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第11讲 无机非金属材料（解析版）
1．掌握C、Si单质及其重要化合物的制备方法、性质和用途。
2．掌握传统无机非金属材料的组成、性能及用途。
3．掌握新型无机非金属材料的性能及用途。
考点一：碳及其重要化合物
1.碳单质
种类 主要有金刚石、石墨、C60、富勒烯等
结构 金刚石：正四面体空间网状结构；石墨：平面正六边层状结构
物理性质 金刚石：熔点高，硬度大、不导电；石墨：熔点高，质软、有滑腻感，能导电
化学性质 与O2反应 O2充足时： O2不足时：
与氧化物反应 CuO： SiO2： H2O：
与强氧化性酸反应 浓硫酸：
用途 金刚石：用作切削刀具、装饰品等；作电极、高温润滑剂、铅笔芯等
2.一氧化碳和二氧化碳
物质 CO CO2
物理性质 无色气体、有毒、难溶于水 无色无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰
化学性质 还原性： 酸性氧化物的通性：CO2+H2OH2CO3； CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O 氧化性： ；
【拓展】检验CO2中是否存在CO的装置及作用
各装置的作用是：
A——除去混合气体中的CO2
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——干燥气体
D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2
E——安全瓶，防倒吸
F——验证CO的氧化产物CO2
G——除去尾气中的CO，防止污染环境
确定混合气体中含有CO的实验现象是：
D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。
【典例1】通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品(如图所示)，是一种较为理想的减排方式，下列说法中正确的是(　　)
A．CO2经催化分解为C、CO、O2的反应为放热反应
B．除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法
C．过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理相同
D．由CO2和H2合成甲醇，原子利用率达100%
答案：B
解析：该反应应为吸热反应，A错误；碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，因此除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法，B正确；过氧化尿素使品红溶液褪色是利用它的强氧化性，而二氧化硫使品红溶液褪色是利用它与品红化合生成不稳定的无色物质，原理不相同，C错误；由碳氧原子个数比可知，二氧化碳与氢气合成甲醇的原子利用率不是100%，D错误。
【典例2】(2022·安徽省淮北模拟)有以下六种饱和溶液①CaCl2；②Ca(OH)2；③Na2SiO3；④Na2CO3；⑤NaAlO2；⑥NH3和NaCl。分别持续通入CO2，最终不会得到沉淀或析出晶体的是(　　)
A．①② B．③⑤
C．①⑥ D．④⑥
答案：A　
解析：①碳酸比盐酸酸性弱，CO2与CaCl2溶液不会反应，无沉淀生成，故①正确；②酸性氧化物能与碱反应，过量的CO2与Ca(OH)2反应：Ca(OH)2＋2CO2===Ca(HCO3)2，无沉淀生成，故②正确；③碳酸比硅酸酸性强，过量的CO2与Na2SiO3溶液反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓，产生硅酸沉淀，故③错误；④过量的CO2通入饱和Na2CO3溶液中发生反应：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，因为相同温度下碳酸氢钠溶解度比碳酸钠小，所以有NaHCO3晶体析出，故④错误；⑤NaAlO2溶液通入过量的二氧化碳，由于碳酸酸性比氢氧化铝强，所以生成氢氧化铝白色沉淀和碳酸氢钠，2H2O＋NaAlO2＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，故⑤错误；⑥通入CO2与NH3和NaCl反应生成氯化铵和碳酸氢钠，碳酸氢钠的溶解度较小，则最终析出碳酸氢钠晶体，故⑥错误；故选A。
3.碳酸(H2CO3)
弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。
4．碳酸的正盐和酸式盐的比较
正盐(CO) 酸式盐(HCO)
溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶
热稳定性 正盐>酸式盐>碳酸
溶液pH 同浓度的：正盐>酸式盐
相互转化 COHCO
5．草酸、草酸盐的性质
(1)草酸的性质
草酸的化学式为H2C2O4，草酸晶体的化学式为H2C2O4·2H2O。
①弱酸性：草酸为二元弱酸，酸性比醋酸的酸性强，电离方程式为H2C2O4??H＋＋HC2O。
②还原性：H2C2O4中C元素的化合价为＋3价，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。
③不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H2C2O4·2H2O CO↑＋CO2↑＋3H2O。
(2)草酸盐的性质
①(NH4)2C2O4溶于水，加热分解，由氨水和草酸溶液反应生成。
②CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸，灼烧时转变成碳酸钙或氧化钙。
③MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵反应而得到，加热分解可得到对应金属氧化物。
考点二：硅及其重要化合物
1.硅
(1)物理性质：晶体硅呈灰黑色、有金属光泽，导电性介于导体与绝缘体之间，熔、沸点高
(2)化学性质：
与氢氟酸反应：。
与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===。
与O2反应：。
(3)硅的制备
石英砂粗硅SiCl4高纯硅
反应①：。
反应②：。
反应③：。
(4)硅的用途：半导体材料，太阳能电池、计算机芯片等。
2.二氧化硅
二氧化硅
存在 二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙中
晶体类型 原子晶体
结构 空间立体网状结构，不存在单个分子
物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
化学性质 ①与水反应　 不反应
②与酸反应　 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
③与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
④与盐反应 如与Na2CO3反应：
⑤与碱性氧化物反应 如与CaO反应：
用途 光导纤维、光学仪器、电子部件
【典例1】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”。它可以按下列方法制备：
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
下列说法不正确的是(　　)
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．步骤①②③中每生成或反应1 mol Si，转移4 mol电子
C．硅和二氧化硅能与氢氟酸反应
D．SiHCl3(沸点为33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点为67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
答案：B
解析：A项，步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，正确；B项，步骤②③中每生成或反应1 mol Si，转移2 mol电子，错误；C项，硅和二氧化硅都能与氢氟酸反应，正确；D项，SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3，正确。
【典例2】由下列实验事实得出的结论正确的是(　　)
A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐
B．由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性强于硅
C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3
D．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
答案：C
【典例3】晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：
①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2；
②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。
回答相关问题：
(1)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5 ℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方法为__________________。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：
①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是__________________。
②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是____________________________________。
答案：(1)蒸馏　(2)①排出装置内的空气，以防爆炸　②水浴加热
3.硅酸及硅酸盐
(1)硅酸的性质与用途
(2)硅酸盐
①定义：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
②表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，常用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
③硅酸钠(Na2SiO3)
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。
与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与 CO2 水溶液反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
【典例4】水玻璃(Na2SiO3的水溶液)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了改变
D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
答案：A
考点三：无机非金属材料
1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
水泥 玻璃 陶瓷
生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英砂 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
①水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。
混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
②玻璃
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。
③陶瓷
陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。
④特殊功能的含硅物质
(1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。
(2)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。
2.新型无机非金属材料
①以硅为主体的硅芯片、硅太阳能电池。
②以二氧化硅为主体的光导纤维。
③新型陶瓷：新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
高温结构陶瓷(碳化硅、氮化硅)；压电陶瓷(钛酸盐和锆酸盐)；透明陶瓷(氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙)；超导陶瓷等。
材料类型 主要特性 示例 用途
高温结构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅与某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等
压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、声纳探伤器、点火器等
透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 可用于电力、交通、医疗等领域
④碳纳米材料：一类新型的无机非金属材料，包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
结构特点 应用
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物C60开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、电池和传感器
石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面
3．常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料
无机非金属材料 金属材料 复合材料
传统无机非金属材料和新型无机非金属材料(高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、光导纤维、富勒烯、碳纳米管、石墨烯) 黑色金属材料(钢铁)；有色金属材料(金、银、铜及其合金) 生产生活中的复合材料(玻璃钢：玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维：碳纤维增强树脂基复合材料)；航空航天中的复合材料(飞机、火箭：纤维增强金属基复合材料；航天飞机：纤维增强陶瓷基复合材料)
【典例1】青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　)
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol 青石棉能还原1 mol HNO3
答案：B
解析：硅酸盐指的是Si、O与其他化学元素结合而成的化合物的总称，根据青石棉的化学式可知，青石棉是一种硅酸盐产品，故A说法正确；硅酸盐中不含有SiO2，因此青石棉中不含石英晶体，故B说法错误；按照硅酸盐写成氧化物形式，青石棉的化学式组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，故C说法正确；根据C选项分析，青石棉中含有＋2价的铁，与硝酸发生氧化还原反应，根据得失电子数目守恒可知，1 mol青石棉能还原1 mol HNO3，故D说法正确。
【典例2】(2022·康定教学质量检查)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　)
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
答案：C　
解析：陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
【典例3】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
答案：D
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羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
一、选择题
1．（2022·广东·高考真题）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（ ）
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
答案：C
解析：A．鎏金饰品是用金汞合金制成的金泥涂饰器物的表面，经过烘烤，汞蒸发而金固结于器物上的一种传统工艺，其中不含硅酸盐，故A项不符合题意；
B．蒜头纹银盒中主要成分为金属银，其中不含硅酸盐，故B项不符合题意；
C．广彩瓷咖啡杯是由黏土等硅酸盐产品烧制而成，其主要成分为硅酸盐，故C项符合题意；
D．铜镀金钟座是铜和金等制得而成，其中不含硅酸盐，故D项不符合题意；
综上所述，答案为C。
2．（2022·辽宁·高考真题）北京冬奥会备受世界瞩目。下列说法错误的是（ ）
A．冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料
B．火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料
C．冬奥会“同心”金属奖牌属于合金材料
D．短道速滑服使用的超高分子量聚乙烯属于有机高分子材料
答案：B
解析：A．花岗岩的主要成分是石英、云母、长石等矿物，属于无机非金属材料，A正确；
B．碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，属于无机非金属材料，B错误；
C．金属奖牌属于合金材料，C正确；
D．聚乙烯属于有机高分子材料，D正确；
故答案选B。
3．（2022·河北·高考真题）定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是（ ）
A．传统陶瓷是典型的绝缘材料 B．陶瓷主要成分为和
C．陶瓷烧制的过程为物理变化 D．白瓷的白色是因铁含量较高
答案：A
解析：A．陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，A正确；
B．陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，C错误；
C．陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，由新物质生成，属于化学变化，C错误；
D．由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越多，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误；
故答案为：A。
4．（2022·河北·高考真题）化学是材料科学的基础。下列说法错误的是（ ）
A．制造5G芯片的氮化铝晶圆属于无机非金属材料
B．制造阻燃或防火线缆的橡胶不能由加聚反应合成
C．制造特种防护服的芳纶纤维属于有机高分子材料
D．可降解聚乳酸塑料的推广应用可减少“白色污染”
答案：B
解析：A．氮化铝是一种高温结构陶瓷，属于新型的无机非金属材料，A正确；
B．天然橡胶的单体为异戊二烯，合成橡胶的单体如顺丁烯等中均含有碳碳双键，通过加聚反应合成制得橡胶，B错误；
C．“涤纶”“锦纶”“腈纶”“丙纶”“维纶”“氯纶”“芳纶”等均为合成纤维，属于有机高分子材料，C正确；
D．可降解聚乳酸塑料的推广应用，可以减少难以降解塑料的使用，从而减少“白色污染”，D正确；
故答案为：B。
5．（2022·广东·高考真题）陈述Ⅰ和Ⅱ均正确但不具有因果关系的是（ ）
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ
A 用焦炭和石英砂制取粗硅 可制作光导纤维
B 利用海水制取溴和镁单质 可被氧化，可被还原
C 石油裂解气能使溴的溶液褪色 石油裂解可得到乙烯等不饱和烃
D 水解可生成胶体 可用作净水剂
答案：A
解析：A．焦炭具有还原性，工业上常利用焦炭与石英砂（SiO2）在高温条件下制备粗硅，这与SiO2是否做光导纤维无因果关系，故A符合题意；
B．海水中存在溴离子，可向其中通入氯气等氧化剂将其氧化为溴单质，再经过萃取蒸馏物理操作分离提纯溴单质，另外，通过富集海水中的镁离子，经过沉淀、溶解等操作得到无水氯化镁，随后电解熔融氯化镁可制备得到镁单质，陈述I和陈述II均正确，且具有因果关系，B不符合题意；
C．石油在催化剂加热条件下进行裂解可得到乙烯等不饱和烃，从而使溴的CCl4溶液褪色，陈述I和陈述II均正确，且具有因果关系，C不符合题意；
D．FeCl3溶液中铁离子可发生水解，生成具有吸附性的氢氧化铁胶体，从而可用作净水剂，陈述I和陈述II均正确，且具有因果关系，D不符合题意；
综上所述，答案为A。
6．（2022·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维
B．高压钠灯发出的黄光透雾能力强、射程远，可用于道路照明
C．氧化铝熔点高，常用于制造耐高温材料
D．用石灰石-石膏法对燃煤烟气进行脱硫，同时可得到石膏
答案：A
解析：A．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，可用于制造晶体管、集成电路等，而二氧化硅常用于制造光导纤维，A错误；
B．钠的焰色反应为黄色，可用作透雾能力强的高压钠灯，B正确；
C．耐高温材料应具有高熔点的性质，氧化铝熔点高，可用作耐高温材料，C正确；
D．石灰石的主要成分为碳酸钙，石灰石-石膏法脱硫过程中发生反应：CaCO3CaO+CO2↑，SO2+CaCO3=CaSO3+CO2，2CaSO3+O2=2CaSO4，得到了石膏，D正确；
答案选A。
7．（2021·辽宁·高考真题）下列说法错误的是（ ）
A．纯铁比生铁易生锈 B．臭氧可用于自来水消毒
C．酚醛树脂可用作绝缘、隔热材料 D．高纯硅可用于制芯片
答案：A
解析：A．由于生铁发生电化学腐蚀，而纯铁只能发生化学腐蚀，故生铁比纯铁易生锈，A错误；
B．臭氧具有强氧化性，能使蛋白质发生变性，可用于自来水消毒，B正确；
C．酚醛树脂具有空间立体网状结构，具有热固体，绝缘性，故可用作绝缘、隔热材料，C正确；
D．高纯硅是良好的半导体材料，可用于制芯片，D正确；
故答案为：A。
8．（2021·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．硅酸钠是一种难溶于水的硅酸盐 B．镁在空气中燃烧可生成氧化镁和氮化镁
C．钠与水反应生成氢氧化钠和氢气 D．常温下，铝遇浓硝酸或浓硫酸时会发生钝化
答案：A
解析：A．硅酸钠是溶于水的硅酸盐，故A错误；
B．镁在空气中燃烧时，与氧气和二氧化碳反应生成氧化镁，与氮气反应生成氮化镁，故B正确；
C．钠具有强还原性，能与冷水反应生成氢氧化钠和氢气，故C正确；
D．浓硫酸和浓硝酸具有强氧化性，铝在浓硫酸和浓硫酸中会发生钝化，阻碍反应的继续进行，故D正确；
故选A。
9．（2021·广东·高考真题）化学创造美好生活。下列生产活动中，没有运用相应化学原理的是（ ）
选项 生产活动 化学原理
A 用聚乙烯塑料制作食品保鲜膜 聚乙烯燃烧生成和
B 利用海水制取溴和镁单质 可被氧化、可被还原
C 利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品 氢氟酸可与反应
D 公园的钢铁护栏涂刷多彩防锈漆 钢铁与潮湿空气隔绝可防止腐蚀
答案：A
解析：A．聚乙烯是一种无毒的塑料，是最常见的食品包装袋材料之一，则用聚乙烯塑料制作食品包装袋与燃烧生成二氧化碳和水无关，故A符合题意；
B．溴离子具有还原性，能与氯气反应生成溴单质，镁离子具有弱氧化性，能用电解熔融氯化镁的方法制得镁，则海水制取溴和镁与单质，与溴离子可被氧化、镁离子可被还原有关，故B不符合题意；
C．氢氟酸能与二氧化硅反应，常用来刻蚀石英制作艺术品，则用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，与氢氟酸能与二氧化硅反应有关，故C不符合题意；
D．钢铁在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，在护栏上涂油漆可以隔绝钢铁与潮湿空气接触，防止钢铁腐蚀，则公园的钢铁护栏涂刷多彩油漆防锈，与隔绝钢铁与潮湿的空气防止腐蚀有关，故D不符合题意；
故选A。
一、选择题
1．（2022·广西·高三阶段练习）青釉瓷器是中国最早出现的一种瓷器，是中华文明的象征之一，下列说法错误的是（ ）
A．瓷器化学性质稳定，具有熔点高、耐腐蚀等特点
B．瓷器是应用较早的人造材料，主要化学成分是二氧化硅
C．瓷器是以黏土为主要原料，经高温烧结而成
D．高温结构陶瓷、超导陶瓷等新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有了很大变化
答案：B
解析：A．瓷器为无机非金属材料，化学性质稳定，具有熔点高、耐腐蚀等特点，A正确；
B．瓷器是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐，B错误；
C．瓷器是以黏土为主要原料，经高温烧结而成，C正确；
D．高温结构陶瓷、超导陶瓷等新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有了很大变化，具有更优良的性能，D正确。
故选B。
2．（2022·全国·高三专题练习）下列关于无机非金属材料的说法不正确的是（ ）
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
答案：B
解析：A．无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等，故A正确；
B．新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料，新型非金属材料具有以下四个特点：①承受高温，强度高，②具有光学特性，③具有电学特性，④具有生物功能，故B错误；
C．高温结构陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，故C正确；
D．传统无机非金属材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸盐，而新型无机非金属材料，如：高温结构陶瓷、光导纤维等主要成分不是硅酸盐，故D正确；
故答案选B。
3．（2022·河南·焦作市第一中学模拟预测）将足量X气体通入Y溶液中，装置如图所示，观察不到浑浊现象的是（ ）
选项 A B C D
X
Y
答案：B
解析：A．氨气和硫酸铝反应生成氢氧化铝白色沉淀，A不符合题意；
B．二氧化碳和氯化钡不反应，不能生成沉淀，B符合题意；
C．二氧化硫和硅酸钠生成硅酸沉淀，C不符合题意；
D．氯化氢和硝酸银生成氯化银沉淀，D不符合题意；
故选B。
4．（2022·重庆南开中学高三阶段练习）化学让生活更美好。以下说法错误的是（ ）
A．用合成淀粉，有利于实现碳达峰、碳中和的战略
B．2022年北京冬奥会火炬的燃料是丙烷，属于清洁能源
C．Ge的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池
D．我国首次实现“仿生递送”治疗白血病，是碱性氧化物
答案：D
解析：A．由CO2合成淀粉可以消耗二氧化碳，有利于实现碳达峰、碳中和的战略，故A正确；
B． 丙烷燃烧产物为CO2、H2O，属于清洁能源，故B正确；
C．Ge为半导体材料，性质类似于晶体硅，可作为光电转换材料用于太阳能电池，故C正确；
D．As2O3与氢氧化钠反应生成盐和水，属于酸性氧化物，故D错误；
答案选D。
5．（2022·甘肃张掖·高三阶段练习）George A．Olah教授和其合作者使用Ru-PNP pincer络合物作催化剂，用五乙烯六胺(PEHA)多聚物来捕获二氧化碳，可以直接将空气中二氧化碳转化为甲醇，反应可能的过程如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．甲醇可作为车用燃料
B．总反应方程式为
C．循环过程中催化剂参与中间反应
D．反应过程中只有极性键的断裂和形成
答案：D
解析：A．甲醇具有可燃性，且燃烧时能放出大量的热，成本较低，所以可作为车用燃料，A正确；
B．将循环过程中的各反应方程式加和，或不考虑循环使用的物质，直接考虑加入和产生的物质，可得出总反应方程式为，B正确；
C．循环过程中，催化剂首先与CO2反应，中间产物再与H2反应，在反应过程中生成H2O和CH3OH，所以催化剂参与中间反应，C正确；
D．反应过程中，既有极性键的断裂和形成，也有非极性键的断裂(如H2)，D不正确；
故选D。
6．（2022·福建泉州·高三阶段练习）化学与生活密切相关。以下说法不正确的是（ ）
A．德化瓷器主要生产原料是黏土，属于硅酸盐
B．使用含氟牙膏能预防龋齿，发生了沉淀转化
C．明矾用作净水剂时发生了氧化还原反应
D．泡沫灭火器内盛有NaHCO3、Al2(SO4)3两种溶液
答案：C
解析：A．黏土的主要成分属于硅酸盐，A正确；
B．含氟牙膏可预防龋齿原理是氟离子与羟基磷灰石反应生成氟磷灰石，氟磷灰石比羟基磷灰石更难溶，即发生了沉淀的转化反应，B正确；
C．明矾用作净水剂是由于明矾溶于水，Al3+发生了水解反应产生了氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体吸附净水，而盐的水解反应过程中元素化合价不变，因此不属于氧化还原反应，C错误；
D．NaHCO3是强碱弱酸盐，水解使溶液显碱性，盛放在外筒；Al2(SO4)3是强酸弱碱盐，水解使溶液显酸性，盛放在内筒，当使用时，二者混合，盐的水解相互促进，产生CO2气体、Al(OH)3沉淀从灭火器里喷出，覆盖在着火物质上，起到隔绝空气的作用，水汽化吸收热量，可以降低温度，低于物质的着火点，从而可以达到灭火作用，故泡沫灭火器内盛有NaHCO3、Al2(SO4)3两种溶液，D正确；
7．（2022·重庆巴蜀中学高三阶段练习）下列化学工艺不符合工业生产实际的是（ ）
A．浓缩海水Mg( OH)2MgCl2溶液MgCl2Mg
B．石英砂粗硅SiCl4高纯硅
C．MnO2Cl2漂白液
D．饱和食盐水NaHCO3Na2CO3
答案：C
解析：A．浓缩海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2Mg，此化学工艺符合工业生产实际，A正确；
B．石英砂的主要成分是SiO2，发生的反应依次为，，，B正确；
C．二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气，是实验室制备氯气的方法，不是工业制备氯气的方法，故不符合工业生产实际，C错误；
D．饱和食盐水NaHCO3Na2CO3，此化学工艺符合工业生产实际，D正确；
故答案选C。
8．（2022·全国·高三专题练习）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”。可以按下列方法制备：
SiO2Si(粗) SiHCl3Si(纯)
下列说法不正确的是（ ）
A．步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑
B．步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子
C．高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料
D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏可提纯SiHCl3
答案：A
解析：A．二氧化硅在高温下与C反应生成CO气体，即步骤①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，故A错误；
B．步骤①中Si的化合价降低4价，故每生成1 mol Si，转移电子数为4 mol，故B正确；
C．高纯硅是半导体，是制造集成电路、太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料，故C正确；
D．沸点相差30 ℃以上的两种互溶液体可以采用蒸馏的方法分离，故D正确；
故答案选A。
二、填空题
9．（2022·全国·模拟预测）碳化物衍生碳以其独特的性能被广泛应用在超级电容器、催化剂载体等方面。常用氯气刻蚀法制备，该方法通过高温氯化2小时在SiC表面制备碳涂层。其方法如下：
(1)装置B所盛物质为___________，其作用是_____________________________。
(2)仪器C的名称是___________，所盛物质为___________。
(3)圆底烧瓶A中为二氧化锰，发生的化学方程式为_____________________________；实验温度为40℃，加热方式是___________，主要目的是_____________________________。
(4)高温环境为氩气与氯气混合气氛，随着温度的升高，氯气与SiC反应，将Si原子从SiC中刻蚀掉形成碳层，反应方程式为_____________________________。
(5)如果温度超过1175℃，涂层上的碳结构发生如下变化：碳→骨架碳→非晶碳→石墨碳，则碳涂层硬度会_________________(填“逐渐变高”或“逐渐变低”)。
(6)装置F盛有NaOH溶液用于除气和回收氩气，其生成的盐除了NaCl，还有两种类别不同的含氧酸钠盐___________(填化学式)。
答案：(1) 饱和食盐水 除去HCl气体
(2) U形管 P2O5
(3) MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O 温水浴 控制并降低氯气生成速率
(4)SiC+2Cl2C+SiCl4
(5)逐渐变低
(6)NaClO、Na2SiO3
解析：本实验需要用氯气刻蚀，在SiC表面制备碳涂层，所以装置A应是利用浓盐酸和二氧化锰共热反应制备氯气，装置B中盛放饱和食盐水除去氯气中混有的HCl气体，装置C对氯气进行干燥，然后和氩气混合通入装置B中进行反应，装置F中盛放NaOH溶液吸收尾气。
（1）生成的氯气中会混有挥发出来的HCl气体，需在装置B中盛放饱和食盐水除去HCl；
（2）根据仪器C的结构特点可知其为U形管，用来盛放固体干燥剂干燥氯气，氯气会和碱石灰反应，所以可以用P2O5进行干燥；
（3）装置A中利用浓盐酸和二氧化锰共热反应制备氯气，化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O；所需温度低于水的沸点，所以可以采用温水浴加热，以便控制并降低氯气生成速率；
（4）根据题意可知Cl2会氧化SiC中的C元素生成C单质，根据原子守恒和氧化还原反应的规律可知，还应有SiCl4生成，化学方程式为SiC+2Cl2C+SiCl4；
（5）石墨的硬度较小，所以碳涂层硬度会逐渐变低；
（6）未反应的氯气会和NaOH溶液反应生成NaCl和NaClO，SiCl4在碱性环境中水解会得到NaCl和Na2SiO3，所以含氧酸钠盐为NaClO、Na2SiO3。
10．（2022·山东·新泰市第一中学二模）天空课堂第二课中航天员展示了金属锆(40Zr)在无容器实验柜中从液体变成固体时的“再辉”现象。以锆英石(主要成分是ZrSiO4，还含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质)为原料生产锆的流程如图所示：
已知：常温下，ZrCl4是白色固体， 604K升华，遇水强烈水解：ZrCl4+9H2O=ZrOCl2·8H2O+2HCl，在浓盐酸中会析出ZrOCl2·8H2O沉淀。请回答下列问题：
(1)“高温气化”中可发生多个反应，写出发生的主要反应的化学方程式是______________________。
(2)分馏过程中，为防止产品变质，过程中一定需要注意的是___________________。液体a的电子式是_______。
(3)实验室中洗涤ZrOCl2·8H2O沉淀操作是_________________________。
(4)“还原”中氧化剂是_____________(填化学式)。
(5)由于锆铪(Hf)矿石共生，这样制得的锆中常含有少量的铪，需要进一步分离提纯。
第一步：溶解分离
将样品溶于氢氟酸后再加入一定量KOH溶液，锆和铪均以[MF6]2-存在。
①已知在水中K2HfF6比K2ZrF6的溶解度大，且K2ZrF6的溶解度随温度的升高而增大，可以利用___________________方法进行分离。
②离子交换法：利用强碱型酚醛树脂R-N(CH3)Cl-阴离子交换剂进行交换分离，原理是：2RN(CH3)3Cl+K2ZrF6= [RN(CH3)3]ZrF6+2 KCl；2RN(CH3)3Cl+K2HfF6=[RN(CH3)3]HfF6+2 KCl。然后再用HF和HCl混合溶液为淋洗剂，先后将这两种阴离子淋洗下来，达到分离的目的。这种方法能够将锆、铪分离的原因是_________________________________________________。
③将所得溶液与有机相磷酸三丁酯(TBP)充分混合、振荡，可以达到Zr与Hf分离。这种分离方法是_____________________________________________________________。
第二步：高温还原
在高温条件下，加入铝将制得的K2ZrF6还原可得锆，反应的化学方程式是_________________________。
答案：(1)ZrSiO4+ 4C+4Cl2ZrCl4↑+SiCl4↑ +4CO↑
(2) 保持干燥
(3)向漏斗中加浓盐酸至没过沉淀，让溶液自然流下，重复2-3次
(4)ZrO2
(5) 重结晶 锆、铪配离子[MF6]2-与阴离子交换树脂的结合能力不同 萃取 3K2ZrF6+4Al6KF+4AlF3+3Zr
解析：锆英石(主要成分是ZrSiO4，还含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质)，通入足量的氯气和足量的焦炭反应，ZrSiO4转化为ZrCl4，加水水解，ZrCl4转化为ZrOCl2·8H2O，900℃加热分解，得到二氧化锆，加入镁置换得到海绵锆，据此分析解题。
（1）“高温气化”中可发生多个反应，主要反应为ZrSiO4与足量的氯气和足量的焦炭反应生成ZrCl4、SiCl4、CO，化学方程式是：ZrSiO4+ 4C+4Cl2ZrCl4↑+SiCl4↑ +4CO↑；
（2）分馏过程中，为防止产品变质，ZrCl4遇水强烈水解，过程中一定需要注意的是保持干燥。高温气化生成杂质SiCl4，ZrCl4是白色固体，液体a为SiCl4，电子式是 ；
（3）在浓盐酸中会析出ZrOCl2·8H2O沉淀，实验室中洗涤ZrOCl2·8H2O沉淀操作是向漏斗中加浓盐酸至没过沉淀，让溶液自然流下，重复2-3次；
（4）900℃加热分解，得到二氧化锆，加入镁置换得到海绵锆，Zr的化合价降低，二氧化锆为氧化剂；
（5）①已知在水中K2HfF6比K2ZrF6的溶解度大，且K2ZrF6的溶解度随温度的升高而增大，可以利用重结晶方法进行分离；
②离子交换法：2RN(CH3)3Cl+K2ZrF6= [RN(CH3)3]ZrF6+2 KCl；2RN(CH3)3Cl+K2HfF6=[RN(CH3)3]HfF6+2 KCl。然后再用HF和HCl混合溶液为淋洗剂，先后将这两种阴离子淋洗下来，达到分离的目的。这种方法能够将锆、铪分离的原因是锆、铪配离子[MF6]2-与阴离子交换树脂的结合能力不同；
③将所得溶液与有机相磷酸三丁酯(TBP)充分混合、振荡，可以达到Zr与Hf分离，这种分离方法是萃取，利用溶液度的不同；在高温条件下，加入铝将制得的K2ZrF6还原可得锆，根据元素守恒，反应的化学方程式是：3K2ZrF6+4Al6KF+4AlF3+3Zr。
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第11讲 无机非金属材料（原卷版）
1．掌握C、Si单质及其重要化合物的制备方法、性质和用途。
2．掌握传统无机非金属材料的组成、性能及用途。
3．掌握新型无机非金属材料的性能及用途。
考点一：碳及其重要化合物
1.碳单质
种类 主要有金刚石、石墨、C60、富勒烯等
结构 金刚石：正四面体空间网状结构；石墨：平面正六边层状结构
物理性质 金刚石：熔点高，硬度大、不导电；石墨：熔点高，质软、有滑腻感，能导电
化学性质 与O2反应 O2充足时： O2不足时：
与氧化物反应 CuO： SiO2： H2O：
与强氧化性酸反应 浓硫酸：
用途 金刚石：用作切削刀具、装饰品等；作电极、高温润滑剂、铅笔芯等
2.一氧化碳和二氧化碳
物质 CO CO2
物理性质 无色气体、有毒、难溶于水 无色无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰
化学性质 还原性： 酸性氧化物的通性：CO2+H2OH2CO3； CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O 氧化性： ；
【拓展】检验CO2中是否存在CO的装置及作用
各装置的作用是：
A——除去混合气体中的CO2
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——干燥气体
D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2
E——安全瓶，防倒吸
F——验证CO的氧化产物CO2
G——除去尾气中的CO，防止污染环境
确定混合气体中含有CO的实验现象是：
D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。
【典例1】通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品(如图所示)，是一种较为理想的减排方式，下列说法中正确的是(　　)
A．CO2经催化分解为C、CO、O2的反应为放热反应
B．除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法
C．过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理相同
D．由CO2和H2合成甲醇，原子利用率达100%
【典例2】(2022·安徽省淮北模拟)有以下六种饱和溶液①CaCl2；②Ca(OH)2；③Na2SiO3；④Na2CO3；⑤NaAlO2；⑥NH3和NaCl。分别持续通入CO2，最终不会得到沉淀或析出晶体的是(　　)
A．①② B．③⑤
C．①⑥ D．④⑥
3.碳酸(H2CO3)
弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。
4．碳酸的正盐和酸式盐的比较
正盐(CO) 酸式盐(HCO)
溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶
热稳定性 正盐>酸式盐>碳酸
溶液pH 同浓度的：正盐>酸式盐
相互转化 COHCO
5．草酸、草酸盐的性质
(1)草酸的性质
草酸的化学式为H2C2O4，草酸晶体的化学式为H2C2O4·2H2O。
①弱酸性：草酸为二元弱酸，酸性比醋酸的酸性强，电离方程式为H2C2O4??H＋＋HC2O。
②还原性：H2C2O4中C元素的化合价为＋3价，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。
③不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H2C2O4·2H2O CO↑＋CO2↑＋3H2O。
(2)草酸盐的性质
①(NH4)2C2O4溶于水，加热分解，由氨水和草酸溶液反应生成。
②CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸，灼烧时转变成碳酸钙或氧化钙。
③MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵反应而得到，加热分解可得到对应金属氧化物。
考点二：硅及其重要化合物
1.硅
(1)物理性质：晶体硅呈灰黑色、有金属光泽，导电性介于导体与绝缘体之间，熔、沸点高
(2)化学性质：
与氢氟酸反应：。
与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===。
与O2反应：。
(3)硅的制备
石英砂粗硅SiCl4高纯硅
反应①：。
反应②：。
反应③：。
(4)硅的用途：半导体材料，太阳能电池、计算机芯片等。
2.二氧化硅
二氧化硅
存在 二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙中
晶体类型 原子晶体
结构 空间立体网状结构，不存在单个分子
物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
化学性质 ①与水反应　 不反应
②与酸反应　 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
③与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
④与盐反应 如与Na2CO3反应：
⑤与碱性氧化物反应 如与CaO反应：
用途 光导纤维、光学仪器、电子部件
【典例1】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”。它可以按下列方法制备：
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
下列说法不正确的是(　　)
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．步骤①②③中每生成或反应1 mol Si，转移4 mol电子
C．硅和二氧化硅能与氢氟酸反应
D．SiHCl3(沸点为33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点为67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
【典例2】由下列实验事实得出的结论正确的是(　　)
A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐
B．由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性强于硅
C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3
D．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
【典例3】晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：
①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2；
②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。
回答相关问题：
(1)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5 ℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方法为__________________。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：
①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是__________________。
②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是____________________________________。
3.硅酸及硅酸盐
(1)硅酸的性质与用途
(2)硅酸盐
①定义：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
②表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，常用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
③硅酸钠(Na2SiO3)
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。
与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与 CO2 水溶液反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
【典例4】水玻璃(Na2SiO3的水溶液)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了改变
D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
考点三：无机非金属材料
1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
水泥 玻璃 陶瓷
生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英砂 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
①水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。
混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
②玻璃
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。
③陶瓷
陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。
④特殊功能的含硅物质
(1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。
(2)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。
2.新型无机非金属材料
①以硅为主体的硅芯片、硅太阳能电池。
②以二氧化硅为主体的光导纤维。
③新型陶瓷：新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
高温结构陶瓷(碳化硅、氮化硅)；压电陶瓷(钛酸盐和锆酸盐)；透明陶瓷(氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙)；超导陶瓷等。
材料类型 主要特性 示例 用途
高温结构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅与某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等
压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、声纳探伤器、点火器等
透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 可用于电力、交通、医疗等领域
④碳纳米材料：一类新型的无机非金属材料，包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
结构特点 应用
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物C60开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、电池和传感器
石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面
3．常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料
无机非金属材料 金属材料 复合材料
传统无机非金属材料和新型无机非金属材料(高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、光导纤维、富勒烯、碳纳米管、石墨烯) 黑色金属材料(钢铁)；有色金属材料(金、银、铜及其合金) 生产生活中的复合材料(玻璃钢：玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维：碳纤维增强树脂基复合材料)；航空航天中的复合材料(飞机、火箭：纤维增强金属基复合材料；航天飞机：纤维增强陶瓷基复合材料)
【典例1】青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　)
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol 青石棉能还原1 mol HNO3
【典例2】(2022·康定教学质量检查)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　)
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
【典例3】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
一、选择题
1．（2022·广东·高考真题）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（ ）
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
2．（2022·辽宁·高考真题）北京冬奥会备受世界瞩目。下列说法错误的是（ ）
A．冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料
B．火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料
C．冬奥会“同心”金属奖牌属于合金材料
D．短道速滑服使用的超高分子量聚乙烯属于有机高分子材料
3．（2022·河北·高考真题）定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是（ ）
A．传统陶瓷是典型的绝缘材料 B．陶瓷主要成分为和
C．陶瓷烧制的过程为物理变化 D．白瓷的白色是因铁含量较高
4．（2022·河北·高考真题）化学是材料科学的基础。下列说法错误的是（ ）
A．制造5G芯片的氮化铝晶圆属于无机非金属材料
B．制造阻燃或防火线缆的橡胶不能由加聚反应合成
C．制造特种防护服的芳纶纤维属于有机高分子材料
D．可降解聚乳酸塑料的推广应用可减少“白色污染”
5．（2022·广东·高考真题）陈述Ⅰ和Ⅱ均正确但不具有因果关系的是（ ）
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ
A 用焦炭和石英砂制取粗硅 可制作光导纤维
B 利用海水制取溴和镁单质 可被氧化，可被还原
C 石油裂解气能使溴的溶液褪色 石油裂解可得到乙烯等不饱和烃
D 水解可生成胶体 可用作净水剂
6．（2022·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维
B．高压钠灯发出的黄光透雾能力强、射程远，可用于道路照明
C．氧化铝熔点高，常用于制造耐高温材料
D．用石灰石-石膏法对燃煤烟气进行脱硫，同时可得到石膏
7．（2021·辽宁·高考真题）下列说法错误的是（ ）
A．纯铁比生铁易生锈 B．臭氧可用于自来水消毒
C．酚醛树脂可用作绝缘、隔热材料 D．高纯硅可用于制芯片
8．（2021·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．硅酸钠是一种难溶于水的硅酸盐 B．镁在空气中燃烧可生成氧化镁和氮化镁
C．钠与水反应生成氢氧化钠和氢气 D．常温下，铝遇浓硝酸或浓硫酸时会发生钝化
9．（2021·广东·高考真题）化学创造美好生活。下列生产活动中，没有运用相应化学原理的是（ ）
选项 生产活动 化学原理
A 用聚乙烯塑料制作食品保鲜膜 聚乙烯燃烧生成和
B 利用海水制取溴和镁单质 可被氧化、可被还原
C 利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品 氢氟酸可与反应
D 公园的钢铁护栏涂刷多彩防锈漆 钢铁与潮湿空气隔绝可防止腐蚀
一、选择题
1．（2022·广西·高三阶段练习）青釉瓷器是中国最早出现的一种瓷器，是中华文明的象征之一，下列说法错误的是（ ）
A．瓷器化学性质稳定，具有熔点高、耐腐蚀等特点
B．瓷器是应用较早的人造材料，主要化学成分是二氧化硅
C．瓷器是以黏土为主要原料，经高温烧结而成
D．高温结构陶瓷、超导陶瓷等新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有了很大变化
2．（2022·全国·高三专题练习）下列关于无机非金属材料的说法不正确的是（ ）
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
3．（2022·河南·焦作市第一中学模拟预测）将足量X气体通入Y溶液中，装置如图所示，观察不到浑浊现象的是（ ）
选项 A B C D
X
Y
4．（2022·重庆南开中学高三阶段练习）化学让生活更美好。以下说法错误的是（ ）
A．用合成淀粉，有利于实现碳达峰、碳中和的战略
B．2022年北京冬奥会火炬的燃料是丙烷，属于清洁能源
C．Ge的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池
D．我国首次实现“仿生递送”治疗白血病，是碱性氧化物
5．（2022·甘肃张掖·高三阶段练习）George A．Olah教授和其合作者使用Ru-PNP pincer络合物作催化剂，用五乙烯六胺(PEHA)多聚物来捕获二氧化碳，可以直接将空气中二氧化碳转化为甲醇，反应可能的过程如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．甲醇可作为车用燃料
B．总反应方程式为
C．循环过程中催化剂参与中间反应
D．反应过程中只有极性键的断裂和形成
6．（2022·福建泉州·高三阶段练习）化学与生活密切相关。以下说法不正确的是（ ）
A．德化瓷器主要生产原料是黏土，属于硅酸盐
B．使用含氟牙膏能预防龋齿，发生了沉淀转化
C．明矾用作净水剂时发生了氧化还原反应
D．泡沫灭火器内盛有NaHCO3、Al2(SO4)3两种溶液
7．（2022·重庆巴蜀中学高三阶段练习）下列化学工艺不符合工业生产实际的是（ ）
A．浓缩海水Mg( OH)2MgCl2溶液MgCl2Mg
B．石英砂粗硅SiCl4高纯硅
C．MnO2Cl2漂白液
D．饱和食盐水NaHCO3Na2CO3
8．（2022·全国·高三专题练习）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”。可以按下列方法制备：
SiO2Si(粗) SiHCl3Si(纯)
下列说法不正确的是（ ）
A．步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑
B．步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子
C．高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料
D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏可提纯SiHCl3
二、填空题
9．（2022·全国·模拟预测）碳化物衍生碳以其独特的性能被广泛应用在超级电容器、催化剂载体等方面。常用氯气刻蚀法制备，该方法通过高温氯化2小时在SiC表面制备碳涂层。其方法如下：
(1)装置B所盛物质为___________，其作用是_____________________________。
(2)仪器C的名称是___________，所盛物质为___________。
(3)圆底烧瓶A中为二氧化锰，发生的化学方程式为_____________________________；实验温度为40℃，加热方式是___________，主要目的是_____________________________。
(4)高温环境为氩气与氯气混合气氛，随着温度的升高，氯气与SiC反应，将Si原子从SiC中刻蚀掉形成碳层，反应方程式为_____________________________。
(5)如果温度超过1175℃，涂层上的碳结构发生如下变化：碳→骨架碳→非晶碳→石墨碳，则碳涂层硬度会_________________(填“逐渐变高”或“逐渐变低”)。
(6)装置F盛有NaOH溶液用于除气和回收氩气，其生成的盐除了NaCl，还有两种类别不同的含氧酸钠盐___________(填化学式)。
10．（2022·山东·新泰市第一中学二模）天空课堂第二课中航天员展示了金属锆(40Zr)在无容器实验柜中从液体变成固体时的“再辉”现象。以锆英石(主要成分是ZrSiO4，还含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质)为原料生产锆的流程如图所示：
已知：常温下，ZrCl4是白色固体， 604K升华，遇水强烈水解：ZrCl4+9H2O=ZrOCl2·8H2O+2HCl，在浓盐酸中会析出ZrOCl2·8H2O沉淀。请回答下列问题：
(1)“高温气化”中可发生多个反应，写出发生的主要反应的化学方程式是______________________。
(2)分馏过程中，为防止产品变质，过程中一定需要注意的是___________________。液体a的电子式是_______。
(3)实验室中洗涤ZrOCl2·8H2O沉淀操作是_________________________。
(4)“还原”中氧化剂是_____________(填化学式)。
(5)由于锆铪(Hf)矿石共生，这样制得的锆中常含有少量的铪，需要进一步分离提纯。
第一步：溶解分离
将样品溶于氢氟酸后再加入一定量KOH溶液，锆和铪均以[MF6]2-存在。
①已知在水中K2HfF6比K2ZrF6的溶解度大，且K2ZrF6的溶解度随温度的升高而增大，可以利用___________________方法进行分离。
②离子交换法：利用强碱型酚醛树脂R-N(CH3)Cl-阴离子交换剂进行交换分离，原理是：2RN(CH3)3Cl+K2ZrF6= [RN(CH3)3]ZrF6+2 KCl；2RN(CH3)3Cl+K2HfF6=[RN(CH3)3]HfF6+2 KCl。然后再用HF和HCl混合溶液为淋洗剂，先后将这两种阴离子淋洗下来，达到分离的目的。这种方法能够将锆、铪分离的原因是_________________________________________________。
③将所得溶液与有机相磷酸三丁酯(TBP)充分混合、振荡，可以达到Zr与Hf分离。这种分离方法是_____________________________________________________________。
第二步：高温还原
在高温条件下，加入铝将制得的K2ZrF6还原可得锆，反应的化学方程式是_________________________。
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