资源简介

第7讲　无机非金属材料
1．了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。
2．了解硅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1　碳、硅及其化合物
1．碳
(1)碳族元素
①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ns2np2。
②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，硬度小，能导电 熔点低，不导电
主要 用途 钻石制作，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
(3)CO2在自然界中的循环
①CO2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：
a．溶于江水、海水中：CO2＋H2O H2CO3；
b．光合作用可以将CO2转化为O2；
c．岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
2．硅
(1)硅元素的存在
自然界中硅元素仅有化合态，在地壳中含量仅次于氧，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。
(2)硅单质
(3)二氧化硅
(4)硅酸(H2SiO3)
[图解教材]人教必修第二册
高纯硅的制备
过程 化学方程式
Ⅰ SiO2＋2CSi＋2CO↑
Ⅱ Si＋3HClSiHCl3＋H2
Ⅲ SiHCl3＋H2Si＋3HCl
[备考提醒]
(1)用作半导体材料的是晶体硅，用于制作光导纤维的是 SiO2，计算机芯片、太阳能电池的成分是晶体硅。
(2)光导纤维是利用二氧化硅对光信号的传播，不是利用其导电性。
(3)二氧化硅不是两性氧化物，其只与氢氟酸反应，不与其他酸反应。
(4)不能根据反应SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑判断C、Si的还原性强弱。
(5)不能根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑判断C、Si的非金属性强弱。
1．(人教必修第二册习题改编)下列关于硅的说法不正确的是(　　)
A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
C　[晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色、有金属光泽的非金属固体，故A正确；硅常温下能和HF溶液、氢氧化钠溶液反应，故C错误；在加热时，硅能与氧气或氯气反应生成二氧化硅或四氯化硅，故D正确。]
2．(人教必修第二册习题改编)下列溶液中：①硅酸钠溶液　②氢氟酸　③氢氧化钠溶液　④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是(　　)
A．①③　　B．②④　　C．②③　　D．①④
A　[氢氟酸腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶。氯化钠溶液可以用玻璃试剂瓶和磨口玻璃塞。硅酸钠是一种黏合剂，可以用玻璃试剂瓶，但不能用磨口玻璃塞。氢氧化钠与玻璃中的主要成分SiO2反应生成硅酸钠，因此也不能用磨口玻璃塞。]
3．(人教必修第二册习题改编)设NA为阿伏加德罗常数的值。工业上制备高纯度硅的反应有：
①SiO2＋2CSi＋2CO↑
②Si＋3HClSiHCl3＋H2
③SiHCl3＋H2Si＋3HCl
已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8。下列有关说法正确的是(　　)
A．①中，30 g氧化剂含极性键数目为NA
B．②中，生成1 g H2时转移电子数为NA
C．②和③互为可逆反应
D．②和③的目的是除去粗硅中的杂质
D　[①SiO2＋2CSi＋2CO↑中Si元素化合价降低，SiO2是氧化剂，30 g SiO2的物质的量为＝0.5 mol，含Si—O极性键：0.5 mol×4＝2 mol，数目为2NA，A错误；已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8，SiHCl3中H元素为－1价，Si为＋4价，②Si＋3HClSiHCl3＋H2中，部分H元素由＋1价下降到0价，部分由＋1价下降到－1价，1 g H2的物质的量为＝0.5 mol，生成0.5 mol H2时转移0.5 mol×2＋1 mol＝2 mol电子，数目为2NA，B错误；②和③反应条件不同，不互为可逆反应，C错误；②和③的目的是除去粗硅中的杂质，D正确。]
考点2　无机非金属材料
1．传统无机非金属材料
三种常见硅酸盐材料的比较
种类 水泥 普通玻璃 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
主要成分 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙 Na2SiO3、和SiO2 硅酸盐
2．新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷，一般用碳化硅、氮化硅和某些金属氧化物等在高温下烧结而成。
组成 不再限于传统的硅酸盐体系
特性和功能 在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
碳化硅 化学式 SiC
俗称 金刚砂
结构 碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，属于共价晶体
性能、 用途 硬度大，用作砂纸、砂轮的磨料；具有优异的高温抗氧化性能，用作耐高温结构材料，耐高温半导体材料
(2)碳纳米材料
在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
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，其有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、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 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
[备考提醒]
(1)传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，新型无机非金属材料不属于硅酸盐，甚至不含硅元素。
(2)水晶、石英、玛瑙、硅石的主要成分是SiO2。
(3)晶体硅、晶体二氧化硅、新型陶瓷(如SiC、压电陶瓷、超导陶瓷)、碳纳米材料等均为新型无机非金属材料。
　传统硅酸盐材料的性能及应用
1．(人教必修第二册习题改编)下列物品或设施使用了硅酸盐材料的是(　　)
①陶瓷餐具　②砖瓦　③混凝土桥墩　④门窗玻璃
⑤水晶镜片　⑥石英钟　⑦水晶项链　⑧硅太阳能电池　⑨光导纤维　⑩计算机芯片
A．⑧⑩ B．⑤⑥⑦⑨
C．①②③④ D．②④⑥
C　[陶瓷、砖瓦、混凝土、玻璃的主要成分为硅酸盐，水晶、石英、光导纤维的主要成分为二氧化硅，硅太阳能电池、计算机芯片的材料为硅单质，故符合题意的是①②③④。]
2．(人教必修第二册习题改编)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．“雨过天青云破处”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
A　[氧化铁的颜色为红棕色，不是青色，A错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成；陶瓷的主要成分是硅酸盐，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，B、C、D正确。]
[误区警示]硅酸盐的表示方法
硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为
例如：钠长石NaAlSi3O8不能写成
·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
　新型无机非金属材料的性能及应用
3．(人教必修第二册习题改编)氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维、碳化硅和石墨烯等都属于新型无机非金属材料，下列说法正确的是(　　)
A．碳化硅为分子晶体
B．氧化铝陶瓷坩埚可用于熔融氢氧化钠固体
C．石墨烯中碳原子采用sp2杂化，未杂化的p电子形成大π键
D．航空母舰上的拦阻索所用的特种钢缆属于无机非金属材料
C　[碳化硅是由碳原子和硅原子通过共价键形成的三维骨架结构，具有较高的熔、沸点和较大的硬度，故为共价晶体，A错误；Al2O3为两性氧化物，Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]，故氧化铝陶瓷坩埚不可用于熔融氢氧化钠固体，B错误；石墨烯中每个碳原子与周围的3个碳原子形成正六边形结构，故碳原子采用sp2杂化，剩余一个未杂化的p电子形成大π键，C正确；航空母舰上的拦阻索所用的特种钢缆是铁合金，属于金属材料，D错误。]
4．(人教必修第二册习题改编)氮化硅(Si3N4)熔点高，硬度大，电绝缘性好。氮化硅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＋6CO。下列有关说法正确的是(　　)
A．制备反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2
B．若该反应生成67.2 L(标准状况)一氧化碳，则生成氮化硅1 mol
C．上述反应中只涉及1种新型无机非金属材料
D．氮化硅可制作坩埚，制作耐高温轴承
D　[反应中氧化剂为N2，还原剂为C，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶3，A错误；由化学方程式可知，标准状况下反应生成67.2 L (3 mol) CO，则生成氮化硅0.5 mol，B错误；上述反应中Si3N4、SiO2都是新型无机非金属材料，C错误；由氮化硅的熔点高、硬度大，可知氮化硅可制作坩埚，制作耐高温轴承，D正确。]
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)(2024·河北卷)透雕白玉璧主要成分是硅酸盐。 (√)
(2)(2024·湖北卷)黏土高温烧结制陶瓷的过程形成新的化学键。 (√)
(3)(2023·辽宁卷)制粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 (√)
(4)(2023·广东卷)千家万户通光纤，光纤的主要材质为Si。 (×)
(5)(2022·湖南卷)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一。 (√)
(6)(2022·浙江6月卷)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。 (×)
(7)(2021·广东卷)利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品的原理为氢氟酸可与SiO2反应。 (√)
(8)(2022·辽宁卷)火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料。 (×)
2．(2025·河南卷)活字印刷术极大地促进了世界文化的交流，推动了人类文明的进步。下列“活字”字坯的主要成分为硅酸盐的是(　　)
A．泥活字 B．木活字 C．铜活字 D．铅活字
A　[泥活字字坯的主要原料是黏土，黏土的主要成分是硅酸盐，A正确；木活字字坯的主要成分是纤维素，纤维素属于有机高分子，B错误；铜活字字坯和铅活字字坯的主要成分均为金属，均属于金属材料，C、D错误。]
3．(2023·广东卷)“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
C　[九霄环佩木古琴主要由木材制成，弦由动物筋制得，A错误；裴李岗文化骨笛由动物骨骼制成，骨骼主要成分不是硅酸盐，B错误；商朝后期陶埙属于陶瓷，陶瓷主要成分为硅酸盐，C正确；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误。]
4．(2025·云南卷)稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的是(　　)
A．SiO2可与NaOH溶液反应
B．盐酸在该工艺中体现了还原性
C．高纯Si可用于制造硅太阳能电池
D．制备纳米Si：SiO2＋2MgSi＋2MgO
B　[稻壳在一定条件下制备纳米SiO2，纳米SiO2和Mg在650 ℃发生置换反应生成MgO和纳米Si，加盐酸将MgO转化为MgCl2，过滤、洗涤、干燥得到纳米Si。SiO2是酸性氧化物，与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，A正确；盐酸参与的反应为MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O，该反应是非氧化还原反应，盐酸体现酸性，没有体现还原性，B错误；高纯硅可以将太阳能转化为电能，故可用于制造硅太阳能电池，C正确；SiO2和Mg在650 ℃条件下发生置换反应得到MgO和纳米Si，反应的化学方程式为SiO2＋2MgSi＋2MgO，D正确。]
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↓＋Na2SO4
C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替
D．SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物
D　[SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，但与氢氟酸反应的生成物不是盐，所以二氧化硅不是两性氧化物，而是酸性氧化物，D不正确。]
课时数智作业(二十一)　无机非金属材料
(建议用时：30分钟　分值：50分)
说明：选择题每小题3分
『夯基补弱』
1．(2025·福建名校联盟一模)化学物质在航空航天领域用途广泛。下列有关物质用途说法错误的是(　　)
A．SiO2可作航天飞行器的太阳能电池板
B．N2H4和N2O4可作火箭发射的推进剂
C．高温结构陶瓷可作航天飞船发动机材料
D．耐高温碳纤维可作航天服材料
A　[Si可作航天飞行器的太阳能电池板，不是SiO2，A项错误；N2H4和N2O4发生反应时，会产生大量的热并释放出大量气体，可作火箭发射的推进剂，B项正确；航天飞船发动机在工作时会产生高温，同时要承受高压等极端条件。高温结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优良性能，所以适合用作航天飞船发动机材料，C项正确；航天服需要在太空复杂的环境中保护宇航员，要求材料具备耐高温、强度高以抵御太空辐射和微小流星体撞击，同时质量轻，便于宇航员活动。耐高温碳纤维正好具备这些特性，所以可作航天服材料，D项正确。]
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”使黏土发生了复杂的物理和化学变化
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
A　[沙子的主要成分为二氧化硅，不属于硅酸盐，A项错误；黏土烧制成瓦的过程中发生了复杂的物理和化学变化，B项正确；由“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”可知，C项正确；黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D项正确。]
3．(2025·安徽A10联盟12月联考)材料科技影响生活，下列有关材料科技的说法，错误的是(　　)
A．全息投影膜是一种薄而柔的聚酯膜，聚酯是通过缩聚反应形成的
B．硼墨烯在电子产品、光伏导电等领域得到广泛应用，原因是其具有优异的光学性能
C．五碳化四钽铪(Ta4HfC5)合金的熔点为4 215 ℃，可用作发动机部件的原因是其具有耐高温性能
D．新型无机非金属材料氮化硅用于汽车电机轴承，是因其具有电绝缘和高耐磨的性能
B　[聚酯是通过羟基和羧基缩聚反应形成的，A正确；硼墨烯广泛应用于电子产品和光伏导电等领域是因其具有优异的半导体性能，而不是光学性能，B错误；五碳化四钽铪(Ta4HfC5)合金的熔点为4 215 ℃，熔点很高，故其具有耐高温性能而用作发动机部件，C正确；新型无机非金属材料氮化硅具有硬度大，且不导电，故用于汽车电机轴承是因其具有电绝缘和高耐磨性能，D正确。]
4．工业上以石英砂为原料制取单质硅，其工艺流程图如下：
流程一：SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
流程二：石英砂
下列有关反应分类说法不正确的是(　　)
A．①～⑥均属于氧化还原反应
B．只有①②③属于置换反应
C．⑥既属于氧化还原反应又属于分解反应
D．⑤中的两个化学反应均属于复分解反应
A　[①中硅元素化合价降低，属于氧化还原反应；②中硅元素化合价升高，属于氧化还原反应；③中硅元素化合价降低，属于氧化还原反应；④中镁元素化合价升高，属于氧化还原反应；⑤中没有元素化合价改变，不属于氧化还原反应；⑥中硅元素化合价升高，属于氧化还原反应；A错误；①②③均为单质和化合物生成单质和化合物的反应，属于置换反应，B正确；⑥为硅烷分解为硅单质和H2的反应，既属于氧化还原反应又属于分解反应，C正确；⑤中的两个化学反应均为两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应，属于复分解反应，D正确。]
5．石墨烯已成为全球增长最快的新材料之一，氧化石墨烯是石墨烯的氧化衍生物或功能化石墨烯。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
D　[石墨烯是碳的单质，不是化合物，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，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，所以具有一定的亲水性，D正确。]
『培优提能』
6．高纯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”。它可以按下列方法制备，下列说法不正确的是(　　)
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．灼烧熔融的Na2CO3固体，可用石英坩埚
C．硅和二氧化硅能与氢氟酸反应
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
B　[高温下二氧化硅与C反应生成CO和Si，故A正确；石英的主要成分是二氧化硅，高温下Na2CO3和二氧化硅发生反应，故B错误；沸点相差30 ℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离，D正确。]
7．(2025·沧州一模)沸石是一类分子架构奇特的含水矿物的总称。其中的天然沸石是一类含水铝硅酸盐晶体的总称，它们会因释放水而呈沸腾状，故而得名沸石，又称分子筛(严格说，沸石和分子筛两个术语的内涵是不同的，但经常被不加区别地混用)。它们往往具有复杂的结构，可以灵活地吸水和脱水。以下给出了几种沸石的结构图：
其中一种A型沸石的分子式可表示为Na64(H2O)326.71[Si96Al96O384]。用氢氧化钠、铝酸钠和偏硅酸钠在室温下混合后在99 ℃结晶，110 ℃干燥即可得到A型沸石。下列说法不正确的是(　　)
A．沸石具有广泛的用途，可作为吸附剂、干燥剂、催化剂等，并可用于防止溶液暴沸
B．相比较一些传统干燥剂如P2O5等，沸石具备优异的再生性能，可反复使用
C．用氢氧化钠、铝酸钠和偏硅酸钠在室温下混合后在99 ℃结晶，110 ℃干燥一定可以得到纯净的A型沸石
D．由上图给出的沸石笼孔道的结构示意图可以推测分子筛的得名可能来源于沸石具有“只要客体分子能够通过连接沸石笼的孔道，就可以进出沸石”的特殊性质
C　[沸石具有复杂的结构，有许多笼状空穴和通道，常用于分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等，并且沸石有多孔结构，可用于防止溶液暴沸，A正确；沸石可以灵活地吸水和脱水，具备优异的再生性能，可反复使用，B正确；由题给信息可知，一种A型沸石的分子式可表示为Na64(H2O)326.71[Si96Al96O384]，A型沸石是由多种物质组成的混合物，C错误；沸石是一种具有多孔结构的铝硅酸盐，有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故又称“分子筛”，D正确。]
8．(14分)硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：_________________________________________________
________________________________________________________________。(3分)
(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1 420 ℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：
①净化N2和H2时，铜屑的作用是_______________________________________
____________________________________________________________________，
硅胶的作用是_________________________________________________________
_______________________________________________________________。(4分)
②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)＋3O2(g)　ΔH＝－727.5 kJ·mol-1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________；
体系中要通入适量的氢气是为了_________________________________________
________________________________________________________________。(6分)
③X可能是________(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。(1分)
[解析]　(1)根据元素守恒可写出化学方程式：3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧气和水蒸气都能腐蚀氮化硅，而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气，所以铜屑的作用是除去氧气，硅胶的作用是除去生成的水蒸气。②因为该反应是放热反应，如果温度过高，局部过热，会导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；通入氢气能将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化铜能被还原生成铜，因此要除去铜应该选择稀硝酸，稀盐酸和稀硫酸不能溶解铜，氢氟酸能腐蚀氮化硅。
[答案]　(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl
(2)①除去原料气中的氧气　除去生成的水蒸气　②该反应是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触　将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽)　③硝酸
9．(15分)(2025·湖北高中协作体联考)白炭黑(SiO2·H2O)广泛应用于橡胶、涂料、印刷等行业，可用蛇纹石[主要成分为Mg6(Si4O10)(OH)8]来制取，其主要工艺流程如图所示：
(1)蛇纹石用氧化物形式可表示为________________________________。(3分)
(2)碱浸时，为提高其中硅酸盐的浸取率，除采用合适的液固比和循环浸取外，还可采用的方法：
①___________________________________________________________________；
②____________________________________________________(任举两种)。(4分)
(3)过滤1得到的滤液的主要成分是______________________________________
_______________________________________________________________。(2分)
(4)滤液与盐酸反应的离子方程式为______________________________________
_______________________________________________________________。(3分)
(5)洗涤时，如何证明产品已洗涤干净？___________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_______________________________________________________________。(3分)
[解析]　蛇纹石主要成分为Mg6(Si4O10)(OH)8，氢氧化钠溶液浸出后，过滤，滤渣循环浸出，滤液中含有硅酸钠，加入盐酸，生成硅酸沉淀和氯化钠，过滤，氯化钠循环使用，硅酸滤渣洗涤、干燥，得到产品。
(1)用氧化物形式表示复杂硅酸盐的化学式时，应按金属性强弱顺序书写氧化物，中间用“·”隔开，再写非金属氧化物，H2O放在最后，因此Mg6(Si4O10)(OH)8用氧化物形式表示为6MgO·4SiO2·4H2O。(2)为提高其中硅酸盐的浸取率，还可采用的方法：适当升高温度、连续搅拌(或适当延长停留时间、选择合适的氢氧化钠浓度等)。(3)氢氧化钠和二氧化硅反应生成硅酸钠和水，所以过滤1得到的滤液的主要成分是硅酸钠和氢氧化钠溶液。(4)滤液主要成分是硅酸钠和氢氧化钠溶液，与盐酸反应生成硅酸和氯化钠，反应的离子方程式为＋2H＋===H2SiO3↓、OH－＋H＋===H2O。(5)可以检验是否存在氯离子来检验是否洗涤干净，具体方法是：取少许最后一次洗涤液，滴入2～3滴硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，证明已经洗涤干净。
[答案]　(1)6MgO·4SiO2·4H2O
(2)①适当升高温度　②连续搅拌(或适当延长停留时间、选择合适浓度的氢氧化钠溶液等)
(3)硅酸钠和氢氧化钠溶液
＋2H＋===H2SiO3↓、OH－＋H＋===H2O
(5)取少许最后一次洗涤液，滴入2～3滴稀硝酸酸化的AgNO3溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤干净
1 / 16第7讲　无机非金属材料
1．了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。
2．了解硅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1　碳、硅及其化合物
1．碳
(1)碳族元素
①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___________________________________________________________________。
②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)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 钻石制作，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
(3)CO2在自然界中的循环
①CO2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：
a．溶于江水、海水中：CO2＋H2O H2CO3；
b．光合作用可以将CO2转化为O2；
c．岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===________________。
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
(3)二氧化硅
(4)硅酸(H2SiO3)
[图解教材]人教必修第二册
高纯硅的制备
过程 化学方程式
Ⅰ SiO2＋2CSi＋2CO↑
Ⅱ Si＋3HClSiHCl3＋H2
Ⅲ SiHCl3＋H2Si＋3HCl
[备考提醒]
(1)用作半导体材料的是晶体硅，用于制作光导纤维的是 SiO2，计算机芯片、太阳能电池的成分是晶体硅。
(2)光导纤维是利用二氧化硅对光信号的传播，不是利用其导电性。
(3)二氧化硅不是两性氧化物，其只与氢氟酸反应，不与其他酸反应。
(4)不能根据反应SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑判断C、Si的还原性强弱。
(5)不能根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑判断C、Si的非金属性强弱。
1．(人教必修第二册习题改编)下列关于硅的说法不正确的是(　　)
A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
2．(人教必修第二册习题改编)下列溶液中：①硅酸钠溶液　②氢氟酸　③氢氧化钠溶液　④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是(　　)
A．①③　　B．②④　　C．②③　　D．①④
3．(人教必修第二册习题改编)设NA为阿伏加德罗常数的值。工业上制备高纯度硅的反应有：
①SiO2＋2CSi＋2CO↑
②Si＋3HClSiHCl3＋H2
③SiHCl3＋H2Si＋3HCl
已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8。下列有关说法正确的是(　　)
A．①中，30 g氧化剂含极性键数目为NA
B．②中，生成1 g H2时转移电子数为NA
C．②和③互为可逆反应
D．②和③的目的是除去粗硅中的杂质
考点2　无机非金属材料
1．传统无机非金属材料
三种常见硅酸盐材料的比较
种类 水泥 普通玻璃 陶瓷
生产原料 ________________ ________________ 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
主要成分 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙 Na2SiO3、和________ 硅酸盐
2．新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷，一般用碳化硅、氮化硅和某些金属氧化物等在高温下烧结而成。
组成 不再限于传统的硅酸盐体系
特性和功能 在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
碳化硅 化学式 SiC
俗称 金刚砂
结构 碳原子和硅原子通过________连接，具有类似金刚石的结构，属于________晶体
性能、用途 硬度大，用作砂纸、砂轮的磨料；具有优异的高温抗氧化性能，用作耐高温结构材料，耐高温半导体材料
(2)碳纳米材料
在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
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，其有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、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 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
[备考提醒]
(1)传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，新型无机非金属材料不属于硅酸盐，甚至不含硅元素。
(2)水晶、石英、玛瑙、硅石的主要成分是SiO2。
(3)晶体硅、晶体二氧化硅、新型陶瓷(如SiC、压电陶瓷、超导陶瓷)、碳纳米材料等均为新型无机非金属材料。
传统硅酸盐材料的性能及应用
1．(人教必修第二册习题改编)下列物品或设施使用了硅酸盐材料的是(　　)
①陶瓷餐具　②砖瓦　③混凝土桥墩　④门窗玻璃　⑤水晶镜片　⑥石英钟　⑦水晶项链　⑧硅太阳能电池　⑨光导纤维　⑩计算机芯片
A．⑧⑩ B．⑤⑥⑦⑨
C．①②③④ D．②④⑥
2．(人教必修第二册习题改编)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
[误区警示]硅酸盐的表示方法
硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为
例如：钠长石NaAlSi3O8不能写成
·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
新型无机非金属材料的性能及应用
3．(人教必修第二册习题改编)氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维、碳化硅和石墨烯等都属于新型无机非金属材料，下列说法正确的是(　　)
A．碳化硅为分子晶体
B．氧化铝陶瓷坩埚可用于熔融氢氧化钠固体
C．石墨烯中碳原子采用sp2杂化，未杂化的p电子形成大π键
D．航空母舰上的拦阻索所用的特种钢缆属于无机非金属材料
4．(人教必修第二册习题改编)氮化硅(Si3N4)熔点高，硬度大，电绝缘性好。氮化硅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＋6CO。下列有关说法正确的是(　　)
A．制备反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2
B．若该反应生成67.2 L(标准状况)一氧化碳，则生成氮化硅1 mol
C．上述反应中只涉及1种新型无机非金属材料
D．氮化硅可制作坩埚，制作耐高温轴承
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)(2024·河北卷)透雕白玉璧主要成分是硅酸盐。 (　　)
(2)(2024·湖北卷)黏土高温烧结制陶瓷的过程形成新的化学键。 (　　)
(3)(2023·辽宁卷)制粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 (　　)
(4)(2023·广东卷)千家万户通光纤，光纤的主要材质为Si。 (　　)
(5)(2022·湖南卷)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一。 (　　)
(6)(2022·浙江6月卷)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。 (　　)
(7)(2021·广东卷)利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品的原理为氢氟酸可与SiO2反应。 (　　)
(8)(2022·辽宁卷)火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料。 (　　)
2．(2025·河南卷)活字印刷术极大地促进了世界文化的交流，推动了人类文明的进步。下列“活字”字坯的主要成分为硅酸盐的是(　　)
A．泥活字 B．木活字 C．铜活字 D．铅活字
3．(2023·广东卷)“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．(2025·云南卷)稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的是(　　)
稻壳纳米SiO2MgO＋纳米SiMgCl2＋纳米Si
A．SiO2可与NaOH溶液反应
B．盐酸在该工艺中体现了还原性
C．高纯Si可用于制造硅太阳能电池
D．制备纳米Si：SiO2＋2MgSi＋2MgO
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↓＋Na2SO4
C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替
D．SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物
1 / 8

展开更多......

收起↑