资源简介

(共136张PPT)
第四章
非金属及其化合物
第21讲　碳、硅及无机非金属材料
复习目标 1．了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。
2．了解碳、硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用，能用化学方程式表示其主要化学性质。
3．了解无机非金属材料的组成、分类及其应用价值。
考点二
考点三
提能训练　练案[21]
考点一
考点一　碳族元素　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，其价电子排布式为_________。处于元素周期表的______区。
2．碳的单质
(1)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为______________。
(2)几种单质的结构特点
金刚石：____________空间网状结构；石墨：平面____________层状结构，C60是由60个碳原子形成的足球状分子晶体。
ns2np2
p
同素异形体
正四面体
正六边形
3．CO与CO2的比较
CO CO2
物理性质 无色无味气体，密度比空气小，难溶于水 无色无味气体，密度比空气大，可溶于水(溶解度小)
毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应)
4.CO2在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应：
②光合作用将CO2转化为O2；
③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
【易错辨析】
(1)金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质。(　　)
[提示]　√
(2)水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼。(　　)
[提示]　√
(3)二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红，说明二氧化碳具有酸性。(　　)
[提示]　×
(4)低碳环保中的“碳”是指二氧化碳。(　　)
[提示]　√
(5)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。(　　)
[提示]　×
(6)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。(　　)
[提示]　×
(7)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失。(　　)
[提示]　×
(8)向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。(　　)
[提示]　√
1．(2021·全国乙卷)我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，这对于改善环境，实现绿色发展至关重要。碳中和是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是(　　)
A．将重质油裂解为轻质油作为燃料
B．大规模开采可燃冰作为新能源
C．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染
D．研发催化剂将CO2还原为甲醇
微考点　自然界中的碳循环及“碳中和”
[答案]　D
[解析]　将重质油裂解为轻质油并不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，A错误；大规模开采可燃冰作为新能源，会增大二氧化碳的排放量，不符合碳中和的要求，B错误；通过清洁煤技术减少煤燃烧污染，不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，C错误；研发催化剂将二氧化碳还原为甲醇，可以减少二氧化碳的排放量，达到碳中和的目的，D正确。
2．科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法错误的是(　　)
A．CO2是自然界碳循环中的重要物质
B．CO2加氢转化为乙烯，CO2被还原
C．CO2电催化时，在阳极转化为燃料
D．CO2与环氧丙烷可合成可降解塑料
[答案]　C
[解析]　CO2中C元素的化合价为＋4价，只能发生得电子的还原反应，电催化时，CO2在阴极得电子转化为燃料，阳极为失电子的氧化反应，故C错误。
3．中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2
B．环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶
C．反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质
D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2
[答案]　B
[解析]　NaOH溶液喷成雾状，可增大反应物接触面积，提高CO2吸收率，A正确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再高温煅烧，故基本操作不是蒸发结晶，B错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环利用，C正确；Na2CO3溶液可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D正确。
考点二　硅及其重要化合物
1．硅单质的性质和用途
硅酸盐
氧化物
Na2SiO3
半导体
[微点归纳]　硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。
2．高纯硅的制备与用途
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，原理图示如下：
涉及的主要化学反应：
用途：
(1)良好的半导体材料；
(2)太阳能电池；
(3)计算机芯片。
3．二氧化硅的性质和用途
高
大
4．硅酸(H2SiO3)
不
弱
5．硅酸盐
(1)硅酸盐是由硅、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)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
(3)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
【易错辨析】
(1)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。(　　)
[提示]　×　Si用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维。
(2)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。(　　)
[提示]　×　常温下硅能与氢氟酸、氢氧化钠反应。
(3)用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化。(　　)
[提示]　×　硅元素化合价降低，被还原。
(4)因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强。(　　)
[提示]　×　二氧化碳通入硅酸钠溶液生成硅酸，碳酸酸性强于硅酸。
(5)石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能。(　　)
[提示]　×　硅可用于制光电池。
(6)SiO2能与HF反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃。(　　)
[提示]　√　氢氟酸可用于刻蚀玻璃。
[提示]　×　应生成CO。
(8)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸。(　　)
[提示]　×　SiO2能溶于氢氟酸。
(9)向Na2SiO3溶液中通入CO2，可生产白色胶状沉淀，证明酸性：H2CO3>H2SiO3。(　　)
[提示]　√
(10)硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是一种建筑行业常用的黏合剂。(　　)
[提示]　√
1．(2026·湖南怀化高三模拟)下列关于硅及其化合物的叙述错误的是(　　)
A．硅是良好的半导体材料
B．二氧化硅属于酸性氧化物
C．硅酸的酸性比碳酸的酸性弱
D．常温下，硅的化学性质不活泼，不与任何物质反应
[答案]　D
微考点1　硅及其化合物的性质
[解析]　硅是良好的半导体材料，故A正确；二氧化硅能与强碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，故B正确；非金属性：Si2．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是(　　)
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde
C．cde D．ab
[答案]　B
[解析]　通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4价和＋2价，硅和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断正确。
3．(2026·河北石家庄模拟)硅是带来人类文明的重要元素之一，科学家也提出硅是“21世纪的能源”。这主要是由于硅及其化合物对社会发展所起的巨大促进作用。下列关于硅及其化合物的说法错误的是(　　)
A．常见的传统无机非金属材料多为玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．玻璃可以制造玻璃纤维，玻璃纤维也属于传统无机非金属材料
C．硅酸盐材料具有硬度高、耐高温等特点是因为硅氧四面体的特殊性
D．高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路”
[答案]　B
[解析]　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，而玻璃纤维属于新型无机非金属材料，B错误。
4．(2025·广东广州检测)高纯度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”。可以按下列方法制备：
微考点2　高纯硅的制备流程及分析
下列说法不正确的是(　　)
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(或分馏)可提纯SiHCl3
[答案]　A
5．(2025·武汉模拟)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品的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示。已知：SiHCl3遇水剧烈水解。下列说法错误的是(　　)
A．Y、Z分别为H2、Cl2
C．提纯SiHCl3可采用萃取、分液的方法
D．为防止SiHCl3水解而损失及氢气燃炸，“还原”步骤在无水、无氧条件下进行
[答案]　C
液体混合物，可以采用分馏方法进行分离，而不是采用萃取、分液的方法，C错误；已知：SiHCl3遇水剧烈水解，且H2是可燃性气体，与O2混合可能会发生爆炸，因此为防止SiHCl3水解而损失及氢气燃炸，“还原”步骤在无水、无氧条件下进行，D正确。
[易错点拨]　制备高纯硅过程中的3个易错点
6．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：
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33 ℃)，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
7．(2026·陕西安康高新中学质检)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)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是________(填化学式，下同)，光导纤维的主要成分是________。
(2)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为________ ____________________________________________________________。
(3)工业上可利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶，进一步脱水处理可得到硅胶，写出水玻璃和盐酸反应的离子方程式：________________ ____________________________________________________________。
[答案]　(1)Si　SiO2
(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
考点三　无机非金属材料
1．传统无机非金属材料
　　　　　　 　硅酸盐材料大都是混合物
(1)常见硅酸盐材料比较
硅酸盐材料 水泥 玻璃 陶瓷
生产原料 _______________ ______________________ ________
主要设备 _____________ __________ 陶瓷窑
石灰石、黏土
纯碱、石灰石 和石英砂
黏土
水泥回转窑
玻璃窑
主要成分 3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 硅酸盐
生产条件 高温 (2)主要用途
陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。
(2)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。
(3)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。
(4)硅酸盐组成的表示方法
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成。
①氧化物的书写顺序：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。
②各元素的化合价保持不变，且满足正负化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
③氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。
(5)硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是硅酸钠，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃成分不同，水玻璃又称泡花碱，但它却是盐溶液，而不是碱溶液。
2．新型无机非金属材料
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______ 氮化硅陶瓷 汽轮机叶片、轴承、永久性模具等
半导体陶瓷 具有________特性 二氧化锡陶瓷 集成电路中的半导体
光学材料 具有________特性 光导纤维 光缆通讯、医疗、照明等
生物陶瓷 具有________功能 氧化铝陶瓷 人造骨骼、人造关节、接骨螺钉
高
电学
光学
生物
3.碳纳米材料
(1)碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
(2)三类碳纳米材料的比较
类别 结构特点 主要性能 重要应用
富勒烯 由__________构成的一系列________分子的总称，C60是富勒烯的代表物 — 开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳原子
笼形
类别 结构特点 主要性能 重要应用
碳纳米管 由________片卷成的管状物，具有________尺度的直径 比表面积______，有相当高的强度和优良的________性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 只有一个__________直径厚度的单层石墨 电阻率______、热导率______，具有很高的强度 生产光电器件、超级电容器、电池等
石墨
纳米
大
电学
碳原子
低
高
【易错辨析】
(1)普通玻璃与天然水晶的化学成分一样。(　　)
[提示]　×　普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2，天然水晶的主要成分是SiO2。
(2)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分不同。(　　)
[提示]　×　钢化玻璃是将玻璃加热到近软化温度，经迅速冷却或其他方法处理所得的玻璃制品，具有良好的机械性能和抗震性，与普通玻璃的主要成分基本相同。
(3)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。(　　)
[提示]　×　玻璃为非晶体，没有固定的熔点。
(4)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。(　　)
[提示]　×　水玻璃是Na2SiO3的水溶液，Na2SiO3俗称泡花碱，属于盐类。
(5)玻璃钢是以玻璃纤维作增强体、合成树脂作基体的复合材料。(　　)
[提示]　√
(6)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品。(　　)
[提示]　×　水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅。
(7)氮化硅陶瓷和氮化铝陶瓷均为新型无机非金属材料。(　　)
[提示]　√　二者均为新型无机非金属材料。
(8)碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承。(　　)
[提示]　√
(9)光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2。(　　)
[提示]　√
(10)工业生产水泥和玻璃均用到石灰石。(　　)
[提示]　√　水泥的原料为黏土、石灰石，玻璃的原料为石灰石、石英砂、纯碱。
1．(2022·河北卷)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SiO2和MgO
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
微考点1　传统硅酸盐材料及性能
[解析]　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；陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，B错误；陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，有新物质生成，属于化学变化，C错误；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。
2．无机非金属材料在生产、生活中应用广泛，下列说法错误的是(　　)
A．制作青花瓷的原料有高岭土，其主要成分为Al2Si2O5(OH)4，可以表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
B．石英砂、纯碱和石灰石可用于制造普通玻璃
C．古代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器所需的主要原料为黏土
D．现代信息社会用于传递信号的光纤的主要成分为硅
[答案]　D
[解析]　现代信息社会用于传递信号的光纤的主要成分为二氧化硅，而不是硅，D错误。
3．(2025·河北邢台模拟)文物是传承文化的重要载体，下列主要成分不是硅酸盐的文物是(　　)
[答案]　A
[解析]　简牍主要成分为纤维素，纤维素为有机高分子化合物，不是硅酸盐，故A正确；陶彩绘女舞俑的主要成分为硅酸盐，故B错误；霁红釉瓷碗，材料为陶瓷，陶器主要成分为硅酸盐，故C错误；梅瓶成分为陶瓷，陶瓷成分为硅酸盐，故D错误。
4．世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为________ ____________________________________________________________、_________________________________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是________。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式为__________________________ ____________________________________________________________________________________________________________(任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化学式)。
(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是________(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
[答案]　(1)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)SiO2　(4)D
[解析]　(4)普通玻璃坩埚和石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A、B不选；氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C不选；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D选。
5．(2025·辽宁沈阳市郊联考)下列有关新型无机非金属材料的叙述中，不正确的是(　　)
A．氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维等属于新型无机非金属材料
B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用作砂纸和砂轮的磨料及耐高温材料
C．碳纳米管具有纳米尺度的直径，可用于生产复合材料、电池和传感器等
D．石墨烯具有电阻率高、硬度大等特性，可用于电力、交通、医疗等领域
微考点2　新型无机非金属材料的性能及应用
[答案]　D
[解析]　石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，具有电阻率低、热导率高、强度高等特性，在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等领域应用较广。
6．(2025·湖南长沙检测)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、电池等
[答案]　C
[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、电池等，D正确。
7．(2025·1月八省联考四川卷)化学是新材料发展的基础，下列生产或应用中所用到的主要物质不属于无机非金属材料的是(　　)
A．芯片制造所用的硅晶片
B．潜艇降噪所用的橡胶消声瓦
C．耐高温陶瓷生产所用的碳化硅
D．通信信号传输所用的光导纤维
[答案]　B
[解析]　晶体硅属于新型无机非金属材料，A不符合题意；橡胶属于有机高分子材料，B符合题意；碳化硅是新型陶瓷，属于新型无机非金属材料，C不符合题意；光导纤维的主要成分是SiO2，D不符合题意。
8．氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示。
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题。
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：__________________________________________________ ____________________________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________(填序号)。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________。
(4)在高温下，SiCl4在B和C两种气体的气氛中也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：__________________________________________ ____________________________________________________________。
[答案]　(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①②
(3)Si3N4
[易错点拨]　无机非金属材料中的四个易错点
1．注意以下物质的重要用途
Si——半导体材料、计算机芯片、太阳能电池板。
SiO2——光导纤维。
H2SiO3——硅胶可作干燥剂。
Na2SiO3(其水溶液俗称水玻璃)——黏合剂、耐火阻燃材料。
2．熟记三种物质的性质
(1)硅的三个特性：与HF、F2反应；与NaOH反应生成H2。
(2)SiO2的两个性质：酸性氧化物的通性、氧化性。
(3)H2SiO3的两个性质：酸性(弱于碳酸)、不稳定性。
3．硅酸盐的三点提醒
(1)盛Na2SiO3的试剂瓶应密封，否则Na2SiO3吸收空气中的CO2和H2O会变质。
(2)盛Na2SiO3的试剂瓶不能用玻璃塞，因为其本身是一种黏合剂。
4．含硅物质在生活中对应的产品
5．材料的分类及各类材料的典例
提能训练　练案[21]
1．(2026·江苏南京一模)2025年巴黎AI峰会上，DeepSeek创始人通过量子全息投影技术远程参会。全息投影的实现依赖于材料科学与光学技术的结合。下列相关说法不正确的是(　　)
A．全息投影技术的光电器件所用材料氮化镓为新型无机非金属材料
B．甘油被用作全息投影设备的冷却剂，主要利用其强吸水性
C．空气显示影像时通过电激发氧气发光，该过程属于物理变化
D．聚四氟乙烯具有耐酸碱特性，用于制作全息投影仪的光敏胶片
[答案]　B
[解析]　氮化镓是一种新型无机非金属材料，在光电器件领域有广泛应用，A正确；甘油作冷却剂与其良好的导热性和高比热容有关，与吸水性无关，B错误；电激发氧气发光没有新物质生成，是物理变化，C正确；聚四氟乙烯具有很强的耐酸碱特性，化学性质稳定，可用于制作全息投影仪的光敏胶片，D正确。
2．(2026·陕西西安中学开学考)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芯片的主要原料。如图为第三代工业制取多晶硅流程，已知图中的Y在Z中燃烧产生苍白色火焰。
下列说法错误的是(　　)
A．Y、Z分别为H2、Cl2
C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中氢元素的化合价为＋1
D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应
[思路分析]　“Y是电解饱和食盐水的产物，同时又是还原SiHCl3的还原剂，Y在Z中燃烧产生苍白色火焰，Y与Z点燃后可与Si反应制备SiHCl3”——电解饱和食盐水生成NaOH、H2、Cl2，根据Y具有还原性可推出，Y为H2，Z为Cl2，X为NaOH。
[答案]　C
3．(2026·广东广州一模)馆藏文物记载着中华文明的灿烂成就。下列文物主要由硅酸盐制成的是(　　)
A.四羊方尊青铜礼器 B.陶熏炉 C.金漆木雕如意 D.船纹铜提筒
[答案]　B
[解析]　四羊方尊青铜礼器是由金属材料青铜制成的，A不符合题意；陶熏炉是无机非金属材料硅酸盐制成的，B符合题意；金漆木雕如意是由木质材料制成的，C不符合题意；船纹铜提筒是由金属材料铜合金制成的，D不符合题意。
4．(2026·广东江门期初调研)2024年4月25日，“神舟十八号”载人飞船在我国酒泉卫星发射中心成功发射，飞船使用了我国自主研发和生产的航天芯片，其中芯片全为我国制造，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>H2SiF6
D．标准状况下，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]　氢氟酸能腐蚀玻璃，此反应不能在玻璃容器中进行，A正确；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错误；氧化剂的氧化性大于氧化产物，则氧化性：HNO3>H2SiF6，C正确；据关系式Si～HNO3～H2SiF6～HNO2～H2↑～4e－，则标准状况下，生成1.12 L H2(0.05 mol)时，转移电子的物质的量为0.2 mol，D正确。
5．(2026·福建三明模拟)“嫦娥六号”上某种涂层材料的主要成分是微米级硅化物(如MoSi2、WSi2等)，高温氧化后会生成具有自修复功能的玻璃态SiO2。下列叙述错误的是(　　)
A．硅化物属于硅酸盐材料
B．用焦炭还原二氧化硅可制备粗硅
C．SiO2是酸性氧化物
D．钨(W)是耐高温的过渡元素
[答案]　A
[解析]　硅化物不属于硅酸盐材料，A错误。
6．(2026·江西赣州模拟)下列关于无机非金属材料的说法正确的是(　　)
A．硅酸盐产品的硬度大、熔点高，难溶于水，不与酸、碱反应
B．砖瓦、玻璃和水泥都属于传统无机非金属材料
C．将Na2SiO3、CaSiO3和SiO2混合，在高温条件下制得普通玻璃
D．碳化硅、氮化硅等物质属于新型硅酸盐产品
[答案]　B
[解析]　硅酸盐材料能与酸反应，A错误；制玻璃的原料为纯碱、石灰石和石英砂，C错误；碳化硅、氮化硅属于新型无机非金属材料，不属于硅酸盐产品，D错误。
7．(2025·山西大同联考)“挖掘文物价值，讲好中国故事”。下列有关文物的叙述正确的是(　　)
A．“良渚古城遗址”出土的良渚陶器制作原料是石灰石、纯碱和二氧化硅
B．“贾湖骨笛”制作材料是鹤类尺骨，它的成分羟基磷酸钙属于有机高分子材料
C．“马家窑”出土的铜刀表面的绿色物质，其主要成分是CuSO4·5H2O
D．肉形石“东坡肉”是一块玛瑙石，主要成分是SiO2
[答案]　D
[解析]　陶瓷是以黏土为主要原料，经过高温烧结而成的产品，所以良渚陶器的主要原料是黏土，A错误；羟基磷酸钙不含碳元素，是碱式盐，属于无机材料，B错误；铜刀表面的绿色物质是铜锈，主要成分是Cu2(OH)2CO3，C错误。
8．碳、硅的单质及其化合物在人类进步和社会发展中发挥着重要作用。下列叙述正确的是(　　)
A．硅元素在自然界中主要以游离态存在
B．硅单质可以制成芯片、硅太阳能电池、光导纤维
C．富勒烯、石墨烯均属于有机高分子材料
D．高温下，SiO2能分别与C、CaCO3、Na2CO3发生反应
[答案]　D
[解析]　硅元素在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，A错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，B错误；富勒烯、石墨烯均是无机非金属材料，不是有机高分子材料，C错误；高温下，二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳、与碳酸钙反应生成硅酸钙和二氧化碳、与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，D正确。
9．(2026·河南名校联盟联考)材料的开发与研究助力我国航空航天事业飞速发展。下列说法中正确的是(　　)
A．“神舟十六号”宇宙飞船返回舱外表面使用的新型高温结构陶瓷主要成分是硅酸盐
B．火箭芯一级尾段使用的碳纤维材料属于新型无机非金属材料
C．“天问一号”使用的新型SiC增强铝基材料属于新型硅酸盐材料
D．中国空间站核心舱“天和号”推进器的氮化硼陶瓷材料属于传统的无机非金属材料
[答案]　B
[解析]　新型高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，不是硅酸盐材料，A错误；新型SiC增强铝基材料属于复合材料，不是硅酸盐材料，C错误；氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料，D错误。
10．(2026·四川达州统考)以下是由石英砂(主要成分为二氧化硅)制备高纯硅的工艺流程示意图。
下列说法中不正确的是(　　)
B．工艺流程中，从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分液
C．由粗硅制备高纯硅的过程中，循环使用的物质主要有HCl和H2
D．若混合物分离后，得到SiCl4、SiHCl3、H2的物质的量之比为1∶1∶1，理论上需要额外补充2 mol H2
[答案]　B
11．(2026·河北省级重点高中联考)某小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1 357 K的条件下制备高纯硅，实验装置如图所示(加热及夹持装置略去)。
已知：①SiHCl3的沸点为33.0 ℃，易溶于有机溶剂，能与H2O剧烈反应，在空气中易被氧化；②CaCl2＋xCH3CH2OH―→ CaCl2·xCH3CH2OH。下列说法错误的是(　　)
A．装置B中的试剂是碱石灰
B．实验过程中应先打开活塞K1，再加热石英管
D．装置E中CCl4的作用为防倒吸和吸收多余的SiHCl3
[答案]　A
12．(2025·辽宁十校联合体联考)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、Ⅲ中依次盛装的是热水、浓硫酸
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氨
[答案]　C
13．(2025·山东济南模拟)如图是某元素常见物质的“价—类”二维图，f为钠盐。下列说法不正确的是(　　)
A．物质a既可被氧化，也可被还原
B．可存在a→b→d→e→f的转化关系
C．可通过灼热的氧化铜除去d中混有的少量c
D．向足量f溶液中加入少量稀盐酸，一定没有CO2产生
[答案]　D
[解析]　结合题图可知，a为CH4、b为C、c为CO、d为CO2、e为H2CO3，f为Na2CO3或NaHCO3。a为CH4，碳元素化合价可升高，氢元素化合价可降低，物质a既可被氧化，也可被还原，故A正确；可存在a→b→d→e→f的转化关系；甲烷高温分解生成碳，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳溶于水生成碳酸，碳酸与适量的碱生成盐，故B正确；CO能被灼热的氧化铜氧化生成二氧化碳，可通过灼热的氧化铜除去d中混有的少量c，故C正确；f可能为正盐或酸式盐，向足量f溶液中加入少量稀盐酸，正盐转化成酸式盐，可能没有CO2产生，酸式盐和盐酸反应，一定有二氧化碳产生，故D错误。
14．非金属材料及其化合物是无机非金属材料的主要成分，硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐占地壳质量的90%以上。
Ⅰ.(1)计算机芯片和太阳能电池的主要成分是________(填化学式，下同)；光导纤维的主要成分是________；工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，其原理为__________________________________________________ ____________________(填化学方程式)。
Ⅱ.高纯硅的制备方法：
已知：SiCl4的熔点为－70 ℃，沸点为57.6 ℃，在潮湿的空气中与水发生反应而变质，反应中有HCl生成。该同学设计了如图装置制取高纯硅(装置中的热源及夹持装置均已略去)。
(2)已知：步骤①中生成的另一产物为CO。写出步骤①中反应的化学方程式：____________________________________________________ ____________________________________________________________。
(3)装置A中发生反应的离子方程式为___________________________ ____________________________________________________________。
(4)为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有________________ (填试剂名称)的烧杯中。
(5)同学甲认为用该装置进行实验，可能会导致实验失败，为保证制备纯硅实验的成功，你认为该装置应进行改进的措施是______________ ____________________________________________________________。
[答案]　(1)Si　SiO2　4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
(3)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(4)氢氧化钠溶液
(5)在装置A与装置B之间连接一个盛有浓硫酸的洗气瓶(或碱石灰的干燥管)
[解析]　(4)SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢和硅酸，所以为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中。
15．(2026·广东惠州一模)某混合气体可能由O2、CO、CO2中的一种或几种组成，为确定其组成，在老师的指导下，化学实验小组的同学对该混合气体的组成进行了如图的探究实验：
【查阅资料】脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气。
【实验设计】用如图所示的装置进行实验(已略去夹持装置)。
【实验步骤】①检查装置气密性；②先通入一定量的氮气之后；③再通入该混合气体，点燃酒精灯。
【实验现象】步骤③实验过程中，A装置中无明显现象，B和F装置均出现白色沉淀，E装置中黑色粉末变成了红色。
(1)【实验结论】该混合气体由________________组成。
【实验反思】
(2)B、C装置的作用分别是_________________________________、________________________。
(3)步骤②先通入一定量氮气的目的是__________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________。
(4)E装置中氧化铜粉末发生反应的化学方程式为_________________ _______________________________________________________。
(5)F中需要处理的尾气主要成分是_____________________________ ______________________________________________，处理方法可以是________________________________________________________________________。
[答案]　(1)一氧化碳和二氧化碳
(2)检验二氧化碳气体　除去二氧化碳气体
(3)排尽装置中原有的空气
(5)一氧化碳　点燃或收集
[解析]　根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化
16．(2026·山东青岛期初调研)氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷。以N2、H2、SiCl4气体(沸点为57.6 ℃，极易水解，具有腐蚀性)为原料在高温下制备氮化硅的实验装置如图。
回答下列问题：
(1)仪器A的名称为________。甲中加入少量CuSO4溶液的作用为____________________________________________________________。
(2)乙中为NH4Cl和NaNO2的浓溶液，85 ℃发生反应，离子方程式为____________________________________________________________，该反应的加热方式为____________________________________________ ____________________________。
(3)丁装置中反应的化学方程式为______________________________ ____________________________________________________________。
戊装置的作用为____________________________________________ ____________________________。
(4)实验结束时，停止加热丁装置，再通入一段时间的氮气，目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)实验结束后丁装置硬质玻璃管质量增加2.8 g，己装置增重 15.56 g，该实验中氮化硅的产率为________(不考虑SiCl4在丙和戊中的损耗)。
[答案]　(1)酒精喷灯　在锌表面产生少量铜，形成原电池，加快反应速率
(4)将装置内残留的HCl和SiCl4气体排出
(5)60%
谢谢观看

展开更多......

收起↑