资源简介

第24讲　硅　无机非金属材料
1.掌握硅及其重要化合物的主要性质,认识这些物质在生产生活中的应用。2.了解无机非金属材料的性质和用途。
考点一　硅及其重要化合物
1.硅单质
2.二氧化硅
(1)SiO2既能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,能认为SiO2属于两性氧化物吗
不能。两性氧化物指既能与酸反应生成一种盐和水,又能与碱反应生成一种盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水。
(2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸 简述理由。
不能,玻璃中含有二氧化硅,能被氢氟酸腐蚀,化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。
3.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。
②用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。
为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应,生成具有黏性的Na2SiO3,把瓶塞与瓶口黏结在一起。
1.下列关于硅的说法不正确的是(　C　)
A.硅是非金属元素,晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,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、氧气等非金属单质反应
2.(2026·重庆江津区期末)下列有关硅及其化合物的说法不正确的是(　D　)
A.在粗硅的提取中发生反应:2C+SiO22CO↑+Si,硅元素被还原
B.Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸
解析:该反应中SiO2中的Si得电子被还原,A正确;Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气,SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水,B正确;二氧化硅无法直接与水反应生成硅酸,因此先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠,硅酸钠溶液再与二氧化碳反应生成硅酸,C正确;酸性强弱的比较需要在没有外界条件干扰的情况下才能进行,该反应的反应条件为高温,且生成的CO2不断逸出,促使反应的进行,不能比较硅酸与碳酸的酸性强弱,D错误。
3.(2025·福建福州质检)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)分别向Na2SiO3溶液中加入下列物质,能生成不溶于NaOH溶液的白色沉淀的是③(填序号)。
①K　②稀盐酸　③CaCl2溶液　④KNO3溶液
(2)复方氢氧化铝的主要成分是氢氧化铝,同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。三硅酸镁的氧化物形式为2MgO·3SiO2·nH2O。
(3)当前制备高纯硅的主要生产过程示意图如下:
①写出制备粗硅反应的化学方程式:SiO2+2CSi+2CO↑。
②高纯硅的用途:制作太阳能电池等。(写出一种)
H2还原SiHCl3过程中若混有O2,可能引起的后果是高温条件下,H2遇O2发生爆炸。
解析:(1)①K先与水反应生成氢氧化钾和氢气,而氢氧化钾与Na2SiO3不反应,所以不符合题意;②HCl酸性强于硅酸,硅酸钠与盐酸反应生成硅酸,硅酸与氢氧化钠反应生成可溶的硅酸钠,最终无白色沉淀,不符合题意;③Na2SiO3和CaCl2反应生成硅酸钙,而硅酸钙不溶于氢氧化钠溶液,所以能生成不溶于NaOH溶液的白色沉淀,符合题意;④Na2SiO3溶液和KNO3溶液不反应,不符合题意。故选③。(2)硅酸盐用氧化物的形式来表示组成的书写顺序是活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→非金属氧化物→二氧化硅→水,三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)的氧化物形式为2MgO·3SiO2·nH2O。(3)①石英砂和焦炭在高温下反应生成粗硅和CO,反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。
高纯硅的制备
【考题】　(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 (1)晶体硅、二氧化硅的用途有哪些 (2)二氧化硅为酸性氧化物,能不能与NaOH溶液反应 (3)根据物质的转化分析金属镁、盐酸分别发生了哪些反应 【答案】　B
【教材】　(人教版必修第二册P22·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。 　　其中涉及的主要化学反应为: SiO2+2CSi+2CO↑ Si+3HClSiHCl3+H2 SiHCl3+H2Si+3HCl (1)二氧化硅高温下能被焦炭(强还原剂)还原为硅单质。 (2)硅单质在300 ℃可与盐酸反应置换出氢气。 (3)SiHCl3能被H2在高温下还原,能提高硅的纯度。 (4)高纯硅制备过程氢气可循环使用。
1.(2026·黑龙江九师联盟月考)麦秸秆制备纳米Si的流程如图所示。下列说法正确的是(　B　)
A.纳米SiO2属于胶体
B.一定条件,反应Ⅰ用焦炭代替金属镁也可制备纳米Si
C.高纯SiO2是制造硅太阳能电池的重要原料
D.反应Ⅱ也可以用NaOH溶液代替盐酸分离出纳米Si
解析:纳米SiO2是纳米级颗粒的纯净物,胶体是分散质粒子直径为1~100 nm的分散系,纳米SiO2不属于胶体,A错误;反应Ⅰ为SiO2与Mg的置换反应(SiO2+2MgSi+2MgO),焦炭(C)具有还原性,在高温条件下可发生反应SiO2+2CSi+2CO↑制备Si,B正确;制造硅太阳能电池的原料是高纯Si,C错误;反应Ⅱ需溶解MgO分离Si,MgO为碱性氧化物,其与盐酸发生反应MgO+2HCl===MgCl2+H2O,但MgO与NaOH溶液不反应,无法分离,D错误。
2.某小组拟在实验室制造硅,其流程如图:
制造原理:2Mg+SiO22MgO+Si。
除杂原理:Mg2Si+4HCl===2MgCl2+SiH4↑,MgO+2HCl===MgCl2+H2O。
下列说法正确的是(　C　)
A.操作1、操作2均为过滤
B.SiO2、SiH4均含有共价键,等质量的二者分子数之比为8︰15
C.点燃石英砂和镁粉的混合物发生的副反应为2Mg+SiMg2Si
D.当有2 mol电子转移时,能生成14 g Si
解析:将溶液和固体分开,采用过滤操作,操作1为过滤,操作2为洗涤和烘干,故A错误;SiO2是共价晶体,没有分子,故B错误;由除杂原理可知副反应为2Mg+SiMg2Si,故C正确;当有2 mol电子转移时,参加反应的Mg的物质的量为1 mol,能生成0.5 mol单质硅,但因有副反应发生,最终获得的Si的质量小于14 g,故D错误。
3.(2025·四川达州模拟)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。
下列说法错误的是(　D　)
A.步骤①中反应的化学方程式:SiO2+2CSi+2CO↑
B.工艺流程中,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分馏
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,则理论上不需要额外补充H2
解析:工艺流程中,各物质沸点不同,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分馏,B正确;结合反应过程,HCl和H2可循环使用,C正确;根据SiCl4+H2SiHCl3+HCl、SiHCl3+H2Si+3HCl,1 mol SiCl4和1 mol SiHCl3完全转化为Si需要3 mol氢气,SiCl4、SiHCl3、H2的物质的量之比为1︰1︰1,则理论上需要额外补充H2,D错误。
考点二　无机非金属材料
1.传统无机非金属材料——硅酸盐材料
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
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。请写出生产普通玻璃过程中发生的两个重要反应。
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
2.新型无机非金属材料
材料类型 主要特性 示例
新型陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅、氮化硼等
功能含硅材料 导磁性 含硅元素4%的硅钢
碳纳米材料 高强度和优良的电学性能 富勒烯、碳纳米管、石墨烯等
1.(2025·黑龙江大庆期中)随着科技发展,一系列新型无机非金属材料相继问世,下列物品没有使用新型无机非金属材料的是(　D　)
A.碳化硅陶瓷轴承 B.超导陶瓷
C.石墨烯材质的超轻海绵 D.窗户上的玻璃
2.龙泉窑是中国历史上的一个名窑,以烧制青瓷而闻名,下列有关说法错误的是(　C　)
A.高温烧结过程包含复杂的化学变化
B.瓷器具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点
C.制作瓷器所用的黏土原料是人工合成的
D.瓷器属于硅酸盐产品,含有金属元素
解析:高温烧结过程是许多物理、化学变化的综合过程,A正确;陶瓷成分是硅酸盐,具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点,B正确;黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤,一般的黏土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成,不是人工合成的,C错误;陶瓷主要原料是黏土,黏土的主要成分为含H2O的铝硅酸盐,含有金属元素,D正确。
3.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2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑、SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O(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石灰石。
(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SiO2(填化学式)。
(4)要将NaOH高温熔化,下列坩埚中可选用的是D(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
解析:(1)铝板易被烧碱腐蚀,玻璃易被氢氟酸腐蚀,反应的化学方程式分别为2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑、SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料为石灰石。(4)普通玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应,故A不符合题意;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B不符合题意;氧化铝坩埚中的氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应,故C不符合题意;铁与熔融的氢氧化钠不反应,故D符合题意。
1.(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　)
A.泥活字 B.木活字
C.铜活字 D.铅活字
2.(2025·甘肃卷)下列爱国主义教育基地的藏品中,主要成分属于无机非金属材料的是(　A　)
A.劳动英雄模范碑(南梁革命纪念馆藏)
B.红军党员登记表(红军长征胜利纪念馆藏)
C.陕甘红军兵工厂铁工具(甘肃省博物馆藏)
D.谢觉哉使用过的皮箱(八路军兰州办事处纪念馆藏)
解析:劳动英雄模范碑通常由石材或混凝土制成,其主要成分为SiO2、硅酸盐等,属于无机非金属材料,A符合题意;红军党员登记表为纸制品,主要成分是纤维素,属于有机高分子材料,B不符合题意;陕甘红军兵工厂铁工具由金属铁制成,属于金属材料,C不符合题意;谢觉哉使用过的皮箱由皮革(动物蛋白质)制成,属于有机高分子材料,D不符合题意。
3.(2024·辽宁卷)文物见证历史,化学创造文明。东北三省出土的下列文物据其主要成分不能与其他三项归为一类的是(　A　)
A.金代六曲葵花鎏金银盏
B.北燕鸭形玻璃注
C.汉代白玉耳杯
D.新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐
解析:A项,金代六曲葵花鎏金银盏主要成分是银,属于金属材料;B项,北燕鸭形玻璃注主要成分是玻璃,属于硅酸盐材料;C项,汉代白玉耳杯主要成分是玉,属于硅酸盐材料;D项,新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐是陶器,属于硅酸盐材料。A选项材质与其他三项材质不同,不能归为一类,故选A。
4.(2024·江西卷)景德镇青花瓷素有“国瓷”的美誉。是以黏土为原料,用含钴、铁的颜料着色,上釉后一次性高温烧制而成的青蓝色彩瓷。下列关于青花瓷说法正确的是(　C　)
A.青蓝色是由于生成了单质钴
B.表面的釉属于有机高分子膜
C.主要成分为铝硅酸盐
D.铁元素的存在形式只有Fe2O3
解析:青花瓷是一种陶瓷,主要成分为铝硅酸盐,C正确。
5.(2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下:
下列说法错误的是(　B　)
A.制备粗硅的反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑
B.1 mol Si含Si—Si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:SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO,A正确;在晶体硅中,每个Si与其周围的4个Si形成共价键,因此,平均每个Si形成2个共价键,1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02×1023,B错误;HCl易溶于水形成盐酸,SiHCl3易水解,H2在高温下遇氧气可能会发生爆炸,原料气应充分去除水和氧气,C正确;Si+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g),该反应是气体分子数减少的反应,为熵减过程,D正确。
课时作业24(总分:55分)
1.(4分)(2026·内蒙古包钢期中)文物记载着中华文明的灿烂成就,具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列文物中,其主要材质为硅酸盐的是(　B　)
A.晋侯鸟尊 B.晋侯夫人玉佩
C.千里江山图 D.兽形玛瑙杯
2.(4分)“四面天成体,硅酸不二盐。合分催化易,贵贱识瑕难。粉碎出新质,熔融弃旧观。单晶福四海,共价造人间。”下列有关这首五律诗的化学知识解读错误的是(　C　)
A.硅酸盐主要以正盐形式存在
B.硅酸盐中,Si和O构成硅氧四面体
C.硅晶体用于制作光导纤维
D.大多数硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀的特点
解析:在硅酸盐结构中,每个Si一般被4个O所包围,构成硅氧四面体,故B正确;硅晶体用于制作计算机芯片、太阳能电池板,二氧化硅用于制作光导纤维,故C错误;硅酸盐中,Si和O构成硅氧四面体,硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、耐高温、耐腐蚀的特点,故D正确。
3.(4分)硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅及其化合物的叙述错误的是(　B　)
A.高纯硅可以制成计算机、通信设备等的芯片
B.硅可以用来生产石英玻璃
C.二氧化硅为立体网状结构,每个硅原子结合4个氧原子
D.氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷,其化学式为Si3N4
解析:高纯硅具有良好的半导体性能,可以制成计算机、通信设备等的芯片,故A正确;石英玻璃的主要成分是二氧化硅,故B错误;二氧化硅为共价晶体,为立体网状结构,其晶体中每个硅原子结合4个氧原子,每个氧原子结合2个硅原子,故C正确;氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷,氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构,Si原子最外层电子数为4,N原子最外层电子数为5,要形成8电子稳定结构,则二者个数比为3︰4,其化学式为Si3N4,故D正确。
4.(4分)(2025·广东东莞模拟)部分含Si物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列说法不正确的是(　D　)
A.化合物c不能与水反应生成对应的酸
B.工业制取单质b时同时产生氧化产物CO
C.向溶液中通入CO2,可以实现e→d的转化
D.化合物a的热稳定性大于甲烷
解析:根据“价—类”二维图,a、b、c、d、e分别为SiH4、Si、SiO2、H2SiO3、Na2SiO3。SiO2不与水反应,A正确;工业制取单质b时同时产生氧化产物CO:SiO2+2CSi+2CO↑,B正确;碳酸酸性大于硅酸,可以强酸制弱酸,C正确;元素非金属性越强,对应简单气态氢化物越稳定,非金属性:Si5.(4分)硅胶吸附剂的结构如图所示,硅胶常用作干燥剂,在其中添加CoCl2可使其指示吸水量,这可用于判断硅胶是否失效,原理如下:CoCl2(蓝色)→CoCl2·6H2O(粉红色),失效的硅胶可加热再生。下列说法错误的是(　B　)
A.当硅胶变粉红色说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物,硅胶可干燥HF
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时,硅胶中的羟基形成了过多氢键从而失去吸附力
解析:二氧化硅可以和HF反应,硅胶中含有SiO2结构,故硅胶不能干燥HF,B项错误。
6.(4分)(2025·河南开封三模)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过特定路线制备,已知X为Z的氧化物,Y是一种氢化物且分子结构与甲烷相似。下列说法错误的是(　B　)
A.X可用来生产光导纤维
B.Z常温下能与盐酸发生化学反应
C.反应①的转化应在保护气中进行
D.流程中涉及2个氧化还原反应
解析:单质Z是一种常见的半导体材料,X为Z的氧化物,Y为氢化物,分子结构与甲烷相似,则X为二氧化硅、Y为硅烷、Z为硅;由转化关系可知,反应①为二氧化硅与镁共热生成硅化镁,反应②为硅化镁与稀盐酸反应生成氯化镁和硅烷,反应③为硅烷受热分解生成硅和氢气。二氧化硅是典型的绝缘体,不具备导电性,但晶体对光具有全反射的特性,所以可用来生产光导纤维,故A正确;硅的化学性质稳定,常温下不能与盐酸反应,故B错误;反应物镁易与空气中的氧气反应生成氧化镁,且反应生成的硅化镁易与水反应生成易自燃的硅烷,所以反应①的转化应在保护气中进行,故C正确;由分析可知,反应①和反应③中有元素化合价发生变化,属于氧化还原反应,故D正确。
7.(4分)SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是(　C　)
A.高炉炼铁时,加入石灰石将铁矿石中的脉石(主要成分为SiO2)转化为易熔的炉渣
B.纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料
C.用硫酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D.图中所含反应存在氧化还原反应
解析:CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,CaSiO3的熔点低于SiO2的熔点,A项正确;光导纤维的主要成分是SiO2,芯片的主要成分是单质硅,纯净的SiO2和单晶硅都是信息产业的重要基础材料,B项正确;硫酸钙微溶于水,应该用盐酸除去CaCO3,C项错误;SiO2+2CSi+2CO↑,Si+2Cl2SiCl4,SiCl4+2H2Si+4HCl,以上三个反应都是氧化还原反应,D项正确。
8.(4分)白炭黑(可用SiO2·nH2O表示其组成)可广泛应用于日用化工、橡胶制品、电子工业等许多领域。以硅酸钠和二氧化碳为原料制备白炭黑的工艺流程如下:
下列说法错误的是(　A　)
A.硅酸钠水溶液必须用带玻璃塞的试剂瓶盛装
B.沉淀反应的离子方程式为Si22===+H2SiO3↓
C.蒸发“滤液”所得晶体中含有离子键和极性共价键
D.用稀盐酸洗涤沉淀的目的是除去沉淀表面的C
解析:硅酸钠水溶液有黏性,能黏合玻璃塞与试剂瓶口,因此硅酸钠水溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装,A项错误;二氧化碳通入硅酸钠溶液中生成硅酸和碳酸钠,B项正确;蒸发“滤液”所得晶体为Na2CO3·xH2O,Na2CO3中含有离子键和极性共价键,H2O中含有极性共价键,C项正确;C可与H+反应:C+2H+===CO2↑+H2O,因此用稀盐酸洗涤沉淀可除去沉淀表面的C,D项正确。
9.(4分)(2025·江西南昌联考)H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如图。下列说法错误的是(　A　)
A.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
B.合成1反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1︰1
C.合成2的反应为SiF4+NaAlH4===SiH4+NaAlF4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
解析:SiO2不溶于H2SO4,SiO2溶于HF,A错误;合成1反应为Na+Al+2H2===NaAlH4,Na、Al化合价升高,H化合价降低,Na、Al是还原剂,H2是氧化剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1︰1,B正确;根据原子守恒,合成2的反应为SiF4+NaAlH4===SiH4+NaAlF4,C正确;净化、热解中硅元素化合价降低,发生还原反应,生成的多晶硅为还原产物,D正确。
10.(19分)(2025·湖北黄冈模拟)如今,半导体“硅”已经成为信息时代高科技的代名词,高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业的基础材料。制备高纯硅的主要工艺流程如图所示:
已知:SiHCl3极易水解,反应过程中会产生氢气。
(1)二氧化硅和硅酸盐是构成地壳中大部分岩石、沙子和土壤的主要成分,SiO2的晶体类型为共价晶体。
(2)写出④的化学方程式:SiHCl3+H2Si+3HCl。
(3)以上①~⑤的流程中,包含置换反应的是①②④(填序号)。整个操作流程都需隔绝空气,原因是防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸(答出两条即可)。
(4)氮化硼陶瓷基复合材料电推进系统及以SiC单晶制作器件,在航空航天特殊环境下具有广泛的应用前景。科学家用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了SiC纳米棒,反应的化学方程式为8Na+CCl4+SiCl4===SiC+8NaCl。
(5)在硅酸盐中,Si四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧原子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大结构类型。图(b)为一种链状结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化方式为sp3,其化学式为。
解析:(1)SiO2的结构为共价键结合成的空间网状结构,所以为共价晶体。(2)④的化学方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl。(3)①~⑤的流程中,①②④均属于置换反应;根据题述流程以及相关信息可知SiHCl3极易水解,反应过程中会产生氢气,而空气中含有氧气和水蒸气,因此整个操作流程都需隔绝空气,原因是防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸。(4)根据提示,用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了SiC纳米棒,反应的化学方程式为8Na+CCl4+SiCl4===SiC+8NaCl。(5)根据图(a)与图(b)可知,每个Si原子周围都与4个O原子相连,无孤电子对,所以Si原子为sp3杂化; 虚线所圈为1个结构单元,含Si原子个数为2+4×=4,含O原子个数为8+6×=11,Si显+4价,0显-2价,则化学式为Si4。(共72张PPT)
第五章　非金属及其化合物
第24讲　硅　无机非金属材料
目
录
考点二　无机非金属材料
课时作业
考点一　硅及其重要化合物
真题演练 感悟高考
复习目标
1.掌握硅及其重要化合物的主要性质,认识这些物质在生产生活中的应用。2.了解无机非金属材料的性质和用途。
一
考点一 硅及其重要化合物
1.硅单质
硅酸盐
氧化物
2.二氧化硅
高
大
(1)SiO2既能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,能认为SiO2属于两性氧化物吗
不能。两性氧化物指既能与酸反应生成一种盐和水,又能与碱反应生成一种盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水。
(2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸 简述理由。
不能,玻璃中含有二氧化硅,能被氢氟酸腐蚀,化学方程式为SiO2+4HF
===SiF4↑+2H2O。
微点助学
3.硅酸和硅酸盐
(1)硅酸
弱
(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。
②用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。
为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应,生成具有黏性的Na2SiO3,把瓶塞与瓶口黏结在一起。
微点助学
1.下列关于硅的说法不正确的是(　　)
A.硅是非金属元素,晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,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、氧气等非金属单质反应
C
2.(2026·重庆江津区期末)下列有关硅及其化合物的说法不正确的是(　　)
A.在粗硅的提取中发生反应:2C+SiO2 　　 2CO↑+Si,硅元素被还原
B.Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2 　　 CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸
D
解析:该反应中SiO2中的Si得电子被还原,A正确;Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气,SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水,B正确;二氧化硅无法直接与水反应生成硅酸,因此先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠,硅酸钠溶液再与二氧化碳反应生成硅酸,C正确;酸性强弱的比较需要在没有外界条件干扰的情况下才能进行,该反应的反应条件为高温,且生成的CO2不断逸出,促使反应的进行,不能比较硅酸与碳酸的酸性强弱,D错误。
3.(2025·福建福州质检)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)分别向Na2SiO3溶液中加入下列物质,能生成不溶于NaOH溶液的白色沉淀的是____(填序号)。
①K　②稀盐酸　③CaCl2溶液　④KNO3溶液
③
解析:①K先与水反应生成氢氧化钾和氢气,而氢氧化钾与Na2SiO3不反应,所以不符合题意;②HCl酸性强于硅酸,硅酸钠与盐酸反应生成硅酸,硅酸与氢氧化钠反应生成可溶的硅酸钠,最终无白色沉淀,不符合题意;③Na2SiO3和CaCl2反应生成硅酸钙,而硅酸钙不溶于氢氧化钠溶液,所以能生成不溶于NaOH溶液的白色沉淀,符合题意;④Na2SiO3溶液和KNO3溶液不反应,不符合题意。故选③。
(2)复方氢氧化铝的主要成分是氢氧化铝,同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)
等化合物。三硅酸镁的氧化物形式为______________________。
解析:硅酸盐用氧化物的形式来表示组成的书写顺序是活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→非金属氧化物→二氧化硅→水,三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)的氧化物形式为2MgO·3SiO2·nH2O。
2MgO·3SiO2·nH2O
(3)当前制备高纯硅的主要生产过程示意图如下:

①写出制备粗硅反应的化学方程式:________________________。
②高纯硅的用途:________________。(写出一种)
③H2还原SiHCl3过程中若混有O2,可能引起的后果是__________________
_________。
解析:①石英砂和焦炭在高温下反应生成粗硅和CO,反应的化学方程式为SiO2+2C 　　　Si+2CO↑。
SiO2+2C
Si+2CO↑
制作太阳能电池等
高温条件下,H2遇O2
发生爆炸
【考题】　(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+2Mg 　　 　Si+2MgO
真题展示
高纯硅的制备
(1)晶体硅、二氧化硅的用途有哪些
(2)二氧化硅为酸性氧化物,能不能与NaOH溶液反应
(3)根据物质的转化分析金属镁、盐酸分别发生了哪些反应
【答案】　B
【教材】　(人教版必修第二册P22·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。
真题溯源
　　其中涉及的主要化学反应为:
SiO2+2C 　　　　　　 Si+2CO↑
Si+3HCl 　　 　SiHCl3+H2
SiHCl3+H2 　　　　Si+3HCl
真题溯源
(1)二氧化硅高温下能被焦炭(强还原剂)还原为硅单质。
(2)硅单质在300 ℃可与盐酸反应置换出氢气。
(3)SiHCl3能被H2在高温下还原,能提高硅的纯度。
(4)高纯硅制备过程氢气可循环使用。
1.(2026·黑龙江九师联盟月考)麦秸秆制备纳米Si的流程如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.纳米SiO2属于胶体
B.一定条件,反应Ⅰ用焦炭代替金属镁也可制备纳米Si
C.高纯SiO2是制造硅太阳能电池的重要原料
D.反应Ⅱ也可以用NaOH溶液代替盐酸分离出纳米Si
B
解析:纳米SiO2是纳米级颗粒的纯净物,胶体是分散质粒子直径为1~100 nm的分散系,纳米SiO2不属于胶体,A错误;反应Ⅰ为SiO2与Mg的置换反应(SiO2+2Mg 　　 Si+2MgO),焦炭(C)具有还原性,在高温条件下可发生反应SiO2+2C 　　Si+2CO↑制备Si,B正确;制造硅太阳能电池的原料是高纯Si,C错误;反应Ⅱ需溶解MgO分离Si,MgO为碱性氧化物,其与盐酸发生反应MgO+2HCl===MgCl2+H2O,但MgO与NaOH溶液不反应,无法分离,D错误。
2.某小组拟在实验室制造硅,其流程如图:
制造原理:2Mg+SiO2 　　 2MgO+Si。
除杂原理:Mg2Si+4HCl===2MgCl2+SiH4↑,MgO+2HCl===MgCl2+H2O。
下列说法正确的是(　　)
A.操作1、操作2均为过滤
B.SiO2、SiH4均含有共价键,等质量的二者分子数之比为8︰15
C.点燃石英砂和镁粉的混合物发生的副反应为2Mg+Si 　　 Mg2Si
D.当有2 mol电子转移时,能生成14 g Si
C
解析:将溶液和固体分开,采用过滤操作,操作1为过滤,操作2为洗涤和烘干,故A错误;SiO2是共价晶体,没有分子,故B错误;由除杂原理可知副反应为2Mg+Si 　　Mg2Si,故C正确;当有2 mol电子转移时,参加反应的Mg的物质的量为1 mol,能生成0.5 mol单质硅,但因有副反应发生,最终获得的Si的质量小于14 g,故D错误。
3.(2025·四川达州模拟)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。
下列说法错误的是(　　)
A.步骤①中反应的化学方程式:SiO2+2C 　　　Si+2CO↑
B.工艺流程中,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分馏
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,则理论上不需要额外补充H2
D
解析:工艺流程中,各物质沸点不同,从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分馏,B正确;结合反应过程,HCl和H2可循环使用,C正确;根据SiCl4+H2 　　 SiHCl3+HCl、SiHCl3+H2 　　　Si+3HCl,1 mol SiCl4和
1 mol SiHCl3完全转化为Si需要3 mol氢气,SiCl4、SiHCl3、H2的物质的量之比为1︰1︰1,则理论上需要额外补充H2,D错误。
二
考点二 无机非金属材料
1.传统无机非金属材料——硅酸盐材料
材料 水泥 玻璃 陶瓷
生产原料 ____________ ____________________ ____
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。请写出生产普通玻璃过程中发生的两个重要反应。
Na2CO3+SiO2 　　　Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2 　　　CaSiO3
+CO2↑。
微点助学
2.新型无机非金属材料
材料类型 主要特性 示例
新型陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅、氮化硼等
功能含硅材料 导磁性 含硅元素4%的硅钢
碳纳米材料 高强度和优良的电学性能 富勒烯、碳纳米管、石墨烯等
1.(2025·黑龙江大庆期中)随着科技发展,一系列新型无机非金属材料相继问世,下列物品没有使用新型无机非金属材料的是(　　)
A.碳化硅陶瓷轴承 B.超导陶瓷
C.石墨烯材质的超轻海绵 D.窗户上的玻璃
D
2.龙泉窑是中国历史上的一个名窑,以烧制青瓷而闻名,下列有关说法错误的是(　　)
A.高温烧结过程包含复杂的化学变化
B.瓷器具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点
C.制作瓷器所用的黏土原料是人工合成的
D.瓷器属于硅酸盐产品,含有金属元素
C
解析:高温烧结过程是许多物理、化学变化的综合过程,A正确;陶瓷成分是硅酸盐,具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点,B正确;黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤,一般的黏土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成,不是人工合成的,C错误;陶瓷主要原料是黏土,黏土的主要成分为含H2O的铝硅酸盐,含有金属元素,D正确。
3.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)。
解析:铝板易被烧碱腐蚀,玻璃易被氢氟酸腐蚀,反应的化学方程式分别为2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑、SiO2+4HF===SiF4↑+
2H2O。
2Al+2NaOH+
6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是______。
解析:生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料为石灰石。
(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)。
石灰石
SiO2
(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
解析:普通玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应,故A不符合题意;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B不符合题意;氧化铝坩埚中的氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应,故C不符合题意;铁与熔融的氢氧化钠不反应,故D符合题意。
D
三
真题演练 感悟高考
1.(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
2.(2025·甘肃卷)下列爱国主义教育基地的藏品中,主要成分属于无机非金属材料的是(　　)
A.劳动英雄模范碑(南梁革命纪念馆藏)
B.红军党员登记表(红军长征胜利纪念馆藏)
C.陕甘红军兵工厂铁工具(甘肃省博物馆藏)
D.谢觉哉使用过的皮箱(八路军兰州办事处纪念馆藏)
A
解析:劳动英雄模范碑通常由石材或混凝土制成,其主要成分为SiO2、硅酸盐等,属于无机非金属材料,A符合题意;红军党员登记表为纸制品,主要成分是纤维素,属于有机高分子材料,B不符合题意;陕甘红军兵工厂铁工具由金属铁制成,属于金属材料,C不符合题意;谢觉哉使用过的皮箱由皮革(动物蛋白质)制成,属于有机高分子材料,D不符合题意。
3.(2024·辽宁卷)文物见证历史,化学创造文明。东北三省出土的下列文物据其主要成分不能与其他三项归为一类的是(　　)
A.金代六曲葵花鎏金银盏
B.北燕鸭形玻璃注
C.汉代白玉耳杯
D.新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐
解析:A项,金代六曲葵花鎏金银盏主要成分是银,属于金属材料;B项,北燕鸭形玻璃注主要成分是玻璃,属于硅酸盐材料;C项,汉代白玉耳杯主要成分是玉,属于硅酸盐材料;D项,新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐是陶器,属于硅酸盐材料。A选项材质与其他三项材质不同,不能归为一类,故选A。
A
4.(2024·江西卷)景德镇青花瓷素有“国瓷”的美誉。是以黏土为原料,用含钴、铁的颜料着色,上釉后一次性高温烧制而成的青蓝色彩瓷。下列关于青花瓷说法正确的是(　　)
A.青蓝色是由于生成了单质钴
B.表面的釉属于有机高分子膜
C.主要成分为铝硅酸盐
D.铁元素的存在形式只有Fe2O3
解析:青花瓷是一种陶瓷,主要成分为铝硅酸盐,C正确。
C
5.(2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下:
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
B
解析:SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO,A正确;在晶体硅中,每个Si与其周围的4个Si形成共价键,因此,平均每个Si形成2个共价键,1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02×1023,B错误;HCl易溶于水形成盐酸,SiHCl3易水解,H2在高温下遇氧气可能会发生爆炸,原料气应充分去除水和氧气,C正确;Si+3HCl(g) 　　 　SiHCl3(g)+H2(g),该反应是气体分子数减少的反应,为熵减过程,D正确。
四
课时作业24
1.(4分)(2026·内蒙古包钢期中)文物记载着中华文明的灿烂成就,具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列文物中,其主要材质为硅酸盐的是(　　)
A.晋侯鸟尊 B.晋侯夫人玉佩
C.千里江山图 D.兽形玛瑙杯
B
2.(4分)“四面天成体,硅酸不二盐。合分催化易,贵贱识瑕难。粉碎出新质,熔融弃旧观。单晶福四海,共价造人间。”下列有关这首五律诗的化学知识解读错误的是(　　)
A.硅酸盐主要以正盐形式存在
B.硅酸盐中,Si和O构成硅氧四面体
C.硅晶体用于制作光导纤维
D.大多数硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀的特点
C
解析:在硅酸盐结构中,每个Si一般被4个O所包围,构成硅氧四面体,故B正确;硅晶体用于制作计算机芯片、太阳能电池板,二氧化硅用于制作光导纤维,故C错误;硅酸盐中,Si和O构成硅氧四面体,硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、耐高温、耐腐蚀的特点,故D正确。
3.(4分)硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅及其化合物的叙述错误的是(　　)
A.高纯硅可以制成计算机、通信设备等的芯片
B.硅可以用来生产石英玻璃
C.二氧化硅为立体网状结构,每个硅原子结合4个氧原子
D.氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷,其化学式为Si3N4
B
解析:高纯硅具有良好的半导体性能,可以制成计算机、通信设备等的芯片,故A正确;石英玻璃的主要成分是二氧化硅,故B错误;二氧化硅为共价晶体,为立体网状结构,其晶体中每个硅原子结合4个氧原子,每个氧原子结合2个硅原子,故C正确;氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷,氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构,Si原子最外层电子数为4,N原子最外层电子数为5,要形成8电子稳定结构,则二者个数比为3︰4,其化学式为Si3N4,故D正确。
4.(4分)(2025·广东东莞模拟)部分含Si物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.化合物c不能与水反应生成对应的酸
B.工业制取单质b时同时产生氧化产物CO
C.向溶液中通入CO2,可以实现e→d的转化
D.化合物a的热稳定性大于甲烷
D
解析:根据“价—类”二维图,a、b、c、d、e分别为SiH4、Si、SiO2、H2SiO3、Na2SiO3。SiO2不与水反应,A正确;工业制取单质b时同时产生氧化产物CO:SiO2+2C 　　Si+2CO↑,B正确;碳酸酸性大于硅酸,可以强酸制弱酸,C正确;元素非金属性越强,对应简单气态氢化物越稳定,非金属性:Si5.(4分)硅胶吸附剂的结构如图所示,硅胶常用作干燥剂,在其中添加CoCl2可
使其指示吸水量,这可用于判断硅胶是否失效,原理如下:CoCl2(蓝色)→
CoCl2·6H2O(粉红色),失效的硅胶可加热再生。下列说法错误的是(　　)
A.当硅胶变粉红色说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物,硅胶可干燥HF
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时,硅胶中的羟基形成
了过多氢键从而失去吸附力
解析:二氧化硅可以和HF反应,硅胶中含有SiO2结构,故硅胶不能干燥HF,B项错误。
B
6.(4分)(2025·河南开封三模)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过特定路线制备,已知X为Z的氧化物,Y是一种氢化物且分子结构与甲烷相似。下列说法错误的是(　　)
A.X可用来生产光导纤维
B.Z常温下能与盐酸发生化学反应
C.反应①的转化应在保护气中进行
D.流程中涉及2个氧化还原反应
B
解析:单质Z是一种常见的半导体材料,X为Z的氧化物,Y为氢化物,分子结构与甲烷相似,则X为二氧化硅、Y为硅烷、Z为硅;由转化关系可知,反应①为二氧化硅与镁共热生成硅化镁,反应②为硅化镁与稀盐酸反应生成氯化镁和硅烷,反应③为硅烷受热分解生成硅和氢气。二氧化硅是典型的绝缘体,不具备导电性,但晶体对光具有全反射的特性,所以可用来生产光导纤维,故A正确;硅的化学性质稳定,常温下不能与盐酸反应,故B错误;反应物镁易与空气中的氧气反应生成氧化镁,且反应生成的硅化镁易与水反应生成易自燃的硅烷,所以反应①的转化应在保护气中进行,故C正确;由分析可知,反应①和反应③中有元素化合价发生变化,属于氧化还原反应,故D正确。
7.(4分)SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是(　　)
A.高炉炼铁时,加入石灰石将
铁矿石中的脉石(主要成分为
SiO2)转化为易熔的炉渣
B.纯净的二氧化硅和单晶硅都
是信息产业的重要基础材料
C.用硫酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D.图中所含反应存在氧化还原反应
C
解析:CaCO3+SiO2 　　CaSiO3+CO2↑,CaSiO3的熔点低于SiO2的熔点,A项正确;光导纤维的主要成分是SiO2,芯片的主要成分是单质硅,纯净的SiO2和单晶硅都是信息产业的重要基础材料,B项正确;硫酸钙微溶于水,应该用盐酸除去CaCO3,C项错误;SiO2+2C 　　 Si+2CO↑,Si+2Cl2 　　　
SiCl4,SiCl4+2H2 　　　Si+4HCl,以上三个反应都是氧化还原反应,D项正确。
8.(4分)白炭黑(可用SiO2·nH2O表示其组成)可广泛应用于日用化工、橡胶制品、电子工业等许多领域。以硅酸钠和二氧化碳为原料制备白炭黑的工艺流程如下:
下列说法错误的是(　　)
A.硅酸钠水溶液必须用带玻璃塞的试剂瓶盛装
B.沉淀反应的离子方程式为Si22===+H2SiO3↓
C.蒸发“滤液”所得晶体中含有离子键和极性共价键
D.用稀盐酸洗涤沉淀的目的是除去沉淀表面的C
A
解析:硅酸钠水溶液有黏性,能黏合玻璃塞与试剂瓶口,因此硅酸钠水溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装,A项错误;二氧化碳通入硅酸钠溶液中生成硅酸和碳酸钠,B项正确;蒸发“滤液”所得晶体为Na2CO3·xH2O,Na2CO3中含有离子键和极性共价键,H2O中含有极性共价键,C项正确;C可与H+反应:C+2H+===CO2↑+H2O,因此用稀盐酸洗涤沉淀可除去沉淀表面的C,D项正确。
9.(4分)(2025·江西南昌联考)H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如图。下列说法错误的是(　　)
A.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
B.合成1反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1︰1
C.合成2的反应为SiF4+NaAlH4===SiH4+NaAlF4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
A
解析:SiO2不溶于H2SO4,SiO2溶于HF,A错误;合成1反应为Na+Al+2H2===
NaAlH4,Na、Al化合价升高,H化合价降低,Na、Al是还原剂,H2是氧化剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1︰1,B正确;根据原子守恒,合成2的反应为SiF4+NaAlH4===SiH4+NaAlF4,C正确;净化、热解中硅元素化合价降低,发生还原反应,生成的多晶硅为还原产物,D正确。
10.(19分)(2025·湖北黄冈模拟)如今,半导体“硅”已经成为信息时代高科技的代名词,高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业的基础材料。制备高纯硅的主要工艺流程如图所示:
已知:SiHCl3极易水解,反应过程中会产生氢气。
(1)二氧化硅和硅酸盐是构成地壳中大部分岩石、沙子和土壤的主要成分,SiO2的晶体类型为__________。
解析:SiO2的结构为共价键结合成的空间网状结构,所以为共价晶体。
(2)写出④的化学方程式:_____________________________。
解析:④的化学方程式为SiHCl3+H2 　　　　Si+3HCl。
共价晶体
SiHCl3+H2
Si+3HCl
(3)以上①~⑤的流程中,包含置换反应的是_______ (填序号)。整个操作流程都需隔绝空气,原因是___________________________________________
______________________(答出两条即可)。
解析:①~⑤的流程中,①②④均属于置换反应;根据题述流程以及相关信息可知SiHCl3极易水解,反应过程中会产生氢气,而空气中含有氧气和水蒸气,因此整个操作流程都需隔绝空气,原因是防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸。
①②④
防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气
与氧气反应而发生爆炸
(4)氮化硼陶瓷基复合材料电推进系统及以SiC单晶制作器件,在航空航天特殊环境下具有广泛的应用前景。科学家用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了SiC纳米棒,反应的化学方程式为____________________________
________。
解析:根据提示,用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了SiC纳米棒,反应的化学方程式为8Na+CCl4+SiCl4===SiC+8NaCl。
8Na+CCl4+SiCl4===SiC+
8NaCl
(5)在硅酸盐中,Si四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧原子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大结构类型。图(b)为一种链状结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化方式为____,其化学式为______。
sp3
Si4
解析:根据图(a)与图(b)可知,每个Si原子周围都与4个O原子相连,无孤电
子对,所以Si原子为sp3杂化; 　　　　 　　虚线所圈为1个结构单元,含
Si原子个数为2+4×=4,含O原子个数为8+6×=11,Si显+4价,0显-2价,则化学式为Si4。
Thank you
本课结束

展开更多......

收起↑