应，玻璃上的精美刻花是工艺师用氢氟酸刻蚀形成的，故D错误；故选D。14．下列关于硅酸盐材料的说法错误的是( )A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅C．陶瓷的主要原料是黏土D．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料【答案】B【解析】A项，生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷，故A正确；B项， 普通玻璃的主要成分是二氧化硅和硅酸钠、硅酸钙，故B错误；C 项，陶瓷的主要原料是黏土，故C正确；D项，硅酸盐水泥的主要原料是石灰石和黏土，故D正确。故选B。15．中国是瓷器的故乡，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【答案】D【解析】A项，瓷器是主要原料黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐，是混合物，A错误；B项，尽管瓷器中含有大量的金属元素，但是陶瓷不属于金属材料，因为其中的金属元素是以化合态存在的。陶瓷属于无机非金属材料，B错误；C项，氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，C错误；D项，不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色发生变化，D正确；故选D。16．玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是( )A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制造水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．制造水泥的过程中只发生了物理变化【答案】C【解析】A项，陶器是人类最早使用的硅酸盐制品，A错误；B项，制造水泥的主要原料为黏土和石灰石，B错误；C项，硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高，C正确；D项，制造水泥的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，D错误；故选C。17．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )A．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的颜色变化B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸【答案】C【解析】A项，不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生了氧化还原反应导致颜色变化，A正确； B项，新型无机非金属材料主要有先进陶瓷、非晶体材料、人工晶体、无机涂层，无机纤维等，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，有较好的传导性、机械强度和耐高温性，B正确；C项，瓷器的原料主要是黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐，是混合物，C错误；D项，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，HF能与二氧化硅反应，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，D正确；故选C。18．(2022·四川省遂宁市高一期末)纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )A．X可用作木材防火剂B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4C．步骤Ⅱ中的Y生成可用SiO2与水反应代替D．步骤 Ⅲ若在实验室完成，一般在坩埚中进行【答案】C【解析】A项， 硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂，故A正确；B项，硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸，所以步骤II的反应是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4，故B正确；C项，SiO2与水不反应不能够生成硅酸，故C错误；D项，灼烧固体一般在坩埚中进行，故D正确。故选C。19．碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是( )A．碳纳米管属于一种有机合成纤维B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料【答案】A 【解析】碳纳米管是由碳元素组成的碳单质，不属于有机合成纤维，A项错误；碳纳米管与金刚石是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，B项正确；碳单质性质稳定，所以常温下，碳纳米管具有较好的稳定性，C项正确；碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，所以比表面积大，可用作新型储氢材料，D项正确。20．(2022·湖南省邵阳市一模)突飞猛进的新科技改变着人类的生活，生产方式，下列说法正确的是( )A．我国自主研发的东方超环(人造太阳)使用的氕、氘、氚互为同素异形体B．天眼用到的碳化硅是一种新型有机材料C．法能够实现直接从空气中捕获二氧化碳，该法可缓解全球日益严重的温室效应D．北斗导航专用硬件结合国产处理器打造出一颗真正意义的“中国芯”，其主要成分为SiO2 【答案】C【解析】A项，氕、氘、氚是质子数相同、中子数不同的原子，互为同位素，A错误；B项，碳化硅属于无机物，碳化硅硬度大，熔点高，是一种新型的无机非金属材料，B错误；C项，捕获空气中的CO2可使空气中CO2的含量降低，能够减缓温室效应，C正确；D项，芯片的主要成分为晶体Si，D错误；故选C。21．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其结构如图所示。下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是( )A．晶体中每个硅原子与4个氧原子相连B．晶体中硅、氧原子个数比为1∶2C．晶体中最小环上的原子数为8D．晶体中共用一个硅原子的最小的环的原子数目为12【答案】C【解析】由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子周围连有四个氧原子，每个氧原子周围连有2个硅原子，硅原子、氧原子个数比为1∶2；晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，最小环上的原子总数为12。A项，晶体中每个硅原子与4个氧原子相连，A正确；B项，晶体中硅、氧原子个数比为1∶2，B正确；C项，晶体中最小环上的原子数为12，C错误；D项，晶体中共用一个硅原子的最小的环的原子数目为12，D正确；故选C。22．在2021年5月29日，我国企业研发的世界首台航天微波炉随着“天舟二号”进入太空。其中芯片全为中国制造，制作芯片的刻蚀液为硝酸与氢氟酸的混合液，工艺涉及的反应为：Si+HNO3+6HF=H2SiF6+HNO2+H2↑+H2O，下列说法错误的是( )A．此反应不能在玻璃容器中进行B．由此反应可判断氢氟酸是强酸C．氧化性：HNO3＞H2SiF6D．标况下，生成1.12 L H2时，转移电子的物质的量为0.2 mol【答案】B【解析】A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，此反应不能在玻璃容器中进行，A正确；B项，该反应为氧化还原反应，不能由此反应判断氢氟酸是强酸，HF是弱酸，B不正确；C项，氧化剂的氧化性大于氧化产物，则氧化性：HNO3＞H2SiF6，C正确；D项，存在关系式Si~HNO3~H2SiF6~HNO2~H2↑~4e-，则标况下，生成1.12 L 即0.05molH2时，转移电子的物质的量为0.2 mol，D正确；故选B。23．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3Ceq \o(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是( )A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中转移的电子数为12e－D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为1∶2【答案】D【解析】反应产物SiC中Si、C的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成－4价(SiC)和＋2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，两者的物质的量之比为2∶1；根据化学方程式，电子转移数目为4e－。24．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制晶的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示：下列说法错误的是( )A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应【答案】B【解析】A项，电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，Y和Z点燃化合，其中Y还能将硅从其化合物中还原出来，这说明Y、Z分别为H2、Cl2，正确；B项，制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅：3C＋SiO2SiC＋2CO↑，在该副反应中碳既是氧化剂，也是还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，错误；C项，SiHCl3中H是＋1价，Cl是－1价，则硅元素的化合价为＋2价，正确；D项，氢气与SiHCl3制备多晶硅的反应：SiHCl3＋H2===Si＋3HCl，属于置换反应，正确。故选B。25．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如图：已知：流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是( )A．电弧炉中发生的反应为C+SiO2CO2↑+SiB．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯C．每生成1mol高纯硅，需要44.8LCl2标准状况D．该工艺Si的产率高且无副产物，符合绿色化学要求【答案】 B【解析】A项，电弧炉中发生的反应为：2C+SiO22CO↑+Si，故A错误；B项，通入氯气反应生成物除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，通过蒸馏得到SiCl4，故B正确；C项，反应有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，则每生产1mol高纯硅，需要Cl2(标准状况)的体积大于44.8L，故C错误；D项，该工艺生成HCl等副产品，不符合绿色化的要求，故D错误；故选B。二、非选择题26．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和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，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，其反应方程式为___________________。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq \o(=====,\s\up10(高温))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__________________________________。【答案】(1)D (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)防火剂 (4)C SiO2【解析】(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，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。(4)题给反应中C(碳)被氧化；SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。27．氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________。A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3：6：2反应生成两种化合物。①该反应的化学方程式为___________________________。②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。【答案】(1)AC (2)①3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO ②7：9 【解析】(1)Si与N2反应前后，N、Si元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。(2)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6C―→Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应方程式为3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。②根据反应：3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO，分析各元素化合价变化可知，Si、O元素反应前后化合价没有变化，氮元素价态降低，为氧化剂，碳元素价态升高为还原剂，其质量比为2 mol×28 g/mol：(6 mol×12 g/mol)＝7：9。28．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为_________________。②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如表所示，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。③SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为________________。(2)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如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，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，关闭活塞a。①B中反应的离子方程式是_________________。②通过步骤Ⅰ知浓盐酸具有的性质是________(填字母)。A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性③C装置中的试剂X是________(填化学式)。D中反应的化学方程式是_____________________________。④碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因：____________________。【答案】(1) ①SiO2+2CSi+2CO↑ ②蒸馏 ③SiHCl3+4H2O=H4SiO4↓+H2↑+3HCl↑(或SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑) (2)①CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O ② AD ③ NaHCO3 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3 ④碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，原子得电子的能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱 【解析】(1)①石英砂的主要成分为二氧化硅，二氧化硅和碳在高温条件下反应生成硅和一氧化碳，根据原子守恒、电子守恒，可得反应方程式为：SiO2+2CSi+2CO↑；②由于冷凝后的液体混合物中SiHCl3与SiCl4、SiH2Cl2等的沸点相差较大，可以使用蒸馏的方法提纯；③SiHCl3中Si是+4价，氢元素、氯元素均为－1价，SiHCl3完全水解时，Si以H2SiO3形式或H4SiO4存在，-1价的氢元素与H2O反应后生成H2，反应方程式为：SiHCl3+4H2O=H4SiO4↓+H2↑+3HCl↑或SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑。(2)①B中盐酸与碳酸钙发生复分解反应，产生CaCl2、H2O、CO2，反应的离子方程式是CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；②盐酸与CaCO3反应产生CO2气体，说明盐酸具有酸性；HNO3酸化的AgNO3溶液反应产生白色沉淀，证明气体中HCl具有挥发性，挥发的HCl与AgNO3溶液发生复分解反应，产生AgCl白色沉淀，故选AD；③因为浓盐酸具有挥发性，所以装置C的作用是将CO2气体中的杂质HCl气体除去，可以使用的试剂为饱和NaHCO3溶液；在装置D中反应的化学方程式是Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3；④由于碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，元素的非金属性减弱，所以元素的非金属性：碳>硅。29．(2022·浙江省高三选考模拟)设计如下实验探究某矿石(仅含四种短周期元素)的组成和性质，无色液体1为最常见的液体纯净物：(1)白色胶状沉淀2的化学式___________，无色液体1的电子式___________。(2)矿石的化学式为___________。(3)白色粉末3溶于过量NaOH溶液的离子方程式是___________。(4)无色溶液3与过量NaOH溶液反应的离子方程式___________。(5)白色粉末3与能与同主族短周期元素的单质反应，检验其反应产物的方法是___________。【答案】(1)H2SiO3 (2)MgSiO3·2H2O(3)SiO2+2OH-= SiO32-+H2O (4)Mg2++2OH-=Mg(OH)2(5)固体物质取样与试管中，加入少量浓NaOH溶液，若产生气泡则有单质Si生成；将生成的气体通过足量碱石灰后再依次通过灼热的氧化铜粉末、澄清石灰水，若氧化铜粉末有黑色变为红色，澄清石灰水变浑浊，则有CO生成【解析】13.6g矿石灼烧生成无色气体1冷凝变为无色液体1，则无色液体1为H2O，白色粉末加入盐酸得到白色胶状沉淀，经灼烧得到的白色粉末可与过量的氢氧化钠溶液，则白色粉末3为SiO2，胶状沉淀2为H2SiO3，无色溶液3应为氯化物，加入过量的氢氧化钠溶液得到白色沉淀3，应为Mg(OH)2，可知n(Mg)=n[Mg(OH)2]==0.1mol，n(SiO2)==0.1mol，则白色固体2为MgSiO3，0.1molMgSiO3的质量为10g，则n(H2O)==0.2mol，故n(MgSiO3):n(H2O)=0.1mol:0.2mol=1:2，以此可确定矿石的化学式为：MgSiO3·2H2O。(1)由分析可知，白色胶状沉淀2的化学式为H2SiO3，无色液体1为H2O，则其电子式为：；(2)由分析可知，矿石的化学式为MgSiO3·2H2O；(3)由分析可知，白色粉末3为SiO2，其溶于过量NaOH溶液的离子方程式为：SiO2+2OH-= SiO32-+H2O；(4)由分析可知，无色溶液3为氯化镁溶液，其与过量NaOH溶液反应的离子方程式为：Mg2++2OH-=Mg(OH)2；(5)由分析可知，白色粉末3为SiO2，其与能与同主族短周期元素的单质即C反应，反应方程式为：SiO2+2CSi+2CO，故检验其反应产物的方法是固体物质取样与试管中，加入少量浓NaOH溶液，若产生气泡则有单质Si生成；将生成的气体通过足量碱石灰后再依次通过灼热的氧化铜粉末、澄清石灰水，若氧化铜粉末有黑色变为红色，澄清石灰水变浑浊，则有CO生成。30．(2022·福建省宁德市期末)硅是带来人类文明的重要元素之一，工业上可用石英砂制备。(1)Si在元素周期表中的位置是__________________。(2)硅和锗(Ge)属于同主族元素。下列预测合理的是________(填序号)。a．Ge与H2化合易于Si b．常温下GeO2是固体c．酸性H2GeO3＞H2SiO3 d．Si和Ge都可做半导体材料(3)高纯SiO2可用于制造________________。(4)下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。洗涤石英砂的目的是________________________________。②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是_______________________________________。③在以上流程中，能否将盐酸改为NaOH溶液，请说明理由_______________________________。(5)氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料，可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过以下反应制备：3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO①氮化硅中氮元素的化合价________。②若生成11.2 L CO(标准状况)，则生成氮化硅的质量是_____g(保留一位小数)。【答案】(1)第3周期IVA族 (2)bd (3)光导纤维 (4)①除去石英砂中的NaCl杂质 ②增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率 ③不能，因二氧化硅能与NaOH溶液反应 ①－3 ②11.7 【解析】(1)Si是14号元素，在元素周期表中的位置是第3周期ⅣA族；(2)a项，同主族从上到下非金属性逐渐减弱，因此Ge与H2化合难于Si，不符合题意；b项，常温下SiO2是固体，因此GeO2是固体，符合题意；c项，同主族从上到下非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物酸性逐渐减弱，因此酸性H2GeO3＜H2SiO3，不符合题意；d项，Si和Ge再金属和非金属交界处，因此两者都可做半导体材料，符合题意；(3)高纯SiO2可用于制造光导纤维；(4)①石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)，氯化钠易溶于水，氧化铝难溶于水，因此洗涤石英砂的目的是除去石英砂中的NaCl杂质；②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率；在以上流程中，用盐酸将氧化铝溶液，而二氧化硅不与盐酸反应，因此溶解后过滤得到二氧化硅，因此不能将盐酸改为NaOH溶液，二氧化硅能与NaOH溶液反应；(5)①氮化硅中硅化合价为＋4价，因此氮元素的化合价−3价；②若生成11.2 L CO(标准状况)即物质的量为0.5 mol，根据化学方程式得到氮化硅物质的量为 EQ \f(0.5 mol,6)＝ EQ \f(1,12) mol，则生成氮化硅的质量是 EQ \f(1,12) mol×140 g·mol－1＝11.7 g。 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、耐腐蚀等陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土辅助原料：适量的石膏设备—玻璃窑水泥回转窑制备过程原料经高温烧结而成原料经混合、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，再磨成细粉即得主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、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物质二氧化硅二氧化碳存在存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空气，燃料的燃烧产物物理性质固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水化学性质①与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3②与酸反应只与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应③与碱液(NaOH)反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3④与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3如与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3⑤与碳反应SiO2＋2CSi＋2CO↑CO2＋C2CO用途制饰品、坩埚、光导纤维干冰用于人工降雨俗称结构特点主要性能生产应用金刚砂碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石硬度很大、高温抗氧化性能优异砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等压电陶瓷具有电学特性钛酸钡陶瓷声呐系统、气象探测等透明陶瓷具有光学特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高压钠灯、激光器和高温探测窗等超导陶瓷具有超导性超导陶瓷电力、交通、医疗等类别成分性能应用富勒稀由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其代表物为C60——纳米汽车碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径碳纳米管的比表面积大，强度高、优良化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，强度高光电器件、超级电容器、电池和复合材料选项ABCD文物名称筒瓦及瓦当车轮及车马器铜滴漏金饰小件材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2-30.4-84.9-111.9
0 专题03 无机非金属材料思维导图知识详解考点1 硅酸盐材料1．硅酸盐的结构、特点2．硅酸盐材料传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。【典例1】陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【答案】A【解析】A项，氧化铁为棕红色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，故A错误；B项，秦兵马俑是陶制品，陶制品是由粘土或含有粘土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，故B正确；C项，陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，故C正确；D项，陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐的化学性质不活泼，具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点，故D正确。故选A。【典例2】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )A．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【答案】A【解析】沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属硅酸盐，A项错误；黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理化学变化过程，B项正确；青瓦和红瓦是在冷却时区别的，C项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”可知，D项正确。考点2 硅和二氧化硅1．硅(1)硅元素的存在硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧，在地壳中含量居第二位。硅是一种亲氧元素，其在自然界中总是与氧相互化合，自然界中以化合态态形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。硅原子和碳原子最外层电子数为4 个，它们既难失去电子，也难得到电子，其中碳是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。(2)高纯硅的制备原理其中涉及的主要化学反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑Si＋3HClSiHCl3＋H2SiHCl3＋H2Si＋3HCl(3)硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。2．二氧化硅(SiO2)(1)二氧化硅的结构和性质SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，天然SiO2存在形态有结晶形和无定型形两大类。石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是SiO2。二氧化硅中每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角； 许多个这样的四面体又通过顶角的 O 相连，每个O 与2个Si 相结合，二氧化硅晶体中Si和O按1:2 的比例组成立体网状结构的晶体，二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不导电，不溶于水，化学性质稳定。(2)特性：与氢氟酸反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 。(3)二氧化硅的用途：①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。③实验室中使用的石英坩埚。④水晶和玛瑙制作饰物和工艺品。【归纳总结】二氧化碳与二氧化硅的性质比较【典例3】我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )A．晶体硅和金刚石的物理性质相似B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电【答案】A【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。【典例4】下列叙述正确的是( )A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似B．因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物【答案】C【解析】CO2和SiO2都是酸性氧化物、化学性质相似，但物理性质差别很大，A项错误；硅酸的酸性比H2CO3弱，反应之所以发生，是因为CO2为气体，可以脱离反应体系，B项错误；CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂，C项正确；SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐，所以SiO2不是两性氧化物，D项错误。考点3 新型无机非金属材料1．新型陶瓷——碳化硅(SiC)2．其它新型陶瓷3．碳纳米材料4．特殊功能的含硅材料(1)含4%硅的硅钢具有导磁性，主要用作变压器的铁芯；(2)人工合成的硅橡胶是最好的既耐高温又耐低温的橡胶，用于火箭、飞机、导弹的零件和绝缘材料；(3)人工制造的分子筛，主要用作吸附剂和催化剂。【典例5】我国科学家已成功合成了一种碳纤维(3nm长的管状纳米管)，这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( )A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维复合材料不易导电【答案】D【解析】A项，这种碳纤维的强度高、刚度高、密度小、熔点高、化学稳定性好，是制造飞机的理想材料，说法正确，故A不选；B项，它的主要组成元素是碳，说法正确，故B不选；C项，这种碳纤维的化学性质稳定，抗腐蚀能力强，说法正确，故C不选；D项，碳纤维复合材料其主要元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电，说法错误，故D选；故选D。【典例6】根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是( )A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差【答案】D【解析】A项，高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，选项A正确；B项，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，是生物陶瓷，选项B正确；C项，氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，选项C正确；D项，新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点，克服了传统无机非金属材料的缺点，具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，常用于发动机的受热面，选项D错误。故选D。专项练习一、选择题1．(2022·四川省绵阳市高一期末)下列物品用到硅单质的是( )A．水晶吊灯 B．门窗玻璃 C．计算机芯片 D．光导纤维2．(2022·云南省高二学业考试)我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。制造太阳能电池板的核心材料是( )A．Al B．C C．Si D．Fe3．喀斯特地貌地区蕴藏了大量石灰石。下列材料与石灰石主要成分相同的是( )A．玻璃 B．水泥 C．陶瓷 D．大理石4．2021年西安白鹿原江村考古发现汉文帝霸陵。下列发掘出土的文物属于无机非金属材料的是( )5．(2022·云南省丽江市期末)下列材料中不属于硅酸盐材料的是( )A．做窗户的普通玻璃 B．浇灌房顶的水泥C．铺地板的陶瓷瓷砖 D．传输信号的光导纤维6．2021年我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法不正确的是( )A．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅B．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢推进剂，产物对环境无污染C．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料D．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金属于新型合金7．材料与化学密切相关，表中对应系错误的是( )8．(2022·山西省运城市质检)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叙述错误的是( )A．HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记B．SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性：H2SO3＞H2SiO3C．硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂D．光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是无机非金属材料9．(2022·广东省茂名高州市统测)2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”成功着陆火星。天问一号探测器上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是( )A．SiC是一种新型硅酸盐材料B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接D．SiC具有优异的高温抗氧化性能10．(2022·黑龙江省大兴安岭实验中学高一期中)医学研究表明：偏硅酸(也称硅酸)有软化血管的作用，对心脏病、高血压有一定的疗效。偏硅酸中含有硅、氢、氧三种元素，其中硅的化合价为+4价，则其化学式为( )A．Na2SiO3 B．H2SiO4 C．H2SiO3 D．SiO211．(2022·广西钦州市高一期末)钦州坭兴陶，学名为紫泥陶，与江苏紫砂陶、云南建水陶、重庆荣昌陶并称中国四大名陶。传统钦州坭兴陶制备工艺主要包括以下几个步骤：制备坯料→坯体成型→修整坯体→坯体干燥→装饰坯体→烧制坯体→抛光打磨。下列制陶过程中，涉及化学变化的是( )A．坯体成型 B．坯体干燥 C．烧制坯体 D．抛光打磨12．(2022·四川省眉山市高一期末)下列说法正确的是( )A．硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应B．据SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．硅太阳能电池、石英光导纤维和计算机芯片所用的材料都是SiD．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料经高温烧结而制成的13．(2022·四川省阆中市川绵外国语学校高一期末)硅及其化合物广泛应用于生产生活，下列有关说法错误的是( )A．Si可以用作半导体材料B．互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO2C．硅酸钠的溶液俗称水玻璃，常用作木材的阻燃剂D．玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀形成的14．下列关于硅酸盐材料的说法错误的是( )A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅C．陶瓷的主要原料是黏土D．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料15．中国是瓷器的故乡，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16．玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是( )A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制造水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．制造水泥的过程中只发生了物理变化17．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )A．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的颜色变化B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸18．(2022·四川省遂宁市高一期末)纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )A．X可用作木材防火剂B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4C．步骤Ⅱ中的Y生成可用SiO2与水反应代替D．步骤 Ⅲ若在实验室完成，一般在坩埚中进行19．碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是( )A．碳纳米管属于一种有机合成纤维B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料20．(2022·湖南省邵阳市一模)突飞猛进的新科技改变着人类的生活，生产方式，下列说法正确的是( )A．我国自主研发的东方超环(人造太阳)使用的氕、氘、氚互为同素异形体B．天眼用到的碳化硅是一种新型有机材料C．法能够实现直接从空气中捕获二氧化碳，该法可缓解全球日益严重的温室效应D．北斗导航专用硬件结合国产处理器打造出一颗真正意义的“中国芯”，其主要成分为SiO2 21．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其结构如图所示。下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是( )A．晶体中每个硅原子与4个氧原子相连B．晶体中硅、氧原子个数比为1∶2C．晶体中最小环上的原子数为8D．晶体中共用一个硅原子的最小的环的原子数目为1222．在2021年5月29日，我国企业研发的世界首台航天微波炉随着“天舟二号”进入太空。其中芯片全为中国制造，制作芯片的刻蚀液为硝酸与氢氟酸的混合液，工艺涉及的反应为：Si+HNO3+6HF=H2SiF6+HNO2+H2↑+H2O，下列说法错误的是( )A．此反应不能在玻璃容器中进行B．由此反应可判断氢氟酸是强酸C．氧化性：HNO3＞H2SiF6D．标况下，生成1.12 L H2时，转移电子的物质的量为0.2 mol23．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3Ceq \o(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是( )A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中转移的电子数为12e－D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为1∶224．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制晶的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示：下列说法错误的是( )A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应25．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如图：已知：流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是( )A．电弧炉中发生的反应为C+SiO2CO2↑+SiB．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯C．每生成1mol高纯硅，需要44.8LCl2标准状况D．该工艺Si的产率高且无副产物，符合绿色化学要求二、非选择题26．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和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，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，其反应方程式为___________________。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq \o(=====,\s\up10(高温))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__________________________________。27．氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________。A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3：6：2反应生成两种化合物。①该反应的化学方程式为___________________________。②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。28．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为_________________。②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如表所示，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。③SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为________________。(2)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如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，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，关闭活塞a。①B中反应的离子方程式是_________________。②通过步骤Ⅰ知浓盐酸具有的性质是________(填字母)。A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性③C装置中的试剂X是________(填化学式)。D中反应的化学方程式是_____________________________。④碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因：____________________。29．(2022·浙江省高三选考模拟)设计如下实验探究某矿石(仅含四种短周期元素)的组成和性质，无色液体1为最常见的液体纯净物：(1)白色胶状沉淀2的化学式___________，无色液体1的电子式___________。(2)矿石的化学式为___________。(3)白色粉末3溶于过量NaOH溶液的离子方程式是___________。(4)无色溶液3与过量NaOH溶液反应的离子方程式___________。(5)白色粉末3与能与同主族短周期元素的单质反应，检验其反应产物的方法是___________。30．(2022·福建省宁德市期末)硅是带来人类文明的重要元素之一，工业上可用石英砂制备。(1)Si在元素周期表中的位置是__________________。(2)硅和锗(Ge)属于同主族元素。下列预测合理的是________(填序号)。a．Ge与H2化合易于Si b．常温下GeO2是固体c．酸性H2GeO3＞H2SiO3 d．Si和Ge都可做半导体材料(3)高纯SiO2可用于制造________________。(4)下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。①洗涤石英砂的目的是________________________________。②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是_______________________________________。③在以上流程中，能否将盐酸改为NaOH溶液，请说明理由_______________________________。(5)氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料，可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过以下反应制备：3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO①氮化硅中氮元素的化合价________。②若生成11.2 L CO(标准状况)，则生成氮化硅的质量是_____g(保留一位小数)。 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、耐腐蚀等陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土辅助原料：适量的石膏设备—玻璃窑水泥回转窑制备过程原料经高温烧结而成原料经混合、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，再磨成细粉即得主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、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物质二氧化硅二氧化碳存在存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空气，燃料的燃烧产物物理性质固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水化学性质①与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3②与酸反应只与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应③与碱液(NaOH)反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3④与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3如与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3⑤与碳反应SiO2＋2CSi＋2CO↑CO2＋C2CO用途制饰品、坩埚、光导纤维干冰用于人工降雨俗称结构特点主要性能生产应用金刚砂碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石硬度很大、高温抗氧化性能优异砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等压电陶瓷具有电学特性钛酸钡陶瓷声呐系统、气象探测等透明陶瓷具有光学特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高压钠灯、激光器和高温探测窗等超导陶瓷具有超导性超导陶瓷电力、交通、医疗等类别成分性能应用富勒稀由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其代表物为C60——纳米汽车碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径碳纳米管的比表面积大，强度高、优良化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，强度高光电器件、超级电容器、电池和复合材料选项ABCD文物名称筒瓦及瓦当车轮及车马器铜滴漏金饰小件材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2-30.4-84.9-111.9 专题03 无机非金属材料思维导图知识详解考点1 硅酸盐材料1．硅酸盐的结构、特点2．硅酸盐材料传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。【典例1】陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【答案】A【解析】A项，氧化铁为棕红色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，故A错误；B项，秦兵马俑是陶制品，陶制品是由粘土或含有粘土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，故B正确；C项，陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，故C正确；D项，陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐的化学性质不活泼，具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点，故D正确。故选A。【典例2】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )A．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【答案】A【解析】沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属硅酸盐，A项错误；黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理化学变化过程，B项正确；青瓦和红瓦是在冷却时区别的，C项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”可知，D项正确。考点2 硅和二氧化硅1．硅(1)硅元素的存在硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧，在地壳中含量居第二位。硅是一种亲氧元素，其在自然界中总是与氧相互化合，自然界中以化合态态形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。硅原子和碳原子最外层电子数为4 个，它们既难失去电子，也难得到电子，其中碳是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。(2)高纯硅的制备原理其中涉及的主要化学反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑Si＋3HClSiHCl3＋H2SiHCl3＋H2Si＋3HCl(3)硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。2．二氧化硅(SiO2)(1)二氧化硅的结构和性质SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，天然SiO2存在形态有结晶形和无定型形两大类。石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是SiO2。二氧化硅中每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角； 许多个这样的四面体又通过顶角的 O 相连，每个O 与2个Si 相结合，二氧化硅晶体中Si和O按1:2 的比例组成立体网状结构的晶体，二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不导电，不溶于水，化学性质稳定。(2)特性：与氢氟酸反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 。(3)二氧化硅的用途：①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。③实验室中使用的石英坩埚。④水晶和玛瑙制作饰物和工艺品。【归纳总结】二氧化碳与二氧化硅的性质比较【典例3】我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )A．晶体硅和金刚石的物理性质相似B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电【答案】A【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。【典例4】下列叙述正确的是( )A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似B．因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物【答案】C【解析】CO2和SiO2都是酸性氧化物、化学性质相似，但物理性质差别很大，A项错误；硅酸的酸性比H2CO3弱，反应之所以发生，是因为CO2为气体，可以脱离反应体系，B项错误；CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂，C项正确；SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐，所以SiO2不是两性氧化物，D项错误。考点3 新型无机非金属材料1．新型陶瓷——碳化硅(SiC)2．其它新型陶瓷3．碳纳米材料4．特殊功能的含硅材料(1)含4%硅的硅钢具有导磁性，主要用作变压器的铁芯；(2)人工合成的硅橡胶是最好的既耐高温又耐低温的橡胶，用于火箭、飞机、导弹的零件和绝缘材料；(3)人工制造的分子筛，主要用作吸附剂和催化剂。【典例5】我国科学家已成功合成了一种碳纤维(3nm长的管状纳米管)，这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( )A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维复合材料不易导电【答案】D【解析】A项，这种碳纤维的强度高、刚度高、密度小、熔点高、化学稳定性好，是制造飞机的理想材料，说法正确，故A不选；B项，它的主要组成元素是碳，说法正确，故B不选；C项，这种碳纤维的化学性质稳定，抗腐蚀能力强，说法正确，故C不选；D项，碳纤维复合材料其主要元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电，说法错误，故D选；故选D。【典例6】根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是( )A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差【答案】D【解析】A项，高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，选项A正确；B项，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，是生物陶瓷，选项B正确；C项，氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，选项C正确；D项，新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点，克服了传统无机非金属材料的缺点，具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，常用于发动机的受热面，选项D错误。故选D。专项练习一、选择题1．(2022·四川省绵阳市高一期末)下列物品用到硅单质的是( )A．水晶吊灯 B．门窗玻璃 C．计算机芯片 D．光导纤维【答案】C【解析】A项，水晶的成分是SiO2，故A不符合题意；B项，门框的玻璃中含有硅酸盐和二氧化硅，故B不符合题意；C项，计算机芯片主要成分是硅晶体，故C符合题意；D项，光导纤维的成分是SiO2，故D不符合题意；故选C。2．(2022·云南省高二学业考试)我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。制造太阳能电池板的核心材料是( )A．Al B．C C．Si D．Fe【答案】C【解析】我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。制造太阳能电池板的核心材料是晶体硅，故选C。3．喀斯特地貌地区蕴藏了大量石灰石。下列材料与石灰石主要成分相同的是( )A．玻璃 B．水泥 C．陶瓷 D．大理石【答案】D【解析】A项，玻璃成分为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅的混合物，与石灰石主要成分不相同，故A错误；B项，水泥是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙的混合物，与石灰石主要成分不相同，故B错误；C项，陶瓷成分主要为硅酸盐，石灰石的主要成分是碳酸钙，故C错误；D项，大理石主要成分为碳酸钙，与石灰石主要成分相同，故D正确；故选D。4．2021年西安白鹿原江村考古发现汉文帝霸陵。下列发掘出土的文物属于无机非金属材料的是( )【答案】A【解析】A项，筒瓦及瓦当主要成分是硅酸盐，属于传统无机非金属材料，A符合题意；B项，车轮及车马器主要成分是纤维素，纤维素属于有机化合物，B不符合题意；C项，铜滴漏是金属制品，属于金属材料，不属于无机非金属材料，C不符合题意；D项，金饰小件主要成分是黄金，属于金属制品，而不是无机非金属材料，D不符合题意；故选A。5．(2022·云南省丽江市期末)下列材料中不属于硅酸盐材料的是( )A．做窗户的普通玻璃 B．浇灌房顶的水泥C．铺地板的陶瓷瓷砖 D．传输信号的光导纤维【答案】D【解析】硅酸盐材料主要包括：玻璃、水泥、陶瓷，做窗户的普通玻璃属于硅酸盐材料，浇灌房顶的水泥，铺地板的陶瓷瓷砖，都属于硅酸盐材料，A、B、C三选项均不符合题意；D项，传输信号的光导纤维的主要成分是SiO2，不是硅酸盐材料，符合题意。6．2021年我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法不正确的是( )A．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅B．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢推进剂，产物对环境无污染C．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料D．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金属于新型合金【答案】A【解析】A项，北斗芯片中的半导体材料为硅，故A错误；B项，液氧液氢推进剂反应时生成的产物为水，对环境无污染，故B正确；C项，硬度大、强度高的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料，故C正确；D项，具有良好热加工成形和焊接成形性能的钛合金属于新型合金，故D正确；故选A。7．材料与化学密切相关，表中对应系错误的是( )【答案】A【解析】A项，刚玉是三氧化二铝，金刚石是由碳元素组成的单质，而不是三氧化二铝，A项错误；B 项，大理石、石灰石的主要成分是碳酸钙，B项正确；C项，普通水泥、普通玻璃的主要成分为硅酸盐，C项正确；D项，沙子、石英的主要成分是二氧化硅，D项正确；故选A。8．(2022·山西省运城市质检)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叙述错误的是( )A．HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记B．SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性：H2SO3＞H2SiO3C．硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂D．光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是无机非金属材料【答案】C【解析】A项，氢氟酸能与玻璃中的二氧化硅反应生成四氟化硅和水，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记，正确；B项，亚硫酸的酸性强于硅酸，则二氧化硫能与硅酸钠溶液反应生成硅酸沉淀和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，正确；C项，硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂，但没有还原性，不能作抗氧化剂，错误；D项，光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷的主要成分都是无机物，都属于无机非金属材料，正确。9．(2022·广东省茂名高州市统测)2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”成功着陆火星。天问一号探测器上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是( )A．SiC是一种新型硅酸盐材料B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接D．SiC具有优异的高温抗氧化性能【答案】A【解析】A项，SiC属于新型陶瓷，不属于硅酸盐材料，错误；B项，碳化硅俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构，熔沸点高，硬度大，可用于制造耐高温、抗氧化的新型陶瓷，正确；C项，SiC属于共价化合物，碳原子和硅原子通过共价键连接，正确；D项，SiC陶瓷具有耐高温、抗腐蚀等优异性能，正确。10．(2022·黑龙江省大兴安岭实验中学高一期中)医学研究表明：偏硅酸(也称硅酸)有软化血管的作用，对心脏病、高血压有一定的疗效。偏硅酸中含有硅、氢、氧三种元素，其中硅的化合价为+4价，则其化学式为( )A．Na2SiO3 B．H2SiO4 C．H2SiO3 D．SiO2【答案】C【解析】偏硅酸中含有硅、氢、氧三种元素，其中硅的化合价为+4价，氧的化合价为-2价，氢的化合价为+1价，则化学式为H2SiO3；故选C。11．(2022·广西钦州市高一期末)钦州坭兴陶，学名为紫泥陶，与江苏紫砂陶、云南建水陶、重庆荣昌陶并称中国四大名陶。传统钦州坭兴陶制备工艺主要包括以下几个步骤：制备坯料→坯体成型→修整坯体→坯体干燥→装饰坯体→烧制坯体→抛光打磨。下列制陶过程中，涉及化学变化的是( )A．坯体成型 B．坯体干燥 C．烧制坯体 D．抛光打磨【答案】C【解析】上述过程中，烧制时发生复杂的物理和化学变化，化学变化主要为脱水、分解和氧化，这个过程有新物质生成，属于化学变化，其他步骤均没有新物质生成，属于物理变化，D项符合题意。故选C。12．(2022·四川省眉山市高一期末)下列说法正确的是( )A．硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应B．据SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．硅太阳能电池、石英光导纤维和计算机芯片所用的材料都是SiD．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料经高温烧结而制成的【答案】D【解析】A项，硅酸不溶于水，但是二氧化硅可以与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，故A错误；B项，反应高温下进行，生成的二氧化碳是气体，SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反应，是高沸点的物质制取低沸点的物质，不能说明硅酸的酸性比碳酸强，故B错误；C项，石英光导纤维所用的材料是SiO2，故C错误；D项，普通玻璃是以纯碱、石灰石、石英为原料高温烧结而成，故D正确；故选D。13．(2022·四川省阆中市川绵外国语学校高一期末)硅及其化合物广泛应用于生产生活，下列有关说法错误的是( )A．Si可以用作半导体材料B．互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO2C．硅酸钠的溶液俗称水玻璃，常用作木材的阻燃剂D．玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀形成的【答案】D【解析】A项，硅是良好的半导体材料，故A正确；B项，二氧化硅可用于制造光导纤维，故B正确；C项，硅酸钠的溶液俗称水玻璃，硅酸钠不能燃烧，常用作木材的阻燃剂，故C正确；D项，二氧化硅能与氢氟酸反应，玻璃上的精美刻花是工艺师用氢氟酸刻蚀形成的，故D错误；故选D。14．下列关于硅酸盐材料的说法错误的是( )A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅C．陶瓷的主要原料是黏土D．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料【答案】B【解析】A项，生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷，故A正确；B项， 普通玻璃的主要成分是二氧化硅和硅酸钠、硅酸钙，故B错误；C 项，陶瓷的主要原料是黏土，故C正确；D项，硅酸盐水泥的主要原料是石灰石和黏土，故D正确。故选B。15．中国是瓷器的故乡，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【答案】D【解析】A项，瓷器是主要原料黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐，是混合物，A错误；B项，尽管瓷器中含有大量的金属元素，但是陶瓷不属于金属材料，因为其中的金属元素是以化合态存在的。陶瓷属于无机非金属材料，B错误；C项，氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，C错误；D项，不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色发生变化，D正确；故选D。16．玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是( )A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制造水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．制造水泥的过程中只发生了物理变化【答案】C【解析】A项，陶器是人类最早使用的硅酸盐制品，A错误；B项，制造水泥的主要原料为黏土和石灰石，B错误；C项，硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高，C正确；D项，制造水泥的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，D错误；故选C。17．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )A．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的颜色变化B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸【答案】C【解析】A项，不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生了氧化还原反应导致颜色变化，A正确； B项，新型无机非金属材料主要有先进陶瓷、非晶体材料、人工晶体、无机涂层，无机纤维等，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，有较好的传导性、机械强度和耐高温性，B正确；C项，瓷器的原料主要是黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐，是混合物，C错误；D项，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，HF能与二氧化硅反应，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，D正确；故选C。18．(2022·四川省遂宁市高一期末)纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )A．X可用作木材防火剂B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4C．步骤Ⅱ中的Y生成可用SiO2与水反应代替D．步骤 Ⅲ若在实验室完成，一般在坩埚中进行【答案】C【解析】A项， 硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂，故A正确；B项，硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸，所以步骤II的反应是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4，故B正确；C项，SiO2与水不反应不能够生成硅酸，故C错误；D项，灼烧固体一般在坩埚中进行，故D正确。故选C。19．碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是( )A．碳纳米管属于一种有机合成纤维B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料【答案】A 【解析】碳纳米管是由碳元素组成的碳单质，不属于有机合成纤维，A项错误；碳纳米管与金刚石是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，B项正确；碳单质性质稳定，所以常温下，碳纳米管具有较好的稳定性，C项正确；碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，所以比表面积大，可用作新型储氢材料，D项正确。20．(2022·湖南省邵阳市一模)突飞猛进的新科技改变着人类的生活，生产方式，下列说法正确的是( )A．我国自主研发的东方超环(人造太阳)使用的氕、氘、氚互为同素异形体B．天眼用到的碳化硅是一种新型有机材料C．法能够实现直接从空气中捕获二氧化碳，该法可缓解全球日益严重的温室效应D．北斗导航专用硬件结合国产处理器打造出一颗真正意义的“中国芯”，其主要成分为SiO2 【答案】C【解析】A项，氕、氘、氚是质子数相同、中子数不同的原子，互为同位素，A错误；B项，碳化硅属于无机物，碳化硅硬度大，熔点高，是一种新型的无机非金属材料，B错误；C项，捕获空气中的CO2可使空气中CO2的含量降低，能够减缓温室效应，C正确；D项，芯片的主要成分为晶体Si，D错误；故选C。21．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其结构如图所示。下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是( )A．晶体中每个硅原子与4个氧原子相连B．晶体中硅、氧原子个数比为1∶2C．晶体中最小环上的原子数为8D．晶体中共用一个硅原子的最小的环的原子数目为12【答案】C【解析】由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子周围连有四个氧原子，每个氧原子周围连有2个硅原子，硅原子、氧原子个数比为1∶2；晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，最小环上的原子总数为12。A项，晶体中每个硅原子与4个氧原子相连，A正确；B项，晶体中硅、氧原子个数比为1∶2，B正确；C项，晶体中最小环上的原子数为12，C错误；D项，晶体中共用一个硅原子的最小的环的原子数目为12，D正确；故选C。22．在2021年5月29日，我国企业研发的世界首台航天微波炉随着“天舟二号”进入太空。其中芯片全为中国制造，制作芯片的刻蚀液为硝酸与氢氟酸的混合液，工艺涉及的反应为：Si+HNO3+6HF=H2SiF6+HNO2+H2↑+H2O，下列说法错误的是( )A．此反应不能在玻璃容器中进行B．由此反应可判断氢氟酸是强酸C．氧化性：HNO3＞H2SiF6D．标况下，生成1.12 L H2时，转移电子的物质的量为0.2 mol【答案】B【解析】A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，此反应不能在玻璃容器中进行，A正确；B项，该反应为氧化还原反应，不能由此反应判断氢氟酸是强酸，HF是弱酸，B不正确；C项，氧化剂的氧化性大于氧化产物，则氧化性：HNO3＞H2SiF6，C正确；D项，存在关系式Si~HNO3~H2SiF6~HNO2~H2↑~4e-，则标况下，生成1.12 L 即0.05molH2时，转移电子的物质的量为0.2 mol，D正确；故选B。23．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3Ceq \o(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是( )A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中转移的电子数为12e－D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为1∶2【答案】D【解析】反应产物SiC中Si、C的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成－4价(SiC)和＋2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，两者的物质的量之比为2∶1；根据化学方程式，电子转移数目为4e－。24．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制晶的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示：下列说法错误的是( )A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋2价D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应【答案】B【解析】A项，电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，Y和Z点燃化合，其中Y还能将硅从其化合物中还原出来，这说明Y、Z分别为H2、Cl2，正确；B项，制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅：3C＋SiO2SiC＋2CO↑，在该副反应中碳既是氧化剂，也是还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，错误；C项，SiHCl3中H是＋1价，Cl是－1价，则硅元素的化合价为＋2价，正确；D项，氢气与SiHCl3制备多晶硅的反应：SiHCl3＋H2===Si＋3HCl，属于置换反应，正确。故选B。25．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如图：已知：流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列说法正确的是( )A．电弧炉中发生的反应为C+SiO2CO2↑+SiB．SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯C．每生成1mol高纯硅，需要44.8LCl2标准状况D．该工艺Si的产率高且无副产物，符合绿色化学要求【答案】 B【解析】A项，电弧炉中发生的反应为：2C+SiO22CO↑+Si，故A错误；B项，通入氯气反应生成物除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，通过蒸馏得到SiCl4，故B正确；C项，反应有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，则每生产1mol高纯硅，需要Cl2(标准状况)的体积大于44.8L，故C错误；D项，该工艺生成HCl等副产品，不符合绿色化的要求，故D错误；故选B。二、非选择题26．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和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，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，其反应方程式为___________________。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq \o(=====,\s\up10(高温))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__________________________________。【答案】(1)D (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)防火剂 (4)C SiO2【解析】(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，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。(4)题给反应中C(碳)被氧化；SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。27．氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________。A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3：6：2反应生成两种化合物。①该反应的化学方程式为___________________________。②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。【答案】(1)AC (2)①3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO ②7：9 【解析】(1)Si与N2反应前后，N、Si元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。(2)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6C―→Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应方程式为3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。②根据反应：3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO，分析各元素化合价变化可知，Si、O元素反应前后化合价没有变化，氮元素价态降低，为氧化剂，碳元素价态升高为还原剂，其质量比为2 mol×28 g/mol：(6 mol×12 g/mol)＝7：9。28．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为_________________。②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如表所示，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。③SiHCl3极易水解，其完全水解的化学方程式为________________。(2)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如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，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，关闭活塞a。①B中反应的离子方程式是_________________。②通过步骤Ⅰ知浓盐酸具有的性质是________(填字母)。A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性③C装置中的试剂X是________(填化学式)。D中反应的化学方程式是_____________________________。④碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因：____________________。【答案】(1) ①SiO2+2CSi+2CO↑ ②蒸馏 ③SiHCl3+4H2O=H4SiO4↓+H2↑+3HCl↑(或SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑) (2)①CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O ② AD ③ NaHCO3 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3 ④碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，原子得电子的能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱 【解析】(1)①石英砂的主要成分为二氧化硅，二氧化硅和碳在高温条件下反应生成硅和一氧化碳，根据原子守恒、电子守恒，可得反应方程式为：SiO2+2CSi+2CO↑；②由于冷凝后的液体混合物中SiHCl3与SiCl4、SiH2Cl2等的沸点相差较大，可以使用蒸馏的方法提纯；③SiHCl3中Si是+4价，氢元素、氯元素均为－1价，SiHCl3完全水解时，Si以H2SiO3形式或H4SiO4存在，-1价的氢元素与H2O反应后生成H2，反应方程式为：SiHCl3+4H2O=H4SiO4↓+H2↑+3HCl↑或SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑。(2)①B中盐酸与碳酸钙发生复分解反应，产生CaCl2、H2O、CO2，反应的离子方程式是CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；②盐酸与CaCO3反应产生CO2气体，说明盐酸具有酸性；HNO3酸化的AgNO3溶液反应产生白色沉淀，证明气体中HCl具有挥发性，挥发的HCl与AgNO3溶液发生复分解反应，产生AgCl白色沉淀，故选AD；③因为浓盐酸具有挥发性，所以装置C的作用是将CO2气体中的杂质HCl气体除去，可以使用的试剂为饱和NaHCO3溶液；在装置D中反应的化学方程式是Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3；④由于碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，元素的非金属性减弱，所以元素的非金属性：碳>硅。29．(2022·浙江省高三选考模拟)设计如下实验探究某矿石(仅含四种短周期元素)的组成和性质，无色液体1为最常见的液体纯净物：(1)白色胶状沉淀2的化学式___________，无色液体1的电子式___________。(2)矿石的化学式为___________。(3)白色粉末3溶于过量NaOH溶液的离子方程式是___________。(4)无色溶液3与过量NaOH溶液反应的离子方程式___________。(5)白色粉末3与能与同主族短周期元素的单质反应，检验其反应产物的方法是___________。【答案】(1)H2SiO3 (2)MgSiO3·2H2O(3)SiO2+2OH-= SiO32-+H2O (4)Mg2++2OH-=Mg(OH)2(5)固体物质取样与试管中，加入少量浓NaOH溶液，若产生气泡则有单质Si生成；将生成的气体通过足量碱石灰后再依次通过灼热的氧化铜粉末、澄清石灰水，若氧化铜粉末有黑色变为红色，澄清石灰水变浑浊，则有CO生成【解析】13.6g矿石灼烧生成无色气体1冷凝变为无色液体1，则无色液体1为H2O，白色粉末加入盐酸得到白色胶状沉淀，经灼烧得到的白色粉末可与过量的氢氧化钠溶液，则白色粉末3为SiO2，胶状沉淀2为H2SiO3，无色溶液3应为氯化物，加入过量的氢氧化钠溶液得到白色沉淀3，应为Mg(OH)2，可知n(Mg)=n[Mg(OH)2]==0.1mol，n(SiO2)==0.1mol，则白色固体2为MgSiO3，0.1molMgSiO3的质量为10g，则n(H2O)==0.2mol，故n(MgSiO3):n(H2O)=0.1mol:0.2mol=1:2，以此可确定矿石的化学式为：MgSiO3·2H2O。(1)由分析可知，白色胶状沉淀2的化学式为H2SiO3，无色液体1为H2O，则其电子式为：；(2)由分析可知，矿石的化学式为MgSiO3·2H2O；(3)由分析可知，白色粉末3为SiO2，其溶于过量NaOH溶液的离子方程式为：SiO2+2OH-= SiO32-+H2O；(4)由分析可知，无色溶液3为氯化镁溶液，其与过量NaOH溶液反应的离子方程式为：Mg2++2OH-=Mg(OH)2；(5)由分析可知，白色粉末3为SiO2，其与能与同主族短周期元素的单质即C反应，反应方程式为：SiO2+2CSi+2CO，故检验其反应产物的方法是固体物质取样与试管中，加入少量浓NaOH溶液，若产生气泡则有单质Si生成；将生成的气体通过足量碱石灰后再依次通过灼热的氧化铜粉末、澄清石灰水，若氧化铜粉末有黑色变为红色，澄清石灰水变浑浊，则有CO生成。30．(2022·福建省宁德市期末)硅是带来人类文明的重要元素之一，工业上可用石英砂制备。(1)Si在元素周期表中的位置是__________________。(2)硅和锗(Ge)属于同主族元素。下列预测合理的是________(填序号)。a．Ge与H2化合易于Si b．常温下GeO2是固体c．酸性H2GeO3＞H2SiO3 d．Si和Ge都可做半导体材料(3)高纯SiO2可用于制造________________。(4)下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。洗涤石英砂的目的是________________________________。②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是_______________________________________。③在以上流程中，能否将盐酸改为NaOH溶液，请说明理由_______________________________。(5)氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料，可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过以下反应制备：3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO①氮化硅中氮元素的化合价________。②若生成11.2 L CO(标准状况)，则生成氮化硅的质量是_____g(保留一位小数)。【答案】(1)第3周期IVA族 (2)bd (3)光导纤维 (4)①除去石英砂中的NaCl杂质 ②增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率 ③不能，因二氧化硅能与NaOH溶液反应 ①－3 ②11.7 【解析】(1)Si是14号元素，在元素周期表中的位置是第3周期ⅣA族；(2)a项，同主族从上到下非金属性逐渐减弱，因此Ge与H2化合难于Si，不符合题意；b项，常温下SiO2是固体，因此GeO2是固体，符合题意；c项，同主族从上到下非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物酸性逐渐减弱，因此酸性H2GeO3＜H2SiO3，不符合题意；d项，Si和Ge再金属和非金属交界处，因此两者都可做半导体材料，符合题意；(3)高纯SiO2可用于制造光导纤维；(4)①石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)，氯化钠易溶于水，氧化铝难溶于水，因此洗涤石英砂的目的是除去石英砂中的NaCl杂质；②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是增大反应物之间的接触面积，从而增大反应速率，提高生产效率；在以上流程中，用盐酸将氧化铝溶液，而二氧化硅不与盐酸反应，因此溶解后过滤得到二氧化硅，因此不能将盐酸改为NaOH溶液，二氧化硅能与NaOH溶液反应；(5)①氮化硅中硅化合价为＋4价，因此氮元素的化合价−3价；②若生成11.2 L CO(标准状况)即物质的量为0.5 mol，根据化学方程式得到氮化硅物质的量为 EQ \f(0.5 mol,6)＝ EQ \f(1,12) mol，则生成氮化硅的质量是 EQ \f(1,12) mol×140 g·mol－1＝11.7 g。 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、耐腐蚀等陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土辅助原料：适量的石膏设备—玻璃窑水泥回转窑制备过程原料经高温烧结而成原料经混合、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，再磨成细粉即得主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、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物质二氧化硅二氧化碳存在存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空气，燃料的燃烧产物物理性质固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水化学性质①与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3②与酸反应只与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应③与碱液(NaOH)反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3④与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3如与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3⑤与碳反应SiO2＋2CSi＋2CO↑CO2＋C2CO用途制饰品、坩埚、光导纤维干冰用于人工降雨俗称结构特点主要性能生产应用金刚砂碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石硬度很大、高温抗氧化性能优异砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等压电陶瓷具有电学特性钛酸钡陶瓷声呐系统、气象探测等透明陶瓷具有光学特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高压钠灯、激光器和高温探测窗等超导陶瓷具有超导性超导陶瓷电力、交通、医疗等类别成分性能应用富勒稀由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其代表物为C60——纳米汽车碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径碳纳米管的比表面积大，强度高、优良化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，强度高光电器件、超级电容器、电池和复合材料选项ABCD文物名称筒瓦及瓦当车轮及车马器铜滴漏金饰小件材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2-30.4-84.9-111.9
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