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第三节　无机非金属材料
课时目标　1.了解传统硅酸盐材料的工业生产、成分、性能及应用。2.掌握硅、二氧化硅的结构、性质和用途。3.了解几种常见的新型无机非金属材料特点和用途。
一、硅酸盐材料
1.无机非金属材料
从组成上看,许多无机非金属材料含有硅、氧等元素,具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点,以及特殊的光学、电学等性能。
2.硅酸盐材料及结构
(1)结构
在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体结构(如图所示)。每个Si结合4个O,Si在中心,O在四面体的4个顶角;许多这样的四面体可以通过顶角的O相互连接,每个O为两个四面体所共有,与2个Si相结合。
(2)特性
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、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
(3)常见的硅酸盐材料
产品 原料 主要成分 用途
陶瓷 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 硅酸盐 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
玻璃 (普通) 纯碱、石灰石和石英砂 Na2SiO3、 CaSiO3、SiO2 建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等
水泥 石灰石、黏土、适量石膏 硅酸盐 建筑和水利工程
小题对点过
普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制得。写出其中发生反应的化学方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3、CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑
1.下列关于硅酸盐材料的说法正确的是　　　　。
(1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷,其主要原料是黏土
(2)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐
(3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化
(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行
(5)由反应Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3可知,硅酸的酸性比碳酸强
答案　(1)(2)(3)(4)
2.我国古代在材料方面取得了突出的成就。下列材料主要成分不是硅酸盐的是(　　)
A.陶俑 B.琉璃瓦
C.汉白玉 D.青花瓷
答案　C
解析　汉白玉主要成分是碳酸钙,陶、瓷、砖、瓦、紫砂及石棉等主要成分都是硅酸盐。
3.“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、石灰石和石英砂
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　A项,陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品;B项,纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料,而制水泥的原料是黏土和石灰石;C项,硅酸盐制品性质稳定、熔点高;D项,沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸盐。
4.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐,硅酸钠易溶于水,其水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性,常用作黏合剂和防火剂。
(1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀,其离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中,反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)Si+2H+===H2SiO3↓
(2)Si
二、硅和二氧化硅
1.硅
(1)硅元素的存在与结构
存在 原子结构 示意图 周期表中位置
含量 存在形态
地壳中居 第二位 氧化物和 硅酸盐 第三周期、 第ⅣA族
(2)高纯硅的制备
其中涉及的主要化学反应为
①SiO2+2CSi+2CO↑ 、
②Si+3HClSiHCl3+H2、
③SiHCl3+H2Si+3HCl。
(3)硅的主要化学性质
①与F2、O2反应的化学方程式分别为Si+2F2===SiF4、Si+O2SiO2。
②与HF、NaOH反应的化学方程式分别为Si+4HF===SiF4↑+2H2↑、Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。
(1)非金属单质一般不导电,但Si为半导体,有一定的导电能力。
(2)Si的还原性大于C,但C却能在高温条件下从二氧化硅中还原出Si:SiO2+2CSi+2CO↑。
2.二氧化硅
二氧化硅难溶于水,是一种酸性氧化物,与水不反应。
(1)与酸反应(只与氢氟酸反应):SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。
(2)与碱反应(如NaOH):SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O。
(3)与碱性氧化物反应(如CaO):SiO2+CaOCaSiO3。
(4)与非金属单质反应(如C):SiO2+2CSi+2CO↑。
(5)与某些盐的反应(如CaCO3):SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑。
小题对点过
(1)SiO2既能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,SiO2　　　　(填“属于”或“不属于”)两性氧化物,因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸 若不能,写出化学方程式,简述理由。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液,是因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水反应制备H2SiO3,请你设计一个合理的方案,实现SiO2—→H2SiO3的转变,并写出反应方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)不属于　SiO2能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水
(2)不能,玻璃中含有二氧化硅,能被氢氟酸腐蚀,发生反应的化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
(3)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
(4)SiO2Na2SiO3H2SiO3。化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O,Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓
(1)盛Na2SiO3的试剂瓶应密封,否则Na2SiO3吸收空气中的CO2和H2O会变质生成H2SiO3沉淀和Na2CO3。
(2)由反应Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑不能说明H2SiO3的酸性比H2CO3的强,这是因为“强酸制弱酸”规律一般适用于在水溶液中发生复分解反应,而SiO2与Na2CO3的反应是在高温非水体系中进行的。
1.关于硅与二氧化硅的下列说法错误的是　　　　。
(1)常温下,硅的化学性质稳定,所以自然界中的硅大部分以游离态的形式存在
(2)硅是良好的半导体材料,可以用来生产芯片和硅太阳能电池等
(3)SiO2能与NaOH和HF反应,故SiO2为两性氧化物
(4)氢氟酸不能用玻璃试剂瓶保存,NaOH溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶保存
(5)H2CO3酸性比H2SiO3的强,故CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀生成
答案　(1)(3)
2.在一定条件下,下列物质不能与二氧化硅反应的是(　　)
①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸
⑤高氯酸　⑥氢氧化钾　⑦氧化钙　⑧氮气
A.③⑤⑦⑧ B.⑤⑦⑧
C.⑤⑧ D.⑤⑦
答案　C
3.(2024·广州高一期中)硅及其化合物是重要的新型无机非金属材料。下列说法不正确的是(　　)
A.高温下用焦炭还原SiO2制备粗硅
B.SiO2与水反应生成硅酸
C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一
D.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得
答案　B
解析　SiO2不与水反应,可以通过硅酸钠与盐酸反应制备硅酸,故选B。
三、新型无机非金属材料
1.新型陶瓷
(1)组成:不再限于传统的硅酸盐体系。
(2)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。
(3)碳化硅(SiC)俗称金刚砂,具有类似金刚石的结构,可用作磨料,还具有优异的高温抗氧化性能,可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
(4)常见的类型:高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。
2.碳纳米材料
碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等,在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
新型材料 结构 性能 用途
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,如C60 — 制碳纳米材料
碳纳 米管 由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径 比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能 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 电阻率低、热导率高,具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
1.(1)将下列左栏中的物质与右栏中对应的性质、用途用线连起来。
(2)填写下列物质主要化学成分的化学式。
①刚玉:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②石英钟:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
③硅太阳能电池:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
④水晶镜片:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
⑤水玻璃:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)①—c　②—a　③—e　④—b　⑤—d
(2)①Al2O3　②SiO2　③Si　④SiO2　⑤Na2SiO3
2.材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法正确的是(　　)
A.二氧化硅广泛用于制备芯片和太阳能电池
B.石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料
C.水泥、玻璃和水晶都是硅酸盐材料
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　B
解析　二氧化硅能够使光线发生全反射,因此广泛用于制备光导纤维;晶体硅是良好半导体材料,可用于制太阳能电池及晶体管等半导体零件,A、D错误;石墨烯是非金属单质,具有良好的导电性;石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料,B正确;水晶是SiO2,属于氧化物,并不是硅酸盐,因此不属于硅酸盐材料,C错误。
3.据报道我国科学家最近研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是(　　)
A.它耐高温、抗氧化
B.它比钢铁轻,但质地较脆
C.它没有固定熔点
D.它是一种新型无机非金属材料
答案　B
解析　由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航空材料的韧性很好,质地并不是很脆,B错误。
1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是(　　)
A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷
B.生产陶瓷的主要原料是黏土
C.普通玻璃的主要成分只有SiO2
D.普通硅酸盐水泥的生产以石灰石和黏土为主要原料
答案　C
解析　普通玻璃的主要成分为硅酸钙、硅酸钠和二氧化硅,C项错误。
2.下列试剂中,能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是(　　)
A.氢氟酸 B.氢氧化钠溶液
C.盐酸 D.水玻璃
答案　C
解析　氢氟酸与SiO2反应生成SiF4气体,A项错误;NaOH溶液与SiO2反应生成Na2SiO3,Na2SiO3溶液是一种黏合剂,B项错误;盐酸与玻璃中的成分不反应,C项正确;水玻璃是Na2SiO3溶液,具有黏性,D项错误。
3.(2025·安庆高一月考)《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无沙粘土而为之……凡坯既成,干燥之后,则堆积窑中燃薪举火……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”使黏土发生复杂的物理、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
答案　A
解析　沙子的主要成分为SiO2,A错误;硅酸盐的煅烧过程中发生一系列复杂的物理、化学变化,B正确;自然冷却的红瓦中主要含+3价的铁元素,浇水过程中,C和H2O生成还原性气体CO,Fe3+被还原为Fe2+,变成青瓦,C正确;砖瓦和陶瓷的主要原料为黏土,D正确。
4.近年来科学家制造出大量的新物质,对下列三种物质的相关说法错误的是(　　)
石墨烯:从石墨中分离出来,是最薄、最坚硬的纳米材料 石墨炔:平面网状结构的全碳分子,具有优良的化学稳定性 碳纳米管:具有优良的场发射性能,制作阴极显像管、储氢材料
A.石墨烯具有良好的导电性
B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C.石墨炔的孔径略大于H2分子的直径,可用作H2的提纯薄膜
D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应,但反应产物不同
答案　D
解析　A项,石墨烯是只有1个碳原子直径厚度的单层石墨,其独特的结构使其电阻率低、热导率高,具有良好的导电性;B项,同种元素的不同单质互称为同素异形体;C项,碳原子的半径大于氢原子的半径,则石墨炔的孔径大于H2分子的直径,可以允许H2分子通过,达到提纯H2的作用;D项,碳单质与浓硫酸反应的产物均为二氧化碳、二氧化硫和水。
5.500多年前,一艘载着天然苏打晶体(Na2CO3·10H2O)的商船在航行中搁浅,船员们便在附近的沙滩上用几块苏打晶体支锅煮饭。他们惊奇地发现,在苏打与沙粒接触的地方出现了许多晶莹发亮的珠子。回答下列问题。
(1)沙滩上沙粒的主要成分为　　　　　　(填化学式)。上述晶莹发亮的珠子可能是　　　　　(填字母)。
A.水晶颗粒 B.无水碳酸钠
C.晶体硅 D.玻璃珠
(2)生成该珠子时发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
氢氟酸常被用作玻璃的蚀刻剂,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。
答案　(1)SiO2　D　(2)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑　SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
解析　(1)沙滩上沙粒的主要成分为SiO2。高温下SiO2能与Na2CO3反应,生成的Na2SiO3和SiO2熔合成的晶莹发亮的固体是玻璃的成分。(2)SiO2在高温下与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2,生成的Na2SiO3和SiO2熔合成晶莹发亮的珠子,所以反应的化学方程式为SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑。氢氟酸常被用作玻璃的蚀刻剂,原因是它能与SiO2反应,化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。
基础落实
选择题只有1个选项符合题意
题组一　传统无机非金属材料
1.(2025·邯郸高一月考)中国是陶瓷的故乡,中国传统陶瓷艺术的发展无疑是辉煌的。下列瑰宝中主要成分不是硅酸盐的为(　　)
答案　C
解析　刻花鹅颈瓶、人面鱼纹彩陶盆和青花瓷的主要成分是硅酸盐,唐兽首玛瑙杯的主要成分是二氧化硅,故选C。
2.水泥和普通玻璃都是常见的硅酸盐产品,下列说法中不正确的是(　　)
A.生产水泥和普通玻璃的每一种原料都含有硅元素
B.水泥、普通玻璃都是混合物
C.生产水泥和玻璃都必须用石灰石
D.用纯净的石英制成石英玻璃,它的膨胀系数小,常用来制造耐高温的化学仪器
答案　A
解析　硅酸盐工业所用原料有硅酸盐、二氧化硅、石灰石、纯碱等,不一定每一种原料中都含硅元素,A错误。
3.(2025·揭阳高一期末)化学与人类的生产、生活密切相关,下列有关叙述正确的是(　　)
A.某全自动扫拖一体机所用芯片的主要成分是二氧化硅
B.我国新一代运载火箭使用的碳化硅陶瓷是新型无机非金属材料
C.石墨烯是一种具有优异性能的化合物
D.水玻璃可用作制备木材防火剂的原料,是一种有机合成材料
答案　B
解析　芯片的主要成分是硅单质,故A错误;碳化硅陶瓷是新型无机非金属材料,故B正确;石墨烯是单质,故C错误;水玻璃是硅酸钠水溶液,硅酸钠属于无机物,故D错误。
题组二　新型无机非金属材料
4.硅是组成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)
A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,其化学式为Si3N4
B.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
C.光导纤维是一种新型无机非金属材料,其主要成分为Si
D.氮化硅、氧化铝、碳化硅和二氧化锆(ZrO2)都可用作制高温结构陶瓷的材料
答案　C
解析　光导纤维的主要成分是二氧化硅,属于新型无机非金属材料,C项错误。
5.(2025·重庆南开高一测试)有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是(　　)
A.高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点,但是硬度却远远低于金属材料
B.氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料,具有超硬性,它不与任何无机酸反应
C.光导纤维是一种能高质量导电的玻璃纤维
D.光导纤维的抗干扰性能好,不发生电辐射,通信质量高,能防窃听
答案　D
解析　高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点,本身还具有很多优点,如耐高温、高硬度、抗氧化等,A项错误;氮化硅陶瓷是重要的结构材料,有许多优点,如耐腐蚀性较强,但可以跟氢氟酸反应,B项错误;光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维,C项错误;光导纤维的抗干扰能力好,不发生电辐射,能防窃听,D项正确。
题组三　硅及其化合物的性质
6.下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是(　　)
A.两者均不与酸反应
B.两者都可以与NaOH溶液反应
C.两者的熔、沸点均较低
D.两者都能与水反应生成对应的酸,且碳酸的酸性强于硅酸
答案　B
解析　SiO2能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水,故A错误;SiO2和CO2都是酸性氧化物,都能与NaOH溶液反应,故B正确;CO2的熔、沸点较低,SiO2的熔、沸点较高,故C错误;二氧化硅不能与水反应,故D错误。
7.(2025·郑州高一月考)下列叙述正确的是(　　)
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以两者的物理性质相似
B.因为CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳单质反应,且都作氧化剂
D.SiO2既能和NaOH反应,又能和HF反应,所以二氧化硅属于两性氧化物
答案　C
解析　CO2和SiO2都是酸性氧化物,化学性质相似,但物理性质差别很大,A项错误;硅酸的酸性比H2CO3的酸性弱,B项错误;CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂,C项正确;SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐,所以SiO2不是两性氧化物,D项错误。
8.关于下列反应的叙述正确的是(　　)
A.由SiO2+2CSi+2CO↑可推知硅的非金属性比碳强
B.由Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强
C.由Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓可推知碳的非金属性比硅强
D.由H2CO3比H2SiO3受热易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强
答案　C
解析　反应SiO2+2CSi+2CO↑在高温下进行,且产物中有气体生成,气体从反应体系中逸出,有利于反应的进行,因此不能由此反应判断C、Si的非金属性强弱,选项A错误;反应Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑是在非水溶液状态下进行的,因此无法判断H2SiO3与H2CO3的酸性强弱,选项B错误;碳酸与硅酸钠溶液反应生成硅酸和碳酸钠,说明H2CO3的酸性比H2SiO3强,由此可知碳的非金属性比硅强,选项C正确;H2CO3比H2SiO3受热易分解,仅能证明H2SiO3比H2CO3稳定,无法判断H2SiO3与H2CO3的酸性强弱,选项D错误。
9.某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。
已知:PdCl2溶液可用于检验CO,反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O===CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色金属钯,使溶液变浑浊)。
根据以上信息回答下列问题。
(1)实验前要通入足够长时间的N2,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)装置B的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为　　　　、　　　　,若装置C、D中溶液均变浑浊,且经检测两种气体产物的物质的量相等,则该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)该装置的缺点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)排尽装置内空气,避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰　(2)作安全瓶、防止倒吸　(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si　(4)无尾气处理装置　(5)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体,溶液变浑浊
解析　(1)碳与二氧化硅的反应要在高温下进行,而在高温下碳与空气中的氧气、二氧化碳、水均会发生反应,故实验前要通入足够长时间的N2,来排尽装置中的空气。(2)根据题图可知,装置B作安全瓶,防止倒吸。(3)根据原子守恒,碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳,也可能生成二氧化碳,所以装置C用来检验二氧化碳,装置D用来检验一氧化碳,所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液;若装置C、D中溶液均变浑浊,说明气体产物中既有二氧化碳又有一氧化碳,且检测到两种气体产物的物质的量相等,因此反应的化学方程式为3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si。(4)一氧化碳有毒,直接排放到空气中会造成环境污染,故题给装置的缺点是没有尾气处理装置。(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱,可将CO2气体通入硅酸钠溶液中,发生反应CO2+H2O+Na2SiO3===Na2CO3+H2SiO3↓,说明酸性:H2CO3>H2SiO3。
能力提升
10.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的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如下所示:
下列说法错误的是(　　)
A.Y可能是H2
B.制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅,在该副反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C.SiHCl3中硅元素的化合价为+4价
D.Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应
答案　B
解析　Y能够还原SiHCl3为硅单质,则Y可能是H2,A正确;制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成SiC:3C+SiO2SiC+2CO↑,在该反应中碳既是氧化剂,又是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,B错误;SiHCl3中H是-1价,Cl是-1价,则Si的化合价为+4价,C正确;H2与SiHCl3制备多晶硅的反应为SiHCl3+H2Si+3HCl,属于置换反应,D正确。
11.由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示,下列说法不正确的是(　　)
粗SiO2XYSiO2
A.SiO2可用于制造光导纤维
B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4
C.步骤Ⅱ中的稀硫酸能用CO2替代
D.若在实验室中完成步骤Ⅲ,一般在蒸发皿中进行
答案　D
解析　SiO2可用于制造光导纤维,A正确;步骤Ⅱ中硅酸钠和稀硫酸反应生成硅酸沉淀,化学方程式是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4,B正确;碳酸的酸性强于硅酸,因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代,C正确;若在实验室中完成步骤Ⅲ,一般在坩埚中进行,蒸发皿不能用于灼烧固体,D错误。
12.氮化硅(Si3N4)是一种重要的高温结构陶瓷材料,用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物):
下列叙述不正确的是(　　)
A.“还原”反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑
B.粗硅提纯所得的高纯硅是制造光导纤维的材料
C.“操作X”可将原料气通过灼热的铜网
D.“稀酸Y”不可选用稀盐酸
答案　B
解析　“还原”反应是用焦炭把二氧化硅还原为粗硅,反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,故A正确;粗硅提纯所得的高纯硅是制造芯片的材料,故B错误;“操作X”是除去氮气中的少量氧气,可将原料气通过灼热的铜网,故C正确;粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物,硝酸能溶解Fe、Cu,但稀盐酸不能溶解Cu,所以“稀酸Y”不可选用稀盐酸,故D正确。
13.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)下列物质不含有硅酸盐的是　　　　(填字母)。
A.陶瓷 B.玻璃
C.水泥 D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
工艺师常用　　　　　　(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作　　　　　　。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是　　　　(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
(4)工业上常利用反应2C+SiO2Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的物质是　　　　　　　　(填化学式,下同),氧化剂是　　　　　　　　。
答案　(1)D　(2)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O　氢氟酸　(3)防火剂　D　(4)C　SiO2
解析　(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含Si,不含有硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”,具有阻燃的功能,因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2,故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应,故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)该反应中C被氧化,SiO2中+4价的硅元素被还原,因此SiO2作氧化剂。
14.用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置已略去):
(1)装置B中的试剂是　　　　,装置C中的圆底烧瓶需要加热,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)反应一段时间后,装置D中观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,装置D中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂是　　　　(填字母)。
a.碘水 b.新制氯水
c.Na2SO3溶液 d.KSCN溶液
答案　(1)浓硫酸　使滴入圆底烧瓶中的SiHCl3汽化　(2)有固体物质生成　SiHCl3+H2Si+3HCl　(3)排尽装置中的空气　(4)bd
解析　(1)为防止SiHCl3与H2O强烈反应,需要用干燥剂干燥氢气,浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应,所以可以作干燥剂;升高温度使SiHCl3汽化,从而使SiHCl3和氢气在装置D中发生反应。(2)装置D中发生反应的化学方程式为SiHCl3+H2Si+3HCl,Si为固体,所以看到的现象是有固体物质生成。(3)为防止Si被氧化,需要排尽装置中的空气。(4)取上层清液后加入强氧化剂,然后加入KSCN溶液检验铁离子,新制氯水具有强氧化性,故选bd。(共64张PPT)
第五章　化工生产中的重要非金属元素
第三节　无机非金属材料
1.了解传统硅酸盐材料的工业生产、成分、性能及应用。2.掌握硅、二氧化硅的结构、性质和用途。3.了解几种常见的新型无机非金属材料特点和用途。
课时目标
一、硅酸盐材料
知能通关
1.无机非金属材料
从组成上看,许多无机非金属材料含有　　　　、　　　　等元素,具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点,以及特殊的光学、电学等性能。
硅
2.硅酸盐材料及结构
在硅酸盐中,Si和O构成了　　　　　　结构(如图所示)。每个Si结合4个O,Si在中心,O在四面体的4个顶角;许多这样的四面体可以通过顶角的O相互连接,每个O为两个四面体所共有,与2个Si相结合。
氧
硅氧四面体
(2)特性
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　　　　　、
　　　　　溶于水、耐　　　　、耐腐蚀等特点。
(3)常见的硅酸盐材料
产品 原料 主要成分 用途
陶瓷 　　　　(主要成分为含水的铝硅酸盐) 硅酸盐 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
玻璃
(普通) 　　　　、　　　　　和
　　　　　 　　　　、
　　　、　　 建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等
水泥 　　　　、　　　　　、适量石膏 硅酸盐 建筑和水利工程
高
难
高温
黏土
纯碱
石灰石
石英砂
Na2SiO3
CaSiO3
SiO2
石灰石
黏土
普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制得。写出其中发生反应的化学方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
小题对点过
1.下列关于硅酸盐材料的说法正确的是　　　　　　。
(1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷,其主要原料是黏土
(2)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐
(3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化
(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行
(1)(2)(3)(4)
2.我国古代在材料方面取得了突出的成就。下列材料主要成分不是硅酸盐的是(　　)
A.陶俑 B.琉璃瓦
C.汉白玉 D.青花瓷
解析　汉白玉主要成分是碳酸钙,陶、瓷、砖、瓦、紫砂及石棉等主要成分都是硅酸盐。
C
3.“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、石灰石和石英砂
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
解析　A项,陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品;B项,纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料,而制水泥的原料是黏土和石灰石;C项,硅酸盐制品性质稳定、熔点高;D项,沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸盐。
C
4.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐,硅酸钠易溶于水,其水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性,常用作黏合剂和防火剂。
(1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀,其离子方程式是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中,反应的离子方程式是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
二、硅和二氧化硅
知能通关
1.硅
(1)硅元素的存在与结构
氧化物和
硅酸盐
存在 原子结构
示意图 周期表中位置
含量 存在形态
地壳中居
第二位
第三周期、第ⅣA族
(2)高纯硅的制备
其中涉及的主要化学反应为
①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、
③　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)硅的主要化学性质
①与F2、O2反应的化学方程式分别为　　　　　　　　　　　　　　　、
　　　　　　　　　　　　　　。
②与HF、NaOH反应的化学方程式分别为　　　　　　　　　　　　　、
　　　　　　　　　　　　　　　　。
Si+2F2===SiF4
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑
2.二氧化硅
二氧化硅难溶于水,是一种　　　　氧化物,与水不反应。
(1)与酸反应(只与氢氟酸反应):　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(2)与碱反应(如NaOH):　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)与碱性氧化物反应(如CaO):　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)与非金属单质反应(如C):　　　　　　　　　　　　　　　 　　。
(5)与某些盐的反应(如CaCO3):　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
酸性
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
(1)SiO2既能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,SiO2　　　　(填“属于”或“不属于”)两性氧化物,因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸 若不能,写出化学方程式,简述理由。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液,是因为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
不属于
小题对点过
SiO2能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水
不能,玻璃中含有二氧化硅,能被氢氟酸腐蚀,发生反应的化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
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
(4)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水反应制备H2SiO3,请你设计一个合理的方案,实现SiO2—→H2SiO3的转变,并写出反应方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
1.关于硅与二氧化硅的下列说法错误的是　　　　。
(1)常温下,硅的化学性质稳定,所以自然界中的硅大部分以游离态的形式存在
(2)硅是良好的半导体材料,可以用来生产芯片和硅太阳能电池等
(3)SiO2能与NaOH和HF反应,故SiO2为两性氧化物
(4)氢氟酸不能用玻璃试剂瓶保存,NaOH溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶保存
(5)H2CO3酸性比H2SiO3的强,故CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀生成
(1)(3)
2.在一定条件下,下列物质不能与二氧化硅反应的是(　　)
①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸　⑤高氯酸　⑥氢氧化钾　⑦氧化钙　⑧氮气
A.③⑤⑦⑧ B.⑤⑦⑧
C.⑤⑧ D.⑤⑦
C
3.(2024·广州高一期中)硅及其化合物是重要的新型无机非金属材料。下列说法不正确的是(　　)
A.高温下用焦炭还原SiO2制备粗硅
B.SiO2与水反应生成硅酸
C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一
D.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得
解析　SiO2不与水反应,可以通过硅酸钠与盐酸反应制备硅酸,故选B。
B
三、新型无机非金属材料
知能通关
1.新型陶瓷
(1)组成:不再限于传统的硅酸盐体系。
(2)特性和功能:在　　　　、　　　　、　　　　、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
(3)碳化硅(SiC)俗称　　　　,具有类似金刚石的结构,可用作磨料,还具有优异的高温抗氧化性能,可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
(4)常见的类型:高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。
光学
热学
电学
金刚砂
2.碳纳米材料
碳纳米材料主要包括　　　　　、　　　　　　　、　　　　　等,在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
富勒烯
新型材料 结构 性能 用途
富勒烯 由　　　　构成的一系列笼形分子的总称,如C60 — 制碳纳米材料
碳纳
米管 由　　　　　卷成的管状物,具有纳米尺度的直径 比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 只有　　　　　　　　厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高,具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
碳纳米管
石墨烯
碳原子
石墨片层
一个碳原子直径
1.(1)将下列左栏中的物质与右栏中对应的性质、用途用线连起来。
答案　(1)①—c　②—a　③—e　④—b　⑤—d
(2)填写下列物质主要化学成分的化学式。
①刚玉:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②石英钟:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
③硅太阳能电池:　　　　　　　　　　　　　　　　　;
④水晶镜片:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
⑤水玻璃:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Al2O3
SiO2
Si
SiO2
Na2SiO3
2.材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法正确的是(　　)
A.二氧化硅广泛用于制备芯片和太阳能电池
B.石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料
C.水泥、玻璃和水晶都是硅酸盐材料
D.现代信息社会用于传递信号的光纤的主要成分为硅
解析　二氧化硅能够使光线发生全反射,因此广泛用于制备光导纤维;晶体硅是良好半导体材料,可用于制太阳能电池及晶体管等半导体零件,A、D错误;石墨烯是非金属单质,具有良好的导电性;石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料,B正确;水晶是SiO2,属于氧化物,并不是硅酸盐,因此不属于硅酸盐材料,C错误。
B
3.据报道我国科学家最近研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是(　　)
A.它耐高温、抗氧化
B.它比钢铁轻,但质地较脆
C.它没有固定熔点
D.它是一种新型无机非金属材料
解析　由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航空材料的韧性很好,质地并不是很脆,B错误。
B
课堂 达标训练
1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是(　　)
A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷
B.生产陶瓷的主要原料是黏土
C.普通玻璃的主要成分只有SiO2
D.普通硅酸盐水泥的生产以石灰石和黏土为主要原料
解析　普通玻璃的主要成分为硅酸钙、硅酸钠和二氧化硅,C项错误。
C
2.下列试剂中,能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是(　　)
A.氢氟酸 B.氢氧化钠溶液
C.盐酸 D.水玻璃
解析　氢氟酸与SiO2反应生成SiF4气体,A项错误;NaOH溶液与SiO2反应生成Na2SiO3,Na2SiO3溶液是一种黏合剂,B项错误;盐酸与玻璃中的成分不反应,C项正确;水玻璃是Na2SiO3溶液,具有黏性,D项错误。
C
3.(2025·安庆高一月考)《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无沙粘土而为之……凡坯既成,干燥之后,则堆积窑中燃薪举火……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”使黏土发生复杂的物理、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
解析　沙子的主要成分为SiO2,A错误;硅酸盐的煅烧过程中发生一系列复杂的物理、化学变化,B正确;自然冷却的红瓦中主要含+3价的铁元素,浇水过程中,C和H2O生成还原性气体CO,Fe3+被还原为Fe2+,变成青瓦,C正确;砖瓦和陶瓷的主要原料为黏土,D正确。
4.近年来科学家制造出大量的新物质,对下列三种物质的相关说法错误的是(　　)
A.石墨烯具有良好的导电性
B.上述三种物质与金刚石互
为同素异形体
C.石墨炔的孔径略大于H2分子
的直径,可用作H2的提纯薄膜
D.上述三种物质与浓硫酸都能
发生反应,但反应产物不同
D
石墨烯:从石墨中分离出来,是最薄、最坚硬的纳米材料 石墨炔:平面网状结构的全碳分子,具有优良的化学稳定性 碳纳米管:具有优良的场发射性能,制作阴极显像管、储氢材料
解析　A项,石墨烯是只有1个碳原子直径厚度的单层石墨,其独特的结构使其电阻率低、热导率高,具有良好的导电性;B项,同种元素的不同单质互称为同素异形体;C项,碳原子的半径大于氢原子的半径,则石墨炔的孔径大于H2分子的直径,可以允许H2分子通过,达到提纯H2的作用;D项,碳单质与浓硫酸反应的产物均为二氧化碳、二氧化硫和水。
5.500多年前,一艘载着天然苏打晶体(Na2CO3·10H2O)的商船在航行中搁浅,船员们便在附近的沙滩上用几块苏打晶体支锅煮饭。他们惊奇地发现,在苏打与沙粒接触的地方出现了许多晶莹发亮的珠子。回答下列问题。
(1)沙滩上沙粒的主要成分为　　　　　　(填化学式)。上述晶莹发亮的珠子可能是　　　　　(填字母)。
A.水晶颗粒 B.无水碳酸钠 C.晶体硅 D.玻璃珠
(2)生成该珠子时发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。
氢氟酸常被用作玻璃的蚀刻剂,原因是
(用化学方程式表示)。
SiO2
D
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
课后 巩固训练
基础落实
选择题只有1个选项符合题意
题组一　传统无机非金属材料
1.(2025·邯郸高一月考)中国是陶瓷的故乡,中国传统陶瓷艺术的发展无疑是辉煌的。下列瑰宝中主要成分不是硅酸盐的为(　　)
C
解析　刻花鹅颈瓶、人面鱼纹彩陶盆和青花瓷的主要成分是硅酸盐,唐兽首玛瑙杯的主要成分是二氧化硅,故选C。
2.水泥和普通玻璃都是常见的硅酸盐产品,下列说法中不正确的是(　　)
A.生产水泥和普通玻璃的每一种原料都含有硅元素
B.水泥、普通玻璃都是混合物
C.生产水泥和玻璃都必须用石灰石
D.用纯净的石英制成石英玻璃,它的膨胀系数小,常用来制造耐高温的化学仪器
解析　硅酸盐工业所用原料有硅酸盐、二氧化硅、石灰石、纯碱等,不一定每一种原料中都含硅元素,A错误。
A
3.(2025·揭阳高一期末)化学与人类的生产、生活密切相关,下列有关叙述正确的是(　　)
A.某全自动扫拖一体机所用芯片的主要成分是二氧化硅
B.我国新一代运载火箭使用的碳化硅陶瓷是新型无机非金属材料
C.石墨烯是一种具有优异性能的化合物
D.水玻璃可用作制备木材防火剂的原料,是一种有机合成材料
解析　芯片的主要成分是硅单质,故A错误;碳化硅陶瓷是新型无机非金属材料,故B正确;石墨烯是单质,故C错误;水玻璃是硅酸钠水溶液,硅酸钠属于无机物,故D错误。
B
题组二　新型无机非金属材料
4.硅是组成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)
A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,其化学式为Si3N4
B.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
C.光导纤维是一种新型无机非金属材料,其主要成分为Si
D.氮化硅、氧化铝、碳化硅和二氧化锆(ZrO2)都可用作制高温结构陶瓷的材料
解析　光导纤维的主要成分是二氧化硅,属于新型无机非金属材料,C项错误。
C
5.(2025·重庆南开高一测试)有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是(　　)
A.高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点,但是硬度却远远低于金属材料
B.氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料,具有超硬性,它不与任何无机酸反应
C.光导纤维是一种能高质量导电的玻璃纤维
D.光导纤维的抗干扰性能好,不发生电辐射,通信质量高,能防窃听
解析　高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点,本身还具有很多优点,如耐高温、高硬度、抗氧化等,A项错误;氮化硅陶瓷是重要的结构材料,有许多优点,如耐腐蚀性较强,但可以跟氢氟酸反应,B项错误;光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维,C项错误;光导纤维的抗干扰能力好,不发生电辐射,能防窃听,D项正确。
D
题组三　硅及其化合物的性质
6.下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是(　　)
A.两者均不与酸反应
B.两者都可以与NaOH溶液反应
C.两者的熔、沸点均较低
D.两者都能与水反应生成对应的酸,且碳酸的酸性强于硅酸
解析　SiO2能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水,故A错误;SiO2和CO2都是酸性氧化物,都能与NaOH溶液反应,故B正确;CO2的熔、沸点较低,SiO2的熔、沸点较高,故C错误;二氧化硅不能与水反应,故D错误。
B
7.(2025·郑州高一月考)下列叙述正确的是(　　)
解析　CO2和SiO2都是酸性氧化物,化学性质相似,但物理性质差别很大,A项错误;硅酸的酸性比H2CO3的酸性弱,B项错误;CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂,C项正确;SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐,所以SiO2不是两性氧化物,D项错误。
C
8.关于下列反应的叙述正确的是(　　)
C
9.某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。
已知:PdCl2溶液可用于检验CO,反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O===CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色金属钯,使溶液变浑浊)。
根据以上信息回答下列问题。
(1)实验前要通入足够长时间的N2,其原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)装置B的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为　　　　　　　　、　　　　　　　,若装置C、D中溶液均变浑浊,且经检测两种气体产物的物质的量相等,则该反应的化学方程
式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(4)该装置的缺点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
排尽装置内空气,避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰
作安全瓶、防止倒吸
澄清石灰水
PdCl2溶液
无尾气处理装置
向Na2SiO3溶液中通入CO2气体,溶液变浑浊
能力提升
10.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的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如下所示:
下列说法错误的是(　　)
A.Y可能是H2
B.制取粗硅的过程中焦炭与
石英会发生副反应生成碳化
硅,在该副反应中,氧化剂与还
原剂的物质的量之比为1∶1
C.SiHCl3中硅元素的化合价为+4价
D.Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应
B
11.由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.SiO2可用于制造光导纤维
B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4
C.步骤Ⅱ中的稀硫酸能用CO2替代
D.若在实验室中完成步骤Ⅲ,一般在蒸发皿中进行
D
解析　SiO2可用于制造光导纤维,A正确;步骤Ⅱ中硅酸钠和稀硫酸反应生成硅酸沉淀,化学方程式是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4,B正确;碳酸的酸性强于硅酸,因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代,C正确;若在实验室中完成步骤Ⅲ,一般在坩埚中进行,蒸发皿不能用于灼烧固体,D错误。
12.氮化硅(Si3N4)是一种重要的高温结构陶瓷材料,用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物):
下列叙述不正确的是(　　)
A.“还原”反应的化学方程式
B
B.粗硅提纯所得的高纯硅是制造光导纤维的材料
C.“操作X”可将原料气通过灼热的铜网
D.“稀酸Y”不可选用稀盐酸
13.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)下列物质不含有硅酸盐的是　　　　(填字母)。
A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　, 工艺师常用　　　　　　(填物质名称)来雕刻玻璃。
D
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
氢氟酸
解析　(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含Si,不含有硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作　　　　　　。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是　　　　(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
防火剂
D
C
SiO2
解析　(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”,具有阻燃的功能,因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2,故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应,故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)该反应中C被氧化,SiO2中+4价的硅元素被还原,因此SiO2作氧化剂。
14.用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置已略去):
(1)装置B中的试剂是　　　　,
装置C中的圆底烧瓶需要加热,
其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)反应一段时间后,装置D中观察到的现象是　　　　　　　　　　,装置D中
发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
浓硫酸
使滴入圆底烧瓶中的SiHCl3汽化
有固体物质生成
(3)为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(4)为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂是　　　　(填字母)。
a.碘水 b.新制氯水
c.Na2SO3溶液 d.KSCN溶液
解析　(3)为防止Si被氧化,需要排尽装置中的空气。(4)取上层清液后加入强氧化剂,然后加入KSCN溶液检验铁离子,新制氯水具有强氧化性,故选bd。
排尽装置中的空气
bd

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