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第22讲　硅、无机非金属材料、化学与可持续发展
一、选择题（本题包括10小题，每小题只有一个选项符合题意）
1.（2024·广州模拟）“葡萄美酒夜光杯”，酒具体现了历史进展。下列酒具中，主要由硅酸盐材料制成的是（　　）
A.清代彩绘龙纹蓝瓷壶 B.犀角雕玉兰花果纹杯
C.斫木云纹漆耳杯 D.青铜兽面纹爵
2.（2024·成都模拟）二氧化硅（SiO2）又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料。下列说法正确的是（　　）
A.硅在自然界中主要以单质形式存在
B.北斗导航系统所用芯片的主要成分是SiO2
C.利用SiO2与NaOH溶液反应可制取“水玻璃”
D.在硅酸盐中，每个硅原子周围结合2个氧原子
3.（2024·宜宾模拟）工业上用焦炭还原石英砂可以制粗硅（含碳化硅），再进一步制备高纯度硅。下列说法正确的是（　　）
A.制粗硅的化学方程式为C＋SiO2Si＋CO2↑
B.晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用作光导纤维
C.石英砂的成分是SiO2，可用作太阳能电池
D.碳化硅具有类似金刚石的结构，可用作耐高温材料
4.（2024·绵阳模拟）化学与生活、生产和人类社会的发展密不可分。下列说法不正确的是（　　）
A.果汁饮料中可以添加适量苯甲酸钠，它是一种抗氧化剂
B.阿司匹林化学名称为乙酰水杨酸，具有解热镇痛作用
C.硝酸铵是一种高效氮肥，受热易爆炸，需改性后才能施用
D.味精能增加食品的鲜味，是一种常用的增味剂，其主要成分为谷氨酸钠
5.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示：
下列有关说法正确的是（　　）
A.石墨烯是一种新型化合物
B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C.二者和石墨都是碳的同素异形体
D.氧化石墨烯具有一定的亲水性
　　（2024·无锡模拟）传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如陶瓷、玻璃和水泥等；随着科学技术的发展，一系列新型无机非金属材料相继问世，其中有一些是高纯度的含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料；还有一些含有碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。完成下列6～8题。
6.用石英砂制粗硅的反应为SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑，下列说法正确的是（　　）
A.CO在反应中是还原产物
B.SiO2、CO均为酸性氧化物
C.14C原子中的电子数为8
D.该反应每生成28 g硅，转移4 mol电子
7.下列物质性质与用途具有对应关系的是（　　）
A.晶体硅熔点高，可用于制作半导体材料
B.SiO2硬度大，可用于制作光导纤维
C.碳化硅硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料
D.硅酸钠耐热性好，它的水溶液常用作黏合剂
8.下列选项所示的物质间转化不能实现的是（　　）
A.SiO2H2SiO3
B.SiO2Na2SiO3
C.H2SiO3Na2SiO3
D.Na2SiO3溶液H2SiO3
9.（2024·长治模拟）在现代食品工业中，食品添加剂的使用满足了人们对食品多样化的需求。某糕点的配料表如下：
产品名称：华夫饼 加工方式：热加工 配料：鲜鸡蛋、小麦粉、白砂糖、植物油、黄油、食品添加剂（甘油、β-胡萝卜素、碳酸氢钠等）、食用盐、食用香料
下列有关判断正确的是（　　）
A.碳酸氢钠属于增味剂
B.β-胡萝卜素是一种防腐剂
C.乙酸乙酯可用作食品中的香料
D.食品添加剂均为人工合成的物质
10.（2023·福州质检）H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是（　　）
A.合成1反应中H2作氧化剂
B.合成2的反应为SiF4＋NaAlH4SiH4＋NaAlF4
C.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
D.净化、热解SiH4中生成的多晶硅为还原产物
二、非选择题（本题包括2小题）
11.硅单质及其化合物应用广泛。请回答下列问题：
（1）硅作为芯片的材料之一，其中硅元素位于周期表的第　　　　周期第　　　　族。
（2）硅可作半导体材料的最主要原因是　　　　（填字母）。
A.硅元素在地壳中含量巨大，仅次于氧元素
B.硅元素位于周期表的金属与非金属的分界线附近
C.硅单质性质稳定，无毒无害
D.硅单质提纯技术成熟，制作成本较低
（3）SiO2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）　　　　　　　。
（4）沙子可用作建筑材料和制玻璃的原料，下列说法不正确的是　　　　（填字母）。
A.SiO2能与水反应
B.SiO2在一定条件下能与氧化钙反应
C.SiO2是制作光导纤维的主要原料
D.SiO2能与稀硫酸反应
（5）硅单质可作为硅半导体材料。三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程如图：
石英砂粗硅SiHCl3（粗）SiHCl3（纯）高纯硅
写出制粗硅的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。
12.（2023·山东高考18题节选）三氯甲硅烷（SiHCl3）是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品（加热及夹持装置略）。回答下列问题：
制备SiHCl3时进行操作：（ⅰ）检查装置气密性；（ⅱ）将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；（ⅲ）通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。
（1）已知电负性：Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
（2）采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。
m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①高温灼烧，②冷却、干燥，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2 g，从下列仪器中选出①、②操作中需使用的仪器，依次为　　　　（填字母）。测得样品纯度为　　　　　　　　　　（用含m1、m2的代数式表示）。
第22讲　硅、无机非金属材料、化学与可持续发展
1.A　陶瓷的主要成分是硅酸盐，A正确；犀角的主要成分属于蛋白质，B错误；斫木的主要成分属于纤维素，C错误；青铜属于合金，D错误。
2.C　硅在自然界中以化合物形式存在，没有硅单质，A错误；北斗导航系统所含芯片的主要成分是晶体硅，B错误；“水玻璃”是硅酸钠的水溶液，可以利用SiO2与NaOH溶液反应获得，C正确；在硅酸盐中，每个硅原子周围结合4个氧原子，构成了硅氧四面体结构，D错误。
3.D　二氧化硅与焦炭在高温条件下反应，化学方程式为2C＋SiO2Si＋2CO↑，A错误；晶体硅常用作半导体材料，B错误；石英砂的成分是SiO2，可用作光导纤维，C错误；碳化硅具有类似金刚石的结构，硬度大，熔点高，可用作耐高温材料，D正确。
4.A　苯甲酸钠是一种防腐剂，A错误；乙酰水杨酸（化学式为C9H8O4）也叫阿司匹林，具有解热镇痛作用，B正确；硝酸铵是一种高效氮肥，受热易爆炸，需改性后才能施用，C正确；味精主要成分为谷氨酸钠，是一种增味剂，D正确。
5.D　石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有的羟基和羧基为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
6.D　CO为氧化产物，A错误；CO为不成盐氧化物，B错误；C为6号元素，核外电子数为6，C错误；由反应可知，每生成1 mol Si即28 g，转移4 mol电子，D正确。
7.C　晶体硅用于制作半导体材料，与熔点高无关，A错误；SiO2具有良好的导光性能，常用于制作光导纤维，与硬度大无关，B错误；碳化硅硬度大，常用作砂纸、砂轮的磨料，C正确；硅酸钠溶液具有良好的黏结性，常用作黏合剂，与耐热性好无关，D错误。
8.A　SiO2不溶于水，不与水反应，A符合题意；SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3，B不符合题意；H2SiO3可以与NaOH反应生成Na2SiO3，C不符合题意；Na2SiO3溶液与CO2反应生成H2SiO3，D不符合题意。
9.C　碳酸氢钠属于膨松剂，使生产的食品松软，A错误；β-胡萝卜素属于着色剂，可以改善食品色泽，B错误；乙酸乙酯具有芳香气味，可用作食品中的香料，C正确；食品添加剂按照来源可以分为天然和人工合成两大类，因此食品添加剂不一定是人工合成的物质，D错误。
10.C　合成1中，发生反应Na＋Al＋2H2NaAlH4，NaAlH4中H为－1价，则H的化合价由0价降为－1价，H2为氧化剂，A正确；合成2中，反应物为NaAlH4、SiF4，生成物有SiH4，由原子守恒可知，另一种生成物为NaAlF4，则反应为NaAlH4＋SiF4SiH4＋NaAlF4，B正确；合成3中，NaAlF4与硫酸反应生成HF，HF与SiO2反应生成SiF4，不能说明SiO2可溶于H2SO4，C错误；SiH4中H为－1价，Si为＋4价，SiH4热解生成的多晶硅是还原产物，D正确。
11.（1）三　ⅣA　（2）B　（3）2NaOH＋SiO2Na2SiO3＋H2O
（4）AD　（5）SiO2＋2CSi＋2CO↑
解析：（1）硅元素位于周期表的第三周期第ⅣA族。（2）硅在地壳中含量高不是作半导体材料的主要原因，A错误；硅元素位于周期表的金属与非金属的分界线附近，兼具金属与非金属的性质，导电性介于导体和绝缘体之间，可作半导体材料，B正确；硅单质性质稳定不是作半导体材料的主要原因，C错误；硅单质制作成本较低不是作半导体材料的主要原因，D错误。（3）SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2和NaOH溶液反应生成的硅酸钠是矿物胶，能把瓶口和瓶塞黏结在一起，反应的化学方程式为SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O。（4）SiO2不能与水反应，A错误；SiO2在高温条件下能与氧化钙反应生成硅酸钙，B正确；SiO2是制作光导纤维的主要原料，C正确；SiO2不能与稀硫酸反应，D错误。（5）石英砂的主要成分是二氧化硅，与焦炭反应生成硅和CO，化学方程式为2C＋SiO22CO↑＋Si。
12.（1）SiHCl3＋5NaOHNa2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O　（2）AC　×100％
解析：氯化氢气体通入浓硫酸干燥后，在管式炉中和硅在高温下反应，生成三氯甲硅烷和氢气，由于三氯甲硅烷沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，在球形冷凝管中可冷却成液态，在装置C中收集起来，氢气则通过D装置排出，同时D可处理多余的氯化氢气体。（1）已知电负性：Cl＞H＞Si，则SiHCl3中氯元素的化合价为－1价，H元素的化合价为－1价，硅元素化合价为＋4价，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，发生氧化还原反应，得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为SiHCl3＋5NaOHNa2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O。（2）m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干燥器中冷却后，称量，所用仪器包括坩埚和干燥器，所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2 g，则二氧化硅的物质的量为n（SiO2）＝ mol，样品纯度为×100％＝×100％。
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课标要求
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.结合实例认识碳、硅及其化合物性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
3.能借助国家关于安全生产、环境保护、食品安全、药物开发等方面的法律法规分析与化学有关的社会热点问题。
考点一　碳、硅及其化合物
1.碳
（1）碳族元素
碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价层电子排布式为　　　，主要化合价为　　　　。
（2）碳单质
①多种碳单质
存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、富勒烯（C60）等，它们互为　　　　　　　　　　。
②金刚石、石墨、C60的物理性质
金刚石 石墨 C60
晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体
物理性质 熔点高，硬度大，不导电 熔点高，硬度　　，　　导电 熔点低，不导电
主要用途 制作钻石，切割工具，钻探机的钻头等 作电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域
2.硅
（1）硅元素的存在
自然界中硅元素仅有　　　　，在地壳中含量仅次于　　，主要以　　　　　和　　　　　的形式存在。
（2）硅单质
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F2：　　　　　　　；
与HF：　　　　　　　；
与NaOH：　　　　　　　。
②在加热的条件下可以与氧气、氯气等反应。
③粗硅的制取：　　　　　　　　　　　　　。
④硅单质的用途
a.良好的半导体材料；
b.硅太阳能电池；
c.计算机芯片。
3.二氧化硅
4.硅酸和硅酸盐
（1）硅酸
（2）硅酸盐——硅酸钠
①性质
硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。写出下列反应的离子方程式：
与盐酸反应：　　　　　　　。
与CO2水溶液反应：　　　　　　　　　　　　　。
②用途：黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）金刚石和石墨的组成元素相同，因此它们具有相同的性质。（　　）
（2）SiO2能与氢氟酸反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃。（　　）
（3）NaOH溶液、Na2CO3溶液不能用玻璃瓶盛放。（　　）
（4）晶体Si的熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。（　　）
（5）Si是半导体材料，可用作太阳能电池。（　　）
（6）SiO2与NaOH溶液、氢氟酸都可反应，所以SiO2是两性氧化物。（　　）
（7）酸都易溶于水。（　　）
一 硅和二氧化硅
1.（2024·成都模拟）有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是（　　）
A.高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片
B.硅可由二氧化硅还原制得
C.低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应
D.自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅
2.科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：
容器①中进行的反应为①Si（粗）＋3HCl（g）SiHCl3（g）＋H2（g）；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2Si（纯）＋3HCl。下列说法不正确的是（　　）
A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B.①和②互为可逆反应
C.该流程中需要隔绝空气
D.粗硅制备不能通过SiO2SiCl4Si实现
二 可溶性硅酸盐
3.水玻璃（Na2SiO3溶液）广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰（SiO2：65％～70％、C：30％～35％）制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是（　　）
A.原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B.操作A与操作B完全相同
C.该流程中硅元素的化合价发生改变
D.反应器中发生的反应为氧化还原反应
考点二　无机非金属材料
1.传统无机非金属材料
（1）传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。
水泥 玻璃 陶瓷
主要成分 硅酸盐 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 含水的铝硅酸盐
生产原料 石灰石和黏土 纯碱、石灰石和石英砂 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
（2）玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
2.新型无机非金属材料
（1）高温结构陶瓷：如BN、Si3N4、Al2O3等。
（2）碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②用途：在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
（3）特殊功能的含硅材料
①碳化硅为共价晶体，具有金刚石结构，可用作磨料。
②含硅元素4％的硅钢具有导磁性。
【提醒】 硅酸盐写成氧化物形式的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。
如：石棉（CaMg3Si4O12）用氧化物的形式表示为CaO·3MgO·4SiO2。
　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。（　　）
（2）碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作。（　　）
（3）压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。（　　）
（4）石墨烯的电阻率低，热导率也低。（　　）
（5）冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料。（　　）
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，描绘了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.陶瓷的烧制过程为物理变化
2.碳纳米管可看做多层石墨烯无缝卷曲而成的直径为10～20 nm的中空管状结构。下列说法错误的是（　　）
A.石墨烯和碳纳米管互为同素异形体
B.石墨烯中只存在非极性键
C.碳纳米管是一种胶体
D.石墨烯可用于制造超级电容器、电池等
考点三　化学品的合理使用
1.合理施用化肥
（1）综合考虑因素：土壤酸碱性、作物营养状况、化肥本身性质。
（2）过量施肥危害：造成水体富营养化，产生　　　等污染现象；不合理施用化肥还会影响土壤的酸碱性和土壤结构。
2.合理施用农药
（1）农药的发展方向：高效、　　　　　　、低残留。
（2）农药对生态系统和自然环境的影响
①破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生抗药性。
②引起传粉昆虫的大量死亡。
③造成土壤和作物的农药残留超标。
④造成大气、地表水和地下水的污染。
3.合理用药
（1）药物的分类
按照来源 分为天然药物与合成药物
按照作用 分为抗酸药、解热镇痛药、抗生素、合成抗菌药、安眠药、镇静药、止泻药等
（2）阿司匹林
①阿司匹林的化学名称为　　　　　　　，具有解热镇痛作用。
②以水杨酸为原料制取阿司匹林的化学方程式为
＋
　　 水杨酸　　　　　　 乙酸酐
＋CH3COOH
　　　　　乙酰水杨酸
【注意】 长期大量服用阿司匹林会导致胃痛、头痛、眩晕、恶心等不适症状。
4.安全使用食品添加剂
（1）食品添加剂分类
按照来源 分为天然和人工合成
按照功能 分为着色剂、防腐剂、抗氧化剂等
（2）常见食品添加剂
着色剂 β-胡萝卜素
增味剂 味精
膨松剂 NH4HCO3、NaHCO3
凝固剂 盐卤
防腐剂 苯甲酸及其钠盐
抗氧化剂 维生素C
营养强化剂 碘酸钾
　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）为了人体健康应禁止使用食品添加剂。（　　）
（2）虽然药物能治病，但大部分药物有毒副作用。（　　）
（3）多食用增味剂和营养强化剂对人体的健康有益。（　　）
（4）在食品包装袋里加一小包还原铁粉是为了防止食品被氧化。（　　）
（5）亚硝酸钠是一种食品防腐剂，有一定毒性和氧化性，如误食，可服用维生素C解毒。（　　）
1.下列关于施用化肥、农药的描述中正确的是（　　）
A.高温多雨时比较适合施用钾肥
B.长期施用硫酸铵会造成土壤板结
C.石灰硫黄合剂必须与硫酸混合后才能施用
D.硝酸铵是一种高效氮肥，可直接施用
2.药物是人类抵御疾病的重要武器之一。下列有关药物的说法不正确的是（　　）
A.“胃得乐”（主要成分为碳酸镁）是一种抗酸药
B.鸦片、吗啡、海洛因等这些物质属于毒品
C.青霉素能抑制细菌细胞壁的生长，致使细菌因细胞破裂而死亡
D.“阿司匹林”是一种重要的抗生素
3.（2024·张家口模拟）食品添加剂是指为改善食品的品质和色、香、味，以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。下列说法错误的是（　　）
A.天然的食品添加剂多数对人体无害，人工合成的食品添加剂需控制用量
B.碳酸氢钠、碳酸氢铵等可以作馒头、面包等食品的膨松剂
C.抗坏血酸（即维生素C）是水果罐头中常用的抗氧化剂
D.用盐卤和豆浆作用制取豆腐，是利用了蛋白质胶体的丁达尔效应
粗硅的制备与提纯
【考题】 （2023·湖北高考3题）工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂粗硅SiHCl3高纯硅
下列说法错误的是（　　）
A.制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B.1 mol Si含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023
C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气
D.生成SiHCl3的反应为熵减过程
【教材】 （人教版必修第二册　第五章　第三节　资料卡片　高纯硅的制备）
　　工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98％左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷（SiHCl3），再经氢气还原得到高纯硅。
　
图5－23　工业制备高纯硅的原理示意图
　现代信息技术是建立在半导体材料基础上的，硅是常温下性质稳定的半导体材料，主要用于制造芯片和太阳能电池。因此高纯硅的制备是现代信息产业的核心，也是当前高考命题紧跟时代科技前沿的重要方向。工业制高纯硅的工艺流程如下：
（1）上述工艺流程中的三个主要反应
①SiO2＋2CSi＋2CO↑（生成的气体是CO而不是CO2）
②Si＋3HClSiHCl3＋H2
③SiHCl3＋H2Si＋3HCl
（2）SiHCl3中H、Si、Cl元素的电负性分别是2.1、1.8、3.0，故Si元素的化合价是＋4价而不是＋2价。
（3）SiHCl3易水解，“去除水”时要考虑SiHCl3的水解。
1.（2024·大连模拟）高纯度单晶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”。这种材料可以按下列方法制备：
下列说法正确的是（　　）
A.步骤①中X是CO2
B.二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D.SiHCl3易水解， 遇水可生成H2
2.（2024·连云港模拟）实验室用H2还原SiHCl3（沸点：31.85 ℃）制备高纯硅的装置如图所示（夹持装置和尾气处理装置略去），下列说法正确的是（　　）
A.装置Ⅱ中盛装的是浓硫酸，装置Ⅲ烧杯中盛装的是冰水
B.实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C.为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D.该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备NH3
1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）（2024·河北高考）透雕白玉璧主要成分是硅酸盐。（　　）
（2）（2024·湖北高考）黏土高温烧结制陶瓷的过程中形成新的化学键。（　　）
（3）（2024·新课标卷）大理石可用于制砚台，主要成分为硅酸盐。（　　）
（4）（2024·全国甲卷）用氢氟酸刻蚀玻璃：Si＋4F－＋6H＋SiF4↑＋3H2O。（　　）
（5）（2024·浙江6月选考）制作水果罐头时加入抗氧化剂维生素C，可延长保质期。（　　）
（6）（2024·浙江6月选考）石墨呈层状结构，层间以范德华力结合，因此石墨可用作润滑剂。（　　）
（7）（2024·广东高考）制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料。（　　）
（8）（2024·广东高考）基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiC。（　　）
2.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）（2023·天津高考）SiO2可用于制造光导纤维。（　　）
（2）（2023·海南高考）规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度，保持食品营养价值。（　　）
（3）（2023·全国乙卷）碳元素形成的单质只有4种同素异形体。（　　）
（4）（2023·辽宁高考）工业制粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑。（　　）
（5）（2023·广东高考）千家万户通光纤，光纤的主要材质是Si。（　　）
（6）（2023·浙江1月选考）SiO2属于耐高温的酸性氧化物。（　　）
（7）（2023·全国甲卷）苯甲酸可作为食品防腐剂是由于其具有酸性。（　　）
3.（2023·广东高考1题）“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是（　　）
A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟
4.（2024·山东高考2题）化学品在食品工业中也有重要应用，下列说法错误的是（　　）
A.活性炭可用作食品脱色剂
B.铁粉可用作食品脱氧剂
C.谷氨酸钠可用作食品增味剂
D.五氧化二磷可用作食品干燥剂
5.（2023·北京高考1题）中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是（　　）
A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键
B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化
C.三种物质的晶体类型相同
D.三种物质均能导电
第22讲　硅、无机非金属材料、化学与可持续发展
【考点·全面突破】
考点一
必备知识夯实
1.（1）ns2np2　＋2价、＋4价　（2）①同素异形体　②小　能　2.（1）化合态　氧　氧化物　硅酸盐　（2）①Si＋2F2SiF4　Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑　Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑　③SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑　3.高　大　Na2SiO3＋H2O　CaSiO3　Na2SiO3＋CO2↑　SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O　光导纤维　4.（1）H2SiO3↓＋Na2CO3　H2SiO3SiO2＋H2O　Na2SiO3＋2HClH2SiO3↓＋2NaCl
（2）①Si＋2H＋H2SiO3↓　Si＋CO2（少量）＋H2OH2SiO3↓＋C
易错辨析
（1）×　（2）√　（3）×　（4）×　（5）√　（6）×　（7）×
关键能力突破
1.D　硅作为半导体材料被广泛用于制作计算机芯片，A正确；焦炭和二氧化硅在高温下反应制得粗硅，二氧化硅被还原，B正确；低温时，硅与水、空气和酸不反应，但硅能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和氢气，C正确；自然界中没有游离态的硅，即不存在大量的单质硅，D错误。
2.B　反应②中生成的HCl在反应①中循环利用，A正确；反应①与反应②对应的反应温度不一致，不是可逆反应，B错误；高温条件下，Si、SiHCl3、H2都与O2反应，故需隔绝空气，C正确；SiO2不与HCl反应，不能通过题述途径制硅，D正确。
3.A　B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅和硅酸钠中硅元素的化合价均是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，此反应不属于氧化还原反应，错误。
考点二
必备知识夯实
易错辨析
（1）×　（2）√　（3）√　（4）×　（5）√
关键能力突破
1.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普通玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误。
2.C　同素异形体是同种元素组成的单质，石墨烯和碳纳米管互为同素异形体，A正确；石墨烯中只存在碳碳键，属于非极性键，B正确；碳纳米管是碳单质，为纯净物，不是胶体，C错误；石墨烯的电阻率低，热导率高，具有很高的强度，可用于制造超级电容器、电池等，D正确。
考点三
必备知识夯实
1.（2）水华　2.（1）低毒　3.（2）①乙酰水杨酸
易错辨析
（1）×　（2）√　（3）×　（4）√　（5）√
关键能力突破
1.B　高温多雨时施用化肥易使肥料分解损失或随雨水流失，A错误；石灰硫黄合剂中加硫酸会因石灰、硫酸间发生化学反应而失去相应的功效，C错误；硝酸铵受热或经撞击易发生爆炸，必须改性处理后才能施用，D错误。
2.D　阿司匹林不是抗生素，是常用的解热、镇痛和消炎药。
3.D　胶体中加电解质溶液会发生聚沉，豆浆属于胶体，向豆浆中加入盐卤可制作豆腐，利用了胶体聚沉的性质，D错误。
教考衔接3　粗硅的制备与提纯
研真题扣教材
【考题】 B　石英砂（SiO2）和焦炭在高温下反应生成Si和CO，A正确；Si晶体中每个Si原子与4个Si原子成键，平均1个Si原子形成2个Si—Si键，故1 mol Si所含Si—Si键的数目为2×6.02×1023，B错误；SiHCl3易水解，氢气中混有氧气可能会发生爆炸，故原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C正确；Si（s）＋3HCl（g）SiHCl3（g）＋H2（g）为气体分子数减小的反应，为熵减反应，D正确。
练思维提素能
1.D　高温条件下，C能将CO2还原为CO，故步骤①中X是CO，该反应原理为SiO2＋2CSi＋2CO↑，A错误；SiO2是酸性氧化物，但不能与水反应生成硅酸，B错误；硅也能与氢氟酸反应，反应的化学方程式为Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑，C错误；已知电负性：Cl＞H＞Si，故SiHCl3中Si为＋4价，H为－1价，Cl为－1价，故SiHCl3易水解，遇水可生成H2，反应的化学方程式为SiHCl3＋3H2OH2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑，D正确。
2.C　本题制备高纯硅，反应H2＋SiHCl3Si＋3HCl应在装置Ⅳ中进行，装置Ⅰ的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，会对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，因此烧杯中盛装的是热水，A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危险，B错误；硅单质不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被H2O2氧化成Fe3＋，Fe3＋与KSCN溶液反应，溶液变为红色，可以鉴定是否含有铁单质，C正确；用稀NaOH溶液制备NH3，需要加热，装置Ⅰ中没有加热装置，因此不能用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备NH3，D错误。
【真题·体验品悟】
1.（1）√　（2）√　（3）×　（4）×　（5）√　（6）√　（7）√　（8）×
2.（1）√　（2）√　（3）×　（4）√　（5）×　（6）√　（7）×
3.C　九霄环佩木古琴主要由木材、动物筋制得，A错误；裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成，B错误；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误。
4.D　P2O5吸水后的产物有毒，不能用作食品干燥剂。
5.A　A项，原子间优先形成σ键，三种物质中均存在σ键，正确；B项，金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化，石墨中所有碳原子均采用sp2杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂化，错误；C项，金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合型晶体，错误；D项，金刚石中没有自由移动的电子，不能导电，错误。
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第22讲　硅、无机非金属材料、化学与可持续发展
高中总复习·化学
课标要求
1. 结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解碳、硅及其重要化合
物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。
2. 结合实例认识碳、硅及其化合物性质的多样性，了解通过化学反应可以
探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和
环境保护中的重要价值。
3. 能借助国家关于安全生产、环境保护、食品安全、药物开发等方面的法
律法规分析与化学有关的社会热点问题。
考点·全面突破
01
教考衔接 3
02
真题·体验品悟
03
课时·跟踪检测
04
考点·全面突破
锁定要点，聚焦应用
考点一　碳、硅及其化合物
1. 碳（1）碳族元素
碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价层电子排
布式为 ，主要化合价为 。
（2）碳单质
①多种碳单质
存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、富勒烯（C60）等，它们互为
。
ns2np2　
＋2价、＋4价　
同素
异形体　
②金刚石、石墨、C60的物理性质
金刚石 石墨 C60
晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体
物理性质 熔点高，硬度大，不
导电 熔点高，硬度 ， 导电 熔点低，
不导电
主要用途 制作钻石，切割工
具，钻探机的钻头等 作电极、润滑剂、铅
笔芯 广泛应用于超
导、医学领域
小　
能　
2. 硅
（1）硅元素的存在
自然界中硅元素仅有 ，在地壳中含量仅次于 ，主要
以 和 的形式存在。
化合态　
氧　
氧化物　
硅酸盐　
（2）硅单质
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



②在加热的条件下可以与氧气、氯气等反应。
Si＋2F2 SiF4　
Si＋4HF SiF4↑＋2H2↑　
Si＋2NaOH＋H2O Na2SiO3＋2H2↑　
④硅单质的用途
a.良好的半导体材料；
b.硅太阳能电池；
c.计算机芯片。
③粗硅的制取： 。
SiO2＋2C　 Si（粗）＋2CO↑　
3. 二氧化硅
4. 硅酸和硅酸盐
（1）硅酸
（2）硅酸盐——硅酸钠
①性质
硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，
水溶液显碱性。写出下列反应的离子方程式：

与CO2水溶液反应：
。
②用途：黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
Si ＋2H＋ H2SiO3↓　
Si ＋CO2（少量）＋H2O H2SiO3↓＋
C 　
　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）金刚石和石墨的组成元素相同，因此它们具有相同的性质。（　×）
（2）SiO2能与氢氟酸反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃。 （　√　）
（3）NaOH溶液、Na2CO3溶液不能用玻璃瓶盛放。 （　×　）
（4）晶体Si的熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。 （　×　）
（5）Si是半导体材料，可用作太阳能电池。 （　√　）
（6）SiO2与NaOH溶液、氢氟酸都可反应，所以SiO2是两性氧化物。
（　×　）
×
√
×
×
√
×
（7）酸都易溶于水。 （　×　）
×
一 硅和二氧化硅
1. （2024·成都模拟）有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是
由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关
硅的说法中，不正确的是（　　）
A. 高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片
B. 硅可由二氧化硅还原制得
C. 低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应
D. 自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅
√
解析： 　硅作为半导体材料被广泛用于制作计算机芯片，A正确；焦炭和
二氧化硅在高温下反应制得粗硅，二氧化硅被还原，B正确；低温时，硅
与水、空气和酸不反应，但硅能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和氢气，C
正确；自然界中没有游离态的硅，即不存在大量的单质硅，D错误。
2. 科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：
容器①中进行的反应为①Si（粗）＋3HCl（g） SiHCl3（g）＋H2
（g）；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2 Si（纯）＋3HCl。下列说
法不正确的是（　　）
A. 该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B. ①和②互为可逆反应
C. 该流程中需要隔绝空气
D. 粗硅制备不能通过SiO2 SiCl4 Si实现
√
解析： 　反应②中生成的HCl在反应①中循环利用，A正确；反应①与反
应②对应的反应温度不一致，不是可逆反应，B错误；高温条件下，Si、
SiHCl3、H2都与O2反应，故需隔绝空气，C正确；SiO2不与HCl反应，不能
通过题述途径制硅，D正确。
二 可溶性硅酸盐
3. 水玻璃（Na2SiO3溶液）广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是
一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰（SiO2：65％～70％、C：30％～
35％）制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是（　　）
A. 原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B. 操作A与操作B完全相同
C. 该流程中硅元素的化合价发生改变
D. 反应器中发生的反应为氧化还原反应
√
解析： 　B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，
错误；C项，二氧化硅和硅酸钠中硅元素的化合价均是＋4价，所以该流程
中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，反应器中发生的反应为
SiO2＋2NaOH Na2SiO3＋H2O，此反应不属于氧化还原反应，错误。
考点二　无机非金属材料
1. 传统无机非金属材料
（1）传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。
水泥 玻璃 陶瓷
主要成分 硅酸盐 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 含水的铝硅酸盐
生产原料 石灰石和黏土 纯碱、石灰石和石英砂 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
（2）玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑；
CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑。
2. 新型无机非金属材料
（1）高温结构陶瓷：如BN、Si3N4、Al2O3等。
（2）碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②用途：在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
（3）特殊功能的含硅材料
①碳化硅为共价晶体，具有金刚石结构，可用作磨料。
②含硅元素4％的硅钢具有导磁性。
【提醒】 硅酸盐写成氧化物形式的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧
化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。
如：石棉（CaMg3Si4O12）用氧化物的形式表示为CaO·3MgO·4SiO2。
　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。 （　×　）
（2）碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作。 （　√　）
（3）压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。 （　√　）
（4）石墨烯的电阻率低，热导率也低。 （　×　）
（5）冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料。 （　√　）
×
√
√
×
√
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
绘了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. 陶瓷的烧制过程为物理变化
√
解析： 　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰
石和石英砂是制普通玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B
项错误。
2. 碳纳米管可看做多层石墨烯无缝卷曲而成的直径为10～20 nm的中空管
状结构。下列说法错误的是（　　）
A. 石墨烯和碳纳米管互为同素异形体
B. 石墨烯中只存在非极性键
C. 碳纳米管是一种胶体
D. 石墨烯可用于制造超级电容器、电池等
解析： 　同素异形体是同种元素组成的单质，石墨烯和碳纳米管互为同
素异形体，A正确；石墨烯中只存在碳碳键，属于非极性键，B正确；碳纳
米管是碳单质，为纯净物，不是胶体，C错误；石墨烯的电阻率低，热导
率高，具有很高的强度，可用于制造超级电容器、电池等，D正确。
√
考点三　化学品的合理使用
1. 合理施用化肥
（1）综合考虑因素：土壤酸碱性、作物营养状况、化肥本身性质。
（2）过量施肥危害：造成水体富营养化，产生 等污染现象；不
合理施用化肥还会影响土壤的酸碱性和土壤结构。
水华　
①破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生抗药性。
②引起传粉昆虫的大量死亡。
③造成土壤和作物的农药残留超标。
④造成大气、地表水和地下水的污染。
2. 合理施用农药
（1）农药的发展方向：高效、 、低残留。
（2）农药对生态系统和自然环境的影响
低毒　
3. 合理用药
（1）药物的分类
按照来源 分为天然药物与合成药物
按照作用 分为抗酸药、解热镇痛药、抗生素、合成抗菌药、安眠
药、镇静药、止泻药等
（2）阿司匹林
①阿司匹林的化学名称为 ，具有解热镇痛作用。
乙酰水杨酸　
＋ ＋CH3COOH
　 水杨酸　　　　　　 乙酸酐 乙酰水杨酸
【注意】 长期大量服用阿司匹林会导致胃痛、头痛、眩晕、恶心等不
适症状。
②以水杨酸为原料制取阿司匹林的化学方程式为
4. 安全使用食品添加剂
（1）食品添加剂分类
按照来源 分为天然和人工合成
按照功能 分为着色剂、防腐剂、抗氧化剂等
（2）常见食品添加剂
着色剂 β-胡萝卜素
增味剂 味精
膨松剂 NH4HCO3、NaHCO3
凝固剂 盐卤
防腐剂 苯甲酸及其钠盐
抗氧化剂 维生素C
营养强化剂 碘酸钾
　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）为了人体健康应禁止使用食品添加剂。 （　×　）
（2）虽然药物能治病，但大部分药物有毒副作用。 （　√　）
（3）多食用增味剂和营养强化剂对人体的健康有益。 （　×　）
（4）在食品包装袋里加一小包还原铁粉是为了防止食品被氧化。
（　√　）
（5）亚硝酸钠是一种食品防腐剂，有一定毒性和氧化性，如误食，可服
用维生素C解毒。 （　√　）
×
√
×
√
√
1. 下列关于施用化肥、农药的描述中正确的是（　　）
A. 高温多雨时比较适合施用钾肥
B. 长期施用硫酸铵会造成土壤板结
C. 石灰硫黄合剂必须与硫酸混合后才能施用
D. 硝酸铵是一种高效氮肥，可直接施用
解析： 　高温多雨时施用化肥易使肥料分解损失或随雨水流失，A错误；
石灰硫黄合剂中加硫酸会因石灰、硫酸间发生化学反应而失去相应的功
效，C错误；硝酸铵受热或经撞击易发生爆炸，必须改性处理后才能施
用，D错误。
√
2. 药物是人类抵御疾病的重要武器之一。下列有关药物的说法不正确的是
（　　）
A. “胃得乐”（主要成分为碳酸镁）是一种抗酸药
B. 鸦片、吗啡、海洛因等这些物质属于毒品
C. 青霉素能抑制细菌细胞壁的生长，致使细菌因细胞破裂而死亡
D. “阿司匹林”是一种重要的抗生素
解析： 　阿司匹林不是抗生素，是常用的解热、镇痛和消炎药。
√
3. （2024·张家口模拟）食品添加剂是指为改善食品的品质和色、香、
味，以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物
质。下列说法错误的是（　　）
A. 天然的食品添加剂多数对人体无害，人工合成的食品添加剂需控制用
量
B. 碳酸氢钠、碳酸氢铵等可以作馒头、面包等食品的膨松剂
C. 抗坏血酸（即维生素C）是水果罐头中常用的抗氧化剂
D. 用盐卤和豆浆作用制取豆腐，是利用了蛋白质胶体的丁达尔效应
解析： 　胶体中加电解质溶液会发生聚沉，豆浆属于胶体，向豆浆中加
入盐卤可制作豆腐，利用了胶体聚沉的性质，D错误。
√
教考衔接 3
粗硅的制备与提纯
　
【考题】 （2023·湖北高考3题）工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅
下列说法错误的是（　　）
A. 制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2C Si＋2CO↑
B. 1 mol Si含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023
C. 原料气HCl和H2应充分去除水和氧气
D. 生成SiHCl3的反应为熵减过程
√
解析：石英砂（SiO2）和焦炭在高温下反应生成Si和CO，A正确；Si晶体
中每个Si原子与4个Si原子成键，平均1个Si原子形成2个Si—Si键，故1 mol
Si所含Si—Si键的数目为2×6.02×1023，B错误；SiHCl3易水解，氢气中混
有氧气可能会发生爆炸，故原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C正确；
Si（s）＋3HCl（g） SiHCl3（g）＋H2（g）为气体分子数减小的反
应，为熵减反应，D正确。
【教材】 （人教版必修第二册　第五章　第三节　资料卡片　高纯硅
的制备）
　　工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98％左右的粗硅，再以其
为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷（SiHCl3），再经
氢气还原得到高纯硅。
图5－23　工业制备高纯硅的原理示意图
　现代信息技术是建立在半导体材料基础上的，硅是常温下性质稳定的半
导体材料，主要用于制造芯片和太阳能电池。因此高纯硅的制备是现代信
息产业的核心，也是当前高考命题紧跟时代科技前沿的重要方向。工业制
高纯硅的工艺流程如下：
②Si＋3HCl SiHCl3＋H2
③SiHCl3＋H2 Si＋3HCl
（1）上述工艺流程中的三个主要反应
①SiO2＋2C Si＋2CO↑（生成的气体是CO而不是CO2）
（2）SiHCl3中H、Si、Cl元素的电负性分别是2.1、1.8、3.0，故Si元素的
化合价是＋4价而不是＋2价。
（3）SiHCl3易水解，“去除水”时要考虑SiHCl3的水解。
1. （2024·大连模拟）高纯度单晶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”。这种材料可
以按下列方法制备：
下列说法正确的是（　　）
A. 步骤①中X是CO2
B. 二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C. 二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D. SiHCl3易水解， 遇水可生成H2
√
解析： 　高温条件下，C能将CO2还原为CO，故步骤①中X是CO，该反
应原理为SiO2＋2C Si＋2CO↑，A错误；SiO2是酸性氧化物，但不能
与水反应生成硅酸，B错误；硅也能与氢氟酸反应，反应的化学方程式为
Si＋4HF SiF4↑＋2H2↑，C错误；已知电负性：Cl＞H＞Si，故SiHCl3中
Si为＋4价，H为－1价，Cl为－1价，故SiHCl3易水解，遇水可生成H2，反
应的化学方程式为SiHCl3＋3H2O H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑，D正确。
2. （2024·连云港模拟）实验室用H2还原SiHCl3（沸点：31.85 ℃）制备高
纯硅的装置如图所示（夹持装置和尾气处理装置略去），下列说法正确的
是（　　）
A. 装置Ⅱ中盛装的是浓硫酸，装置Ⅲ烧杯中盛装的是冰水
B. 实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C. 为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧
水、硫氰化钾溶液
D. 该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应
制备NH3
√
解析： 　本题制备高纯硅，反应H2＋SiHCl3 Si＋3HCl应在装置Ⅳ
中进行，装置Ⅰ的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，会对后续实验产生
干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛
放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，因此烧杯中盛装的是热水，
A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危
险，B错误；硅单质不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被H2O2
氧化成Fe3＋，Fe3＋与KSCN溶液反应，溶液变为红色，可以鉴定是否含有
铁单质，C正确；用稀NaOH溶液制备NH3，需要加热，装置Ⅰ中没有加热装
置，因此不能用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备NH3，D错误。
真题·体验品悟
感悟高考，明确方向
1. 判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）（2024·河北高考）透雕白玉璧主要成分是硅酸盐。 （　√　）
（2）（2024·湖北高考）黏土高温烧结制陶瓷的过程中形成新的化学键。
（　√　）
（3）（2024·新课标卷）大理石可用于制砚台，主要成分为硅酸盐。
（　×　）
（4）（2024·全国甲卷）用氢氟酸刻蚀玻璃：Si ＋4F－＋6H＋
SiF4↑＋3H2O。 （　×　）
（5）（2024·浙江6月选考）制作水果罐头时加入抗氧化剂维生素C，可延
长保质期。 （　√　）
√
√
×
×
√
（6）（2024·浙江6月选考）石墨呈层状结构，层间以范德华力结合，因此
石墨可用作润滑剂。 （　√　）
（7）（2024·广东高考）制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料。
（　√　）
（8）（2024·广东高考）基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英
的成分为SiC。 （　×　）
√
√
×
2. 判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）（2023·天津高考）SiO2可用于制造光导纤维。 （　√　）
（2）（2023·海南高考）规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度，保持食
品营养价值。 （　√　）
（3）（2023·全国乙卷）碳元素形成的单质只有4种同素异形体。
（　×　）
（4）（2023·辽宁高考）工业制粗硅：SiO2＋2C Si＋2CO↑。
（　√　）
√
√
×
√
（5）（2023·广东高考）千家万户通光纤，光纤的主要材质是Si。
（　×　）
×
（6）（2023·浙江1月选考）SiO2属于耐高温的酸性氧化物。 （　√　）
√
（7）（2023·全国甲卷）苯甲酸可作为食品防腐剂是由于其具有酸性。
（　　×）
×
3. （2023·广东高考1题）“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要
由硅酸盐材料制成的是（　　）
A. 九霄环佩 木古琴 B. 裴李岗 文化骨笛 C. 商朝后期陶埙 D. 曾侯乙
青铜编钟
√
解析： 　九霄环佩木古琴主要由木材、动物筋制得，A错误；裴李岗
文化骨笛由动物骨骼构成，B错误；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制
成，D错误。
4. （2024·山东高考2题）化学品在食品工业中也有重要应用，下列说法错
误的是（　　）
A. 活性炭可用作食品脱色剂
B. 铁粉可用作食品脱氧剂
C. 谷氨酸钠可用作食品增味剂
D. 五氧化二磷可用作食品干燥剂
解析： 　P2O5吸水后的产物有毒，不能用作食品干燥剂。
√
5. （2023·北京高考1题）中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是
碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是（　　）
A. 三种物质中均有碳碳原子间的σ键
B. 三种物质中的碳原子都是sp3杂化
C. 三种物质的晶体类型相同
D. 三种物质均能导电
√
解析： 　A项，原子间优先形成σ键，三种物质中均存在σ键，正确；B
项，金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化，石墨中所有碳原子均采用sp2杂
化，石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂
化，错误；C项，金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合型
晶体，错误；D项，金刚石中没有自由移动的电子，不能导电，错误。
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一、选择题（本题包括10小题，每小题只有一个选项符合题意）
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1. （2024·广州模拟）“葡萄美酒夜光杯”，酒具体现了历史进展。下列
酒具中，主要由硅酸盐材料制成的是（　　）
A. 清代彩绘龙纹蓝瓷壶 B. 犀角雕玉兰花果纹杯
C. 斫木云纹漆耳杯 D. 青铜兽面纹爵
√
解析： 　陶瓷的主要成分是硅酸盐，A正确；犀角的主要成分属于蛋
白质，B错误；斫木的主要成分属于纤维素，C错误；青铜属于合金，
D错误。
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2. （2024·成都模拟）二氧化硅（SiO2）又称硅石，是制备硅及其化合物
的重要原料。下列说法正确的是（　　）
A. 硅在自然界中主要以单质形式存在
B. 北斗导航系统所用芯片的主要成分是SiO2
C. 利用SiO2与NaOH溶液反应可制取“水玻璃”
D. 在硅酸盐中，每个硅原子周围结合2个氧原子
解析： 　硅在自然界中以化合物形式存在，没有硅单质，A错误；北斗导
航系统所含芯片的主要成分是晶体硅，B错误；“水玻璃”是硅酸钠的水
溶液，可以利用SiO2与NaOH溶液反应获得，C正确；在硅酸盐中，每个硅
原子周围结合4个氧原子，构成了硅氧四面体结构，D错误。
√
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3. （2024·宜宾模拟）工业上用焦炭还原石英砂可以制粗硅（含碳化
硅），再进一步制备高纯度硅。下列说法正确的是（　　）
A. 制粗硅的化学方程式为C＋SiO2 Si＋CO2↑
B. 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用作光导纤维
C. 石英砂的成分是SiO2，可用作太阳能电池
D. 碳化硅具有类似金刚石的结构，可用作耐高温材料
√
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解析： 二氧化硅与焦炭在高温条件下反应，化学方程式为2C＋
SiO2 Si＋2CO↑，A错误；晶体硅常用作半导体材料，B错误；石英
砂的成分是SiO2，可用作光导纤维，C错误；碳化硅具有类似金刚石的结
构，硬度大，熔点高，可用作耐高温材料，D正确。
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4. （2024·绵阳模拟）化学与生活、生产和人类社会的发展密不可分。下
列说法不正确的是（　　）
A. 果汁饮料中可以添加适量苯甲酸钠，它是一种抗氧化剂
B. 阿司匹林化学名称为乙酰水杨酸，具有解热镇痛作用
C. 硝酸铵是一种高效氮肥，受热易爆炸，需改性后才能施用
D. 味精能增加食品的鲜味，是一种常用的增味剂，其主要成分为谷氨酸钠
√
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解析： 　苯甲酸钠是一种防腐剂，A错误；乙酰水杨酸（化学式为
C9H8O4）也叫阿司匹林，具有解热镇痛作用，B正确；硝酸铵是一种高效
氮肥，受热易爆炸，需改性后才能施用，C正确；味精主要成分为谷氨酸
钠，是一种增味剂，D正确。
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5. 新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研
究的国际热点课题。其结构模型如图所示：
下列有关说法正确的是（　　）
A. 石墨烯是一种新型化合物 B. 氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C. 二者和石墨都是碳的同素异形体 D. 氧化石墨烯具有一定的亲水性
√
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解析： 　石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石
墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构
中含有的羟基和羧基为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
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　　（2024·无锡模拟）传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如陶瓷、
玻璃和水泥等；随着科学技术的发展，一系列新型无机非金属材料相继问
世，其中有一些是高纯度的含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅等，具
有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料；还有一些含有
碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。完成下
列6～8题。
6. 用石英砂制粗硅的反应为SiO2＋2C Si（粗）＋2CO↑，下列说法正
确的是（　　）
A. CO在反应中是还原产物
B. SiO2、CO均为酸性氧化物
C. 14C原子中的电子数为8
D. 该反应每生成28 g硅，转移4 mol电子
√
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解析： 　CO为氧化产物，A错误；CO为不成盐氧化物，B错误；C为6号
元素，核外电子数为6，C错误；由反应可知，每生成1 mol Si即28 g，转移
4 mol电子，D正确。
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7. 下列物质性质与用途具有对应关系的是（　　）
A. 晶体硅熔点高，可用于制作半导体材料
B. SiO2硬度大，可用于制作光导纤维
C. 碳化硅硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料
D. 硅酸钠耐热性好，它的水溶液常用作黏合剂
解析： 　晶体硅用于制作半导体材料，与熔点高无关，A错误；SiO2具有
良好的导光性能，常用于制作光导纤维，与硬度大无关，B错误；碳化硅
硬度大，常用作砂纸、砂轮的磨料，C正确；硅酸钠溶液具有良好的黏结
性，常用作黏合剂，与耐热性好无关，D错误。
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8. 下列选项所示的物质间转化不能实现的是（　　）
A. SiO2 H2SiO3 B. SiO2 Na2SiO3
C. H2SiO3 Na2SiO3 D. Na2SiO3溶液 H2SiO3
解析： 　SiO2不溶于水，不与水反应，A符合题意；SiO2与NaOH反应生
成Na2SiO3，B不符合题意；H2SiO3可以与NaOH反应生成Na2SiO3，C不符
合题意；Na2SiO3溶液与CO2反应生成H2SiO3，D不符合题意。
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9. （2024·长治模拟）在现代食品工业中，食品添加剂的使用满足了人们
对食品多样化的需求。某糕点的配料表如下：
产品名称：华夫饼
加工方式：热加工
配料：鲜鸡蛋、小麦粉、白砂糖、植物油、黄油、食品添加剂（甘油、β-
胡萝卜素、碳酸氢钠等）、食用盐、食用香料
下列有关判断正确的是（　　）
A. 碳酸氢钠属于增味剂 B. β-胡萝卜素是一种防腐剂
C. 乙酸乙酯可用作食品中的香料 D. 食品添加剂均为人工合成的物质
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解析： 　碳酸氢钠属于膨松剂，使生产的食品松软，A错误；β-胡萝卜素
属于着色剂，可以改善食品色泽，B错误；乙酸乙酯具有芳香气味，可用
作食品中的香料，C正确；食品添加剂按照来源可以分为天然和人工合成
两大类，因此食品添加剂不一定是人工合成的物质，D错误。
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10. （2023·福州质检）H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错
误的是（　　）
A. 合成1反应中H2作氧化剂
C. 上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
D. 净化、热解SiH4中生成的多晶硅为还原产物
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解析： 　合成1中，发生反应Na＋Al＋2H2 NaAlH4，NaAlH4中H为－
1价，则H的化合价由0价降为－1价，H2为氧化剂，A正确；合成2中，反
应物为NaAlH4、SiF4，生成物有SiH4，由原子守恒可知，另一种生成物为
NaAlF4，则反应为NaAlH4＋SiF4 SiH4＋NaAlF4，B正确；合成3中，
NaAlF4与硫酸反应生成HF，HF与SiO2反应生成SiF4，不能说明SiO2可溶于
H2SO4，C错误；SiH4中H为－1价，Si为＋4价，SiH4热解生成的多晶硅是
还原产物，D正确。
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二、非选择题（本题包括2小题）
11. 硅单质及其化合物应用广泛。请回答下列问题：
（1）硅作为芯片的材料之一，其中硅元素位于周期表的第 周期
第 族。
解析： 硅元素位于周期表的第三周期第ⅣA族。
三　
ⅣA　
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（2）硅可作半导体材料的最主要原因是 （填字母）。
A. 硅元素在地壳中含量巨大，仅次于氧元素
B. 硅元素位于周期表的金属与非金属的分界线附近
C. 硅单质性质稳定，无毒无害
D. 硅单质提纯技术成熟，制作成本较低
B　
解析： 硅在地壳中含量高不是作半导体材料的主要原因，A错误；硅
元素位于周期表的金属与非金属的分界线附近，兼具金属与非金属的性
质，导电性介于导体和绝缘体之间，可作半导体材料，B正确；硅单质性
质稳定不是作半导体材料的主要原因，C错误；硅单质制作成本较低不是
作半导体材料的主要原因，D错误。
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解析： SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2和NaOH溶液反应生成的硅
酸钠是矿物胶，能把瓶口和瓶塞黏结在一起，反应的化学方程式为SiO2＋
2NaOH Na2SiO3＋H2O。
2NaOH＋SiO2 Na2SiO3＋H2O
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（4）沙子可用作建筑材料和制玻璃的原料，下列说法不正确的是
（填字母）。
A. SiO2能与水反应
B. SiO2在一定条件下能与氧化钙反应
C. SiO2是制作光导纤维的主要原料
D. SiO2能与稀硫酸反应
解析： SiO2不能与水反应，A错误；SiO2在高温条件下能与氧化钙反
应生成硅酸钙，B正确；SiO2是制作光导纤维的主要原料，C正确；SiO2不
能与稀硫酸反应，D错误。
AD　
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（5）硅单质可作为硅半导体材料。三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制
备高纯硅的主要方法，生产过程如图：
石英砂 粗硅 SiHCl3（粗） SiHCl3（纯） 高纯硅
写出制粗硅的化学方程式 。
解析： 石英砂的主要成分是二氧化硅，与焦炭反应生成硅和CO，化
学方程式为2C＋SiO2 2CO↑＋Si。
SiO2＋2C　 Si＋2CO↑　
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12. （2023·山东高考18题节选）三氯甲硅烷（SiHCl3）是制取高纯硅的重
要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，易水
解。实验室根据反应Si＋3HCl SiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3
粗品（加热及夹持装置略）。回答下列问题：
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制备SiHCl3时进行操作：（ⅰ）检查装置气密性；（ⅱ）将盛有硅粉的
瓷舟置于管式炉中；（ⅲ）通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热
开始反应。
（1）已知电负性：Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方
程式为 。
SiHCl3＋5NaOH Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O
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解析：氯化氢气体通入浓硫酸干燥后，在管式炉中和硅在高温下反应，生
成三氯甲硅烷和氢气，由于三氯甲硅烷沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5
℃，在球形冷凝管中可冷却成液态，在装置C中收集起来，氢气则通过D装
置排出，同时D可处理多余的氯化氢气体。（1）已知电负性：Cl＞H＞
Si，则SiHCl3中氯元素的化合价为－1价，H元素的化合价为－1价，硅元素
化合价为＋4价，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，发生氧化还原反应，
得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为SiHCl3＋5NaOH Na2SiO3
＋3NaCl＋H2↑＋2H2O。
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（2）采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。

AC　
×100％　
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解析：氯化氢气体通入浓硫酸干燥后，在管式炉中和硅在高温下反应，生
成三氯甲硅烷和氢气，由于三氯甲硅烷沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5
℃，在球形冷凝管中可冷却成液态，在装置C中收集起来，氢气则通过D装
置排出，同时D可处理多余的氯化氢气体。（2）m1 g样品经水解、干燥等
预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干燥器中冷却后，称量，所
用仪器包括坩埚和干燥器，所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2 g，则
二氧化硅的物质的量为n（SiO2）＝ mol，样品纯度为
×100％＝ ×100％。
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THANKS
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