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5.3 无机非金属材料——高一化学人教版（2019）必修二课堂速测
一、二氧化硅
1．硅元素的存在及原子结构
2．SiO2的组成、结构、性质与用途
(1)存在
SiO2的存在形式有 形和 形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是 的二氧化硅。
(2)结构
SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为 的比例组成的 结构的晶体。每个硅原子周围结合 个O，每个O周围结合 个Si。
(3)物理性质
熔点 ；硬度 ；溶解性： 溶于水。
(4)化学性质
①具有酸性氧化物的通性
a．可与NaOH溶液反应，其反应方程式为 。
b．可与氧化钙反应，其反应方程式为 。
②特性
除氢氟酸外，SiO2一般不与其他酸反应，SiO2与HF溶液反应，反应的化学方程式为 。
(5)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 。
③ 和 制作饰物和工艺品。
④实验室中使用石英坩埚。
二、硅酸
1．物理性质
颜色： 色；状态：胶状；溶解性： 溶于水。
2．化学性质
3．制备
实验
操作
实验现象 滴加酚酞后溶液呈 色，逐滴加入稀盐酸，有透明的凝胶产生，溶液红色逐渐 ，最后消失
结论 Na2SiO3溶液呈碱性；滴加稀盐酸后反应的化学方程式：
4.硅胶
三、硅酸盐
1．硅酸盐的组成和性质
(1)概念：由 、 和 组成的化合物的总称
(2)性质：固态，大多不溶于水，化学性质很稳定
(3)表示方法：如Na2SiO3、
2．最简单的硅酸盐——Na2SiO3
3．三种常见的硅酸盐产品
硅酸盐 产品 原料 主要设备 主要成分
水泥 水泥 回转窑 硅酸二钙： 2CaO·SiO2 硅酸三钙： 3CaO·SiO2 铝酸三钙： 3CaO·Al2O3
玻璃 玻璃窑 Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷 Al2O3·2SiO2·2H2O
二、硅单质
1．形态及结构
2．性质
(1)物理性质
色、态 光泽 熔点 硬度 质地 导电性
脆
(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与 、 发生反应。
①Si与NaOH溶液：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
②Si与氢氟酸：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
3．用途
(1)半导体材料，如 等。
(2)新型能源，如 等。
【针对训练】
1.2021年4月9日，我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭，成功将试验六号03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。试验六号03星采用太阳能电池板提供能量，下列可用作太阳能电池板的核心材料的是( )
A.二氧化硅 B.硅 C.四氧化三铁 D.铝合金
2.我国数千年的文明史给人类留下了无数瑰宝。下列文物与硅酸盐有关的是( )
选项 A B C D
文物
唐兽首玛瑙杯 东汉马踏飞燕 商司（后）母戊鼎 北齐白釉绿彩长颈瓶
A.A B.B C.C D.D
3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”（主要成分为硅）的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列有关单质硅的叙述正确的是( )
A.晶体硅具有金属光泽，能导电，故晶体硅属于金属材料
B.硅在常温下即可与HF、NaOH溶液反应，说明硅的化学性质很活泼
C.晶体硅是良好的半导体材料，但是它的价格昂贵，提炼工艺复杂，不能广泛使用
D.加热到一定温度，硅能与氧气、氯化氢反应
4.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”（主要成分为硅）的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列有关单质硅的叙述正确的是( )
A.晶体硅具有金属光泽，能导电，故晶体硅属于金属材料
B.硅在常温下即可与HF、NaOH溶液反应，说明硅的化学性质很活泼
C.晶体硅是良好的半导体材料，但是它的价格昂贵，提炼工艺复杂，不能广泛使用
D.加热到一定温度，硅能与氧气、氯化氢反应
5.由石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：
①
②
③
关于上述反应的分析不正确的是( )
A.①、③是置换反应，②是化合反应
B.高温下，焦炭与氢气的还原性均弱于硅
C.每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子
D.高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合一定可得高纯硅
6.水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应如下：（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.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
7.碳纳米管、石墨烯、等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是( )
A.碳纳米管属于胶体分散系 B.石墨烯属于有机化合物
C.与金刚石互为同素异形体 D.均具有相同的熔点
8.硅酸盐具有特殊的性质与应用，回答下列问题。
（1）硅酸盐材料是传统无机非金属材料，下列物质不属于硅酸盐的是______（填序号）。
①玻璃
②石灰石
③陶瓷
④黏土
⑤砖瓦
⑥水泥
⑦沙子
（2）制备陶瓷和水泥时用到的相同原料是_________。
（3）与在高温下充分反应，可生成标准状况下气体_________L。
（4）我国成功发射了嫦娥一号探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。月球上的主要矿物有辉石（）和橄榄石（）等，则辉石的氧化物形式可表示为_________，斜长石________（填“难”或“易”）溶于水，完全溶解于盐酸中消耗溶质HCl_________mol。
9.完成下列各题。
（1）硅元素在自然界以_______（选填“游离态”或“化合态”）形式存在，硅的氧化物属于_______（选填“酸性”“两性”或“碱性”）氧化物。
（2）是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞的原因是_______（用化学方程式表示）。
（3）用水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明可用作_______。可通过与纯碱混合后高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是_______（填字母）。
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）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，三氯硅烷（）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图所示：
①写出由纯制备高纯硅反应的化学方程式：______。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧，因为遇水剧烈反应生成和另一种物质，写出该反应的化学方程式：______。
10.完成下列各题。
（1）根据二氧化硅的性质，写出下列反应或原因相应的化学方程式。
①二氧化硅与氧化钙反应：_______。
②实验室中盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是_______。
③实验室中不能用玻璃瓶盛放氢氟酸的原因是_______。
（2）为确认的酸性强弱，某学生设计了如图所示的实验装置，一次实验即可达到目的（不必选其他酸性物质）。请据此回答下列问题。
①锥形瓶中装某可溶性盐的固体，分液漏斗中所盛试剂应为_______。
②装置B所盛的试剂是_______，其作用是_______。
③装置C中发生反应的离子方程式是_______。
④由此得到的酸性强弱顺序是_______>_______>_______。
答案以及解析
1.答案：B
解析：硅是良好的半导体材料，可用作太阳能电池板的核心材料，B项正确。
2.答案：A
解析：A项，该文物为瓷器，传统陶瓷的主要成分是硅酸盐，符合题意；B项，司（后）母戊鼎为青铜器，由金属材料制成，不符合题意；C项，马踏飞燕为青铜器，由金属材料制成，不符合题意；D项，兽首玛瑙杯的主要成分为二氧化硅，不符合题意。
3.答案：D
解析：晶体硅属于非金属材料，A项错误；硅原子最外层有4个电子，既不易失电子又不易得电子，故硅的化学性质并不活泼，B项错误；晶体硅的提炼工艺不复杂，价格也不高，是应用最为广泛的半导体材料，C项错误；加热到一定温度，硅能与氧气、氯化氢反应，D项正确。
4.答案：D
解析：晶体硅属于非金属材料，A项错误；硅原子最外层有4个电子，既不易失电子又不易得电子，故硅的化学性质并不活泼，B项错误；晶体硅的提炼工艺不复杂，价格也不高，是应用最为广泛的半导体材料，C项错误；加热到一定温度，硅能与氧气、氯化氢反应，D项正确。
5.答案：BD
解析：①、③均是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，属于置换反应，②是化合反应，故A项正确；氧化还原反应中，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，反应①、③可说明高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅，故B项错误；Si元素在化合物中一般表现为+4价，在单质中为0价，所以每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子，故C项正确；高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合，石英砂、焦炭反应生成粗硅，氯气、氢气反应生成HCl，得不到高纯硅，故D项错误
6.答案：C
解析：水泥由石灰石和黏土等研磨混合，经高温煅烧制得，A正确；水泥生产过程中加入石膏的目的是调节水泥的凝结硬化速率，调整水泥的凝结时间，B正确；水与硅酸三钙发生化学反应，生成的产物之间可以形成相互交联的结构，C错误；硅酸三钙与水反应放热，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正确。
7.答案：C
解析：碳纳米管是一种一维纳米材料，是纯净物，分散系为混合物，碳纳米管不属于胶体分散系，A错误；石墨烯是石墨剥离出的单层碳原子结构的单质，不属于有机化合物，B错误；与金刚石均属于碳的单质，互为同素异形体，C正确；不同的新型碳材料因结构不同而具有不同的熔点，D错误。
8.答案：（1）②⑦
（2）黏土
（3）2.24
（4）；难；8
解析：（1）玻璃、陶瓷、黏土、砖瓦、水泥的主要成分为硅酸盐，石灰石的主要成分为，沙子的主要成分为，则不属于硅酸盐的是②⑦。
（2）制备陶瓷的原料是黏土，制备水泥的原料是石灰石、黏土和其他辅助原料，所以共同的原料是黏土。
（3）与在高温下反应生成和，反应的化学方程式为，则与反应时，过量，但过量的在高温下会继续分解生成，故充分反应时生成标准状况下的体积。
（4）辉石属于硅酸盐，由原子个数比不变可知，氧化物形式可表示为，斜长石属于难溶于水的硅酸盐；橄榄石属于硅酸盐，由化合物中各元素化合价的代数和为0可知，硅酸盐中Fe元素为+2价，则硅酸盐溶于盐酸生成和，由Cl原子守恒可知，溶解生成和，则需要消耗。
9.答案：（1）化合态；酸性
（2）
（3）防火剂；D
（4）①；②
解析：（1）硅元素在自然界全部以化合态形式存在；硅的氧化物是二氧化硅，可以与碱反应生成盐和水，化学方程式为，虽然可以发生，但产物是气体和水，所以属于酸性氧化物。
（2）是玻璃的主要成分之一，可与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠：，硅酸钠是无机矿物胶，容易使瓶塞与瓶口粘在一起，故保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞。
（3）用水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明可用作防火剂；含二氧化硅的材料如普通玻璃坩埚、石英玻璃坩埚以及氧化铝都能在高温下与碳酸钠反应，故高温熔融纯碱时只能选用铁坩埚。
（4）①由纯制备高纯硅的反应的化学方程式为；②遇水剧烈反应生成和另一种物质，反应的化学方程式为。
10.答案：（1）①；②；③
（2）①盐酸；②饱和溶液；吸收HCl气体；③；④HCl；；
解析：（1）①二氧化硅为酸性氧化物，氧化钙为碱性氧化物，在高温时两者能发生反应生成硅酸钙，其化学方程式为。②玻璃的主要成分为二氧化硅，氢氧化钠能与二氧化硅反应生成黏性很强的硅酸钠，其化学方程式为。③玻璃的主要成分为二氧化硅，氢氟酸能与二氧化硅反应生成四氟化硅气体和水，其化学方程式为。
（2）①盐酸的酸性强于碳酸的酸性，碳酸的酸性强于硅酸的酸性，根据强酸制取弱酸的原理可知，图中A装置用于制取二氧化碳，所以分液漏斗中的试剂应为盐酸。②由①分析可知，盐酸与可溶性的碳酸盐反应制取的二氧化碳中含有挥发的HCl气体，所以装置B中盛装饱和的溶液来除去挥发的HCl。③除去HCl气体的二氧化碳进入C装置中与可溶性的硅酸盐反应生成难溶性的硅酸，其离子方程式为。④由以上分析可知HCl的酸性最强，的酸性次之，的酸性最弱。

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