資源簡介

第三節　無機非金屬材料
[學習目標]　1.了解傳統無機非金屬材料的原料、成分、性能及其在生產中的應用。　2.了解硅、二氧化硅的結構、性質及其在生產中的應用。　3.知道幾種常見的新型無機非金屬材料的成分及在生產中的應用。
任務一　硅酸鹽材料
1．無機非金屬材料
從組成上看，許多無機非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。
2．硅酸鹽的結構
在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體結構，Si在中心，O在四面體的4個頂角，每個Si結合4個O，每個O結合2個Si。
3．常見的硅酸鹽材料
(1)陶瓷
產品 主要原料 制備過程 生產應用
陶瓷 黏土 原料經高溫燒結而成 建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具等
(2)玻璃和水泥
產品 主要原料 主要設備 主要成分 用途
普通 玻璃 純堿、石灰石、石英砂 玻璃窯 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 生產建筑材料、光學儀器、各種器皿，高強度復合材料等
水泥 石灰石、黏土 水泥回轉窯 硅酸鹽 和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程
[交流研討]　(1)為什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點？
提示：在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體（結構如圖所示）：
硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。
(2)普通玻璃以純堿、石灰石和石英砂為原料，經混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發生復雜的物理和化學變化而制得。寫出其中發生反應的化學方程式。
提示：Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
4．常見玻璃種類及其性能、用途
玻璃種類 性能 用途
含鉛的光學玻璃 透光性好，折射率高 制造眼鏡、照相機和光學儀器的透鏡
加入硼酸鹽的玻璃 耐化學腐蝕、耐高溫急劇變化 制實驗玻璃儀器
加入金屬氧化物或鹽得到的彩色玻璃 具有多種顏色 建筑、裝飾
1．下列關于玻璃的敘述正確的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是純堿和石英
B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C．普通玻璃的主要成分為Na2O·CaO·6SiO2，說明普通玻璃為純凈物
D．過量的泥沙、純堿和石灰石熔融后生成玻璃
答案：D
解析：A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石英砂和石灰石，A錯誤；B．普通玻璃的主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅，B錯誤；C．還含有其他物質，普通玻璃是混合物，C錯誤；D．泥沙主要成分為二氧化硅，過量的泥沙、純堿和石灰石熔融后生成玻璃，D正確；故選D。
2.（2023·日照高一月考）“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法正確的是(　　)
A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品
B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂
C．硅酸鹽制品的性質穩定、耐高溫
D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
答案：C
任務二　新型無機非金屬材料
1．硅
(1)主要用途：生產半導體材料，如硅芯片、硅太陽能電池。
(2)高純硅的制備
其中涉及的主要化學反應為：
(a)SiO2＋2CSi＋2CO↑。
(b)Si＋3HClSiHCl3＋H2。
(c)SiHCl3＋H2Si＋3HCl。
2．二氧化硅
(1)SiO2的性質
(2)二氧化硅的用途：用于生產光導纖維。
[交流研討]　閱讀情境素材，回答下列問題：
素材1：SiO2是一種酸性氧化物，能與強堿溶液反應。例如，SiO2與NaOH溶液反應可生成Na2SiO3。
素材2：氫氟酸是HF的水溶液，可與SiO2發生反應生成SiF4氣體和水，可以用氫氟酸溶蝕玻璃生產磨砂玻璃。
(1)能否用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸？若不能，寫出化學方程式，簡述理由。
提示：不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氫氟酸腐蝕，發生反應的化學方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(2)實驗室中要熔化燒堿固體，現有三種坩堝：石英坩堝、陶瓷坩堝、鐵坩堝。你認為應該選哪一種？簡述選擇的依據。
提示：選擇鐵坩堝。鐵不與燒堿(NaOH)反應，而石英坩堝、陶瓷坩堝中都含有SiO2，能與NaOH反應，使得坩堝受損。
(3)能否用SiO2與水直接反應制取H2SiO3？由SiO2如何來制取H2SiO3？用化學方程式表示。
提示：不能，因為SiO2與水不反應。SiO2Na2SiO3H2SiO3。化學方程式為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
3．新型陶瓷
新型材料 成分 性能 主要應用
金剛砂 碳化硅(SiC) 硬度很大、耐高溫、抗氧化 磨料、耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等
高溫結 構陶瓷 碳化硅、氮化硅、某些金屬氧化物 耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優良性能 用于火箭發動機、汽車發動機和高溫電極材料等
壓電陶瓷 鈦酸鹽、鋯酸鹽等 能實現機械能和電能的相互轉化 用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等
透明 陶瓷 氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷；氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷 具有優異的光學性能、耐高溫、絕緣性好 用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等
超導 陶瓷 在某一臨界溫度下具有超導性 用于電力、交通、醫療等領域
4.碳納米材料
(1)富勒烯：由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，其代表物為C60。
(2)碳納米管：由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當高的強度和優良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。
(3)石墨烯：只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。
1．下列關于硅及其化合物的敘述正確的是(　　)
A．自然界中存在大量的單質硅
B．硅單質可用于制造硅太陽能電池
C．二氧化硅在電子工業中是重要的半導體材料
D．二氧化硅與氫氟酸和氫氧化鈉均能反應，屬于兩性氧化物
答案：B
解析：A．硅有較強的親氧性，自然界中沒有游離態的硅，A錯誤；B．制造太陽能電池的主要材料是硅單質，B正確；C．晶體硅在電子工業中是重要的半導體材料，C錯誤；D．二氧化硅與氫氟酸和氫氧化鈉均能反應，但SiO2與氫氟酸反應為其特性，不是能與所有酸反應的通性，故其屬于酸性氧化物，D錯誤；故選B。
2．光導纖維的主要成分是二氧化硅，下列關于二氧化硅的說法正確的是(　　)
A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應生成硅酸
B．SiO2＋2CSi＋2CO↑，由此可推出還原性：C>Si
C．二氧化硅制成的光導纖維，由于導電能力強而被用于制造光纜
D．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時發生反應
答案：D
解析：A．二氧化硅不能與水反應生成硅酸，故A錯誤；B．C的非金屬性大于Si，氧化性：C>Si，還原性：C＜Si，故B錯誤；C．二氧化硅不導電，由于具有優良的光學特性而被用于制造光纜，故C錯誤；D．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時發生反應生成硅酸鈉和二氧化碳，故D正確；故選D。
3．宇航員在升空、返回或遇到緊急情況時，必須穿上10公斤重的航天服，我國宇航員的航天服是由我國科學家研制的新型“連續纖維增韌”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纖維復合而成。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．它耐高溫、抗氧化
B．它比鋼鐵輕，但質地較脆
C．它沒有固定熔點
D．它是一種新型無機非金屬材料
答案：B
解析：由題目信息中“連續纖維增韌”可知，該航天服的韌性很好，質地并不是很脆，B錯誤。
1．下列有關硅酸鹽材料的說法正確的是(　　)
A．生產普通玻璃的主要原料為石灰石、純堿和晶體硅
B．水晶、瑪瑙、石英等主要成分都是SiO2
C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料
D．水泥、玻璃、陶瓷是三大傳統硅酸鹽產品，都是純凈物
答案：B
解析：A．生產普通玻璃的主要原料為石灰石、純堿和石英砂，故A錯誤；B．水晶、瑪瑙、石英等主要成分都是SiO2，故B正確；C．普通玻璃、水泥等屬于硅酸鹽材料，石英玻璃的主要成分是SiO2，故C錯誤；D．水泥、玻璃、陶瓷是三大傳統硅酸鹽產品，都是混合物，故D錯誤；故選B。
2．碳納米管是繼足球烯(C60)以后發現的又一種碳單質，以下有關碳納米管與足球烯(C60)的說法錯誤的是(　　)
A．它們的物理性質有較大差異
B．在常溫下它們的化學性質都穩定
C．它們是不同的碳單質
D．它們分別完全燃燒后生成物不同
答案：D
解析：碳納米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性質不同；它們都是碳單質，都是純凈物，在通常情況下化學性質比較穩定；二者完全燃燒時都生成二氧化碳。
3．如圖為石墨烯—硅太陽能電池結構模型。下列說法中，不正確的是(　　)
A．硅是應用廣泛的半導體材料
B．二氧化硅可用來生產光導纖維
C．石墨烯—硅太陽能電池可將太陽能轉化為電能
D．石墨烯不具有導電導熱性
答案：D
解析：A．硅位于金屬和非金屬分界線處，具有金屬和非金屬的性質，所以其單質是良好的半導體材料，可以做硅芯片、硅太陽能電池，A項正確；B．光導纖維的主要成分是二氧化硅，B項正確；C．石墨烯—硅太陽能電池可將太陽能轉化為電能，C項正確；D．石墨烯用于制作太陽能電池，是因為其具有優良的導電、導熱性能，D項錯誤；答案選D。
4．下列有關硅及其化合物的說法中正確的是(　　)
A．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中
B．反應①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反應②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，兩反應是相互矛盾的，不可能都發生
C．SiO2溶于燒堿溶液中可制得水玻璃，水玻璃屬于電解質
D．雖然SiO2能與HF、NaOH反應，但SiO2不是兩性氧化物
答案：D
解析：A．硅酸鈉屬于有黏性的物質，能將玻璃塞和試劑瓶黏結在一起而打不開，故A錯誤；B．反應①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，強酸制弱酸，在溶液中反應，反應②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，是在高溫條件下才能發生，CO2為氣體，逸出可促使反應正向進行，故B錯誤；C．SiO2溶于燒堿溶液中可制得水玻璃，水玻璃是硅酸鈉的水溶液，是混合物，既不是電解質也不是非電解質，故C錯誤；D．雖然SiO2能與HF、NaOH反應，但SiO2只與酸中的HF反應，故不是兩性氧化物，故D正確；故選D。
5．實驗室在模擬工業制備和提純硅時，利用氯氣、石英砂和碳粉（過量）等原料按如下裝置制備了SiCl4，已知SiCl4熔點：－70 ℃，沸點：57.6 ℃，遇水極易水解。請回答：
(1)硬質玻璃管中發生的化學反應方程式是____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)液體X可以是冰水嗎？　　　　（填“可以”或“不可以”），其作用是________________________________________________________________________。
(3)若缺少干燥管和固體Y，則會造成_______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“尾氣處理”的方法是________________________________________________。
答案：(1)SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO
(2)可以　冷凝SiCl4以收集產物
(3)水蒸氣進入Z中使得SiCl4水解
(4)點燃（或用氣囊收集）
解析：本題是實驗室模擬工業制備和提純硅，硬質玻璃管中是氯氣、石英砂和碳粉（過量）發生反應生成SiCl4和CO，反應原理為SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO，接著使用冰水來收集SiCl4，干燥管防止水分進入Z集氣瓶中，使SiCl4水解，盛有NaOH和Na2SO3的洗氣瓶是吸收多余的Cl2，尾氣處理生成的CO（可以點燃或者用氣囊收集），據此分析解題。(1)由分析可知，硬質玻璃管是利用過量的C、SiO2和Cl2反應生成SiCl4和CO，故發生的化學反應方程式是SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO；(2)由題干信息可知，SiCl4熔點－70 ℃，沸點57.6 ℃，故液體X可以是冰水，其作用是冷凝SiCl4以收集產物；(3)由題干信息可知，SiCl4遇水極易水解，故若缺少干燥管和固體Y，則會造成水蒸氣進入Z中使得SiCl4水解；(4)由分析可知，“尾氣處理”的方法是點燃或者用氣囊收集（處理CO）。
課時測評8　無機非金屬材料
（本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！）
題點一　傳統無機非金屬材料
1．下列關于硅酸鹽材料的說法錯誤的是(　　)
A．生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷
B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C．陶瓷的主要原料是黏土
D．硅酸鹽水泥以石灰石和黏土為主要原料
答案：B
解析：普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
2．陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是(　　)
A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵
B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經高溫燒結而成
C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽
D．陶瓷化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點
答案：A
解析：“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關，而氧化鐵顯紅色，A項錯誤；陶瓷以黏土為原料，經高溫燒制而成，屬于人造材料，主要成分是硅酸鹽，B、C項正確；陶瓷的主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽中硅元素處于最高價態，化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點，D項正確。
3．下列有關硅酸鹽產品的說法不正確的是(　　)
A．水泥具有水硬性
B．玻璃的原料是純堿、石灰石、石英砂
C．玻璃有固定的熔、沸點
D．陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽產品
答案：C
解析：A．水泥具有水硬性，水泥遇水后，能在水中硬化并繼續增長其強度，跟水作用形成膠狀物并成固體，水硬性最能代表水泥性質，故A正確；B．生產玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂，故B正確；C．玻璃是混合物，一般混合物都沒有固定的熔、沸點，故C錯誤；D．陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽產品，故D正確。
4．下列關于無機非金屬材料的說法不正確的是(　　)
A．傳統無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料
B．新型無機非金屬材料雖然克服了傳統無機非金屬材料的缺點，但強度比較差
C．高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點
D．傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分不同
答案：B
解析：A．無機非金屬材料分為傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料兩大類。傳統無機非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等，故A正確；B．新型無機非金屬材料是指一些新型的具有特殊結構和特殊功能的非硅酸鹽型材料，新型無機非金屬材料具有以下四個特點：①承受高溫，強度高，②具有光學特性，③具有電學特性，④具有生物功能，故B錯誤；C．高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點，故C正確；D．傳統無機非金屬材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸鹽，而新型無機非金屬材料，如：高溫結構陶瓷、光導纖維等主要成分不是硅酸鹽，故D正確；故答案選B。
題點二　新型無機非金屬材料
5．碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有許多優異的力學、電學和化學性能。下列關于碳納米管的說法不正確的是(　　)
A．碳納米管屬于一種有機合成纖維
B．碳納米管與金剛石互為同素異形體
C．常溫下，碳納米管具有較好的穩定性
D．碳納米管比表面積大，可用作新型儲氫材料
答案：A
解析：碳納米管是由碳元素組成的碳單質，不屬于有機合成纖維，A項錯誤；碳納米管與金剛石是由碳元素組成的不同單質，互為同素異形體，B項正確；碳單質性質穩定，所以常溫下，碳納米管具有較好的穩定性，C項正確；碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，所以比表面積大，可用作新型儲氫材料，D項正確。
6．宋代五大名窯分別為：鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯“入窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關于陶瓷的說法不正確的是(　　)
A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化
B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料
C．高品質的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物
D．陶瓷屬于硅酸鹽材料，耐酸堿腐蝕
答案：C
解析：A．窯變是在高溫下釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化，窯變是復雜的物理化學變化，故A正確；B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料，耐高溫，故B正確；C．高品質的瓷器主要成分為硅酸鹽，屬于混合物，故C錯誤；D．陶瓷是硅酸鹽產品，化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點，故D正確；綜上所述，答案為C。
題點三　硅及其化合物的性質
7．（2024·武威市涼州區期末）科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發電過程中具有重要的作用。下列關于硅的說法中正確的是(　　)
A．地殼中硅的含量稀少
B．自然界中存在大量單質硅
C．高純度的硅可用于制造計算機芯片
D．光導纖維的主要成分是Si
答案：C
解析：A．自然界中氧元素的含量最豐富，其次為硅，A錯誤；B．自然界中硅主要以化合態形式存在，B錯誤；C．高純度的硅被用于制作計算機芯片、太陽能電池，C正確；D．光導纖維的主要成分是SiO2，D錯誤；故答案選C。
8．（2023·西安第八十五中學高一期中）下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是(　　)
①氫氟酸　②NaHSO4　③KNO3　④石灰水　⑤CuSO4　⑥NaOH　⑦Na2SiO3
A．②④⑦ B．①④⑥⑦
C．①③⑤ D．①④⑥
答案：B
解析：氫氟酸與二氧化硅反應生成四氟化硅和水，所以HF不能使用磨口玻璃塞，①符合題意；NaHSO4、KNO3與二氧化硅不反應，可以使用磨口玻璃塞，②③不符合題意；石灰水中的氫氧化鈣溶液顯堿性，能和二氧化硅反應，不能使用磨口玻璃塞，④符合題意；CuSO4與二氧化硅不反應，可以使用磨口玻璃塞，⑤不符合題意；NaOH與二氧化硅反應生成黏性的硅酸鈉，導致玻璃塞和試劑瓶黏結在一起而打不開，所以氫氧化鈉溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合題意；黏性的硅酸鈉，會導致玻璃塞和試劑瓶黏結在一起而打不開，不能使用磨口玻璃塞，⑦符合題意。
9．下列說法不正確的是(　　)
A．二氧化硅是制造光導纖維的材料，單質硅是良好的半導體材料
B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，但SiO2不能和水反應生成硅酸
C．保存NaOH溶液時不能用玻璃塞
D．二氧化硅性質穩定，不與任何酸反應
答案：D
解析：A．二氧化硅是制造光導纖維的材料，單質硅是良好的半導體材料，故A正確；B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，SiO2不能溶于水，也不能和水反應生成硅酸，故B正確；C．玻璃的主要成分中含有SiO2，SiO2能與NaOH反應生成硅酸鈉，硅酸鈉溶液具有黏性，會將玻璃塞與瓶頸黏到一起，使玻璃塞無法打開，故保存NaOH溶液時不能用玻璃塞，故C正確；D．二氧化硅性質穩定，但是可以與氫氟酸反應，故D錯誤；故選D。
10．關于下列反應的敘述正確的是(　　)
A．由SiO2＋2CSi＋2CO↑可推知硅的非金屬性比碳強
B．由CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3強
C．由Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓可推知碳的非金屬性比硅強
D．H2CO3比H2SiO3受熱易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3強
答案：C
解析：根據反應SiO2＋2CSi＋2CO↑分析，高溫下碳的還原性比硅強，但不能說明C、Si的非金屬性強弱，選項A錯誤；反應CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑是在非水溶液狀態下進行的，因此無法判斷H2SiO3與H2CO3的酸性強弱，選項B錯誤；CO2、H2O與硅酸鈉溶液反應生成硅酸說明H2CO3的酸性比H2SiO3強，由此可知碳的非金屬性比硅強，選項C正確；H2CO3比H2SiO3受熱易分解，僅能證明H2SiO3比H2CO3穩定，無法判斷H2SiO3與H2CO3的酸性強弱，選項D錯誤。
11．下列關于硅酸及其鹽的敘述不正確的是(　　)
A．硅酸是一種弱酸，可由其酸性氧化物SiO2與水化合而制得
B．硅酸鹽是構成地殼中巖石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸鹽
C．硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，具有黏合性
D．SO2通入Na2SiO3溶液中產生膠狀沉淀，說明酸性H2SO3＞H2SiO3
答案：A
解析：SiO2與水不反應，A項錯誤。
12．（2024·安陽高一期中）Ca3SiO5（可看作CaSiO3·2CaO）是硅酸鹽水泥的主要成分之一，其相關性質的下列說法不正確的是(　　)
A．具有吸水性，需要密封保存
B．可發生反應：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
C．能與CO2反應生成新鹽
D．與足量鹽酸作用，所得固體產物為SiO2
答案：D
13．（2024·威海高一期中）由粗SiO2制備純SiO2的流程如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A．SiO2可用于制造光導纖維
B．步驟Ⅱ的反應是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4
C．步驟Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代
D．若在實驗室中完成步驟Ⅲ，一般在蒸發皿中進行
答案：D
解析：步驟Ⅱ中硅酸鈉和稀硫酸反應生成硅酸沉淀，化學方程式是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4，B項正確；碳酸的酸性強于硅酸，因此步驟Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，C項正確；若在實驗室中完成步驟Ⅲ，一般在坩堝中進行，蒸發皿不能用于灼燒固體，D項錯誤。
14．芯片主要由單晶硅構成，如圖是硅及其化合物的“價—類”二維圖，根據要求完成下列化學（或離子）方程式。
(1)利用焦炭在電爐中還原二氧化硅的化學方程式為________________________________________________________________________。
(2)利用氫氟酸刻蝕玻璃的化學方程式為___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)硅酸鈉與強酸反應轉化為硅酸的離子方程式為
________________________________________________________________________。
(4)二氧化硅與燒堿溶液反應的化學方程式為________________________________
________________________________________________________________________。
(5)石英與石灰石在玻璃熔爐里加強熱發生反應的化學方程式為________________________________________________________________________。
答案：(1)2C＋SiO22CO↑＋Si　
(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　
(3)SiO＋2H＋===H2SiO3↓　
(4)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(5)CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
15．硅及其化合物是無機非金屬材料的主要成分，硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質量的90%以上。
Ⅰ.(1)計算機芯片和太陽能電池的主要成分是　　　　（填化學式，下同）；光導纖維的主要成分是　　　　；工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，其原理為_______________________（填化學方程式）。
Ⅱ.高純度單晶硅的制備方法：
SiO2Si（粗）SiCl4Si（純）
某同學從資料中查知：SiCl4的熔點為－70 ℃，沸點為57.6 ℃，在潮濕的空氣中與水發生反應而變質。該同學設計了如圖裝置制取純硅（裝置中的加熱及夾持裝置均已略去）。
(2)已知：步驟①生成的另一產物為CO，寫出步驟①中反應的化學方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)裝置A中發生反應的離子方程式為________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知：SiCl4在潮濕的空氣中能與水發生反應生成氯化氫。為防止空氣污染，含有SiCl4的尾氣可通入盛有　　　　　　（填試劑名稱）的燒杯中。
(5)同學甲認為用該裝置進行實驗，可能會導致實驗失敗，為保證制備純硅實驗的成功，你認為該裝置應進行的改進措施是______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)Si　SiO2　4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
(2)2C＋SiO2Si＋2CO↑
(3)Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑
(4)氫氧化鈉溶液
(5)在裝置A與裝置B之間連接一個盛有濃硫酸的洗氣瓶（或堿石灰的干燥管）
解析：(1)計算機芯片和太陽能電池的主要成分是Si；光導纖維的主要成分是SiO2；二氧化硅和氫氟酸反應生成四氟化硅氣體和水，用氫氟酸來雕刻玻璃的原理為4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O；(2)步驟①是SiO2和C在高溫條件下生成Si和CO，反應的化學方程式為2C＋SiO2Si＋2CO↑；(3)裝置A中鋅和稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，發生反應的離子方程式為Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑；(4)SiCl4在潮濕的空氣中能與水發生反應生成氯化氫，所以為防止空氣污染，含有SiCl4的尾氣可通入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中；(5)SiCl4在潮濕的空氣中能與水發生反應，用該裝置制備的氫氣中含有水蒸氣，可能會導致實驗失敗，為保證制備純硅實驗的成功，在裝置A與裝置B之間連接一個盛有濃硫酸的洗氣瓶。(共66張PPT)
第三節　無機非金屬材料
　
第五章　化工生產中的重要非金屬元素
1．了解傳統無機非金屬材料的原料、成分、性能及其在生產中的應用。　
2．了解硅、二氧化硅的結構、性質及其在生產中的應用。　
3．知道幾種常見的新型無機非金屬材料的成分及在生產中的應用。
學習目標
任務一　硅酸鹽材料
新知構建
1．無機非金屬材料
從組成上看，許多無機非金屬材料含有 、 等元素，具有 、_______、 _______等特點，以及特殊的_____、_____等性能。
2．硅酸鹽的結構
在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧_______結構，Si在中心，O在四面體的4個頂角，每個Si結合 個O，每個O結合 個Si。
硅
氧
耐高溫
抗腐蝕
硬度高
光學
電學
四面體
4
2
3．常見的硅酸鹽材料
(1)陶瓷
產品 主要原料 制備過程 生產應用
陶瓷 _______ 原料經高溫燒結而成 建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具等
黏土
(2)玻璃和水泥
產品 主要原料 主要設備 主要成分 用途
普通
玻璃 ______________________ ________ ______________________ 生產建筑材料、光學儀器、各種器皿，高強度復合材料等
水泥 ______________ __________ _______ 和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程
純堿、石灰石、
石英砂
玻璃窯
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
石灰石、黏土
水泥回轉窯
硅酸鹽
交流研討1
(1)為什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點？
提示：在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體(結構如圖所示)：
硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度
高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。
(2)普通玻璃以純堿、石灰石和石英砂為原料，經混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發生復雜的物理和化學變化而制得。寫出其中發生反應的化學方程式。
4．常見玻璃種類及其性能、用途
玻璃種類 性能 用途
含鉛的光學玻璃 透光性好，折射率高 制造眼鏡、照相機和光學儀器的透鏡
加入硼酸鹽的玻璃 耐化學腐蝕、耐高溫急劇變化 制實驗玻璃儀器
加入金屬氧化物或鹽得到的彩色玻璃 具有多種顏色 建筑、裝飾
典例應用
1．下列關于玻璃的敘述正確的是
A．制普通玻璃的原料主要是純堿和石英
B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C．普通玻璃的主要成分為Na2O·CaO·6SiO2，說明普通玻璃為純凈物
D．過量的泥沙、純堿和石灰石熔融后生成玻璃
√
A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石英砂和石灰石，A錯誤；B．普通玻璃的主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅，B錯誤；C．還含有其他物質，普通玻璃是混合物，C錯誤；D．泥沙主要成分為二氧化硅，過量的泥沙、純堿和石灰石熔融后生成玻璃，D正確；故選D。
2.(2023·日照高一月考)“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法正確的是
A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品
B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂
C．硅酸鹽制品的性質穩定、耐高溫
D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
√
返回
任務二　新型無機非金屬材料
新知構建
1．硅
(1)主要用途：生產半導體材料，如硅芯片、硅太陽能電池。
(2)高純硅的制備
其中涉及的主要化學反應為：
(a) _______________________________ 。
(b) __________________________ 。
(c) ___________________________ 。
2．二氧化硅
(1)SiO2的性質
(2)二氧化硅的用途：用于生產 。
光導纖維
交流研討
閱讀情境素材，回答下列問題：
素材1：SiO2是一種酸性氧化物，能與強堿溶液反應。例如，SiO2與NaOH溶液反應可生成Na2SiO3。
素材2：氫氟酸是HF的水溶液，可與SiO2發生反應生成SiF4氣體和水，可以用氫氟酸溶蝕玻璃生產磨砂玻璃。
(1)能否用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸？若不能，寫出化學方程式，簡述理由。
提示：不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氫氟酸腐蝕，發生反應的化學方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(2)實驗室中要熔化燒堿固體，現有三種坩堝：石英坩堝、陶瓷坩堝、鐵坩堝。你認為應該選哪一種？簡述選擇的依據。
提示：選擇鐵坩堝。鐵不與燒堿(NaOH)反應，而石英坩堝、陶瓷坩堝中都含有SiO2，能與NaOH反應，使得坩堝受損。
(3)能否用SiO2與水直接反應制取H2SiO3？由SiO2如何來制取H2SiO3？用化學方程式表示。
提示：不能，因為SiO2與水不反應。 。
化學方程式為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
3．新型陶瓷
新型材料 成分 性能 主要應用
金剛砂 ____________ 硬度______、耐______、抗氧化 磨料、耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等
高溫結
構陶瓷 碳化硅、氮化硅、某些金屬氧化物 耐______、抗氧化、耐______等優良性能 用于火箭發動機、汽車發動機和高溫電極材料等
碳化硅(SiC)
很大
高溫
高溫
磨蝕
新型材料 成分 性能 主要應用
壓電陶瓷 鈦酸鹽、鋯酸鹽等 能實現_____能和____能的相互轉化 用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等
透明
陶瓷 氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷；氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷 具有優異的光學性能、耐高溫、________好 用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等
超導
陶瓷 在某一臨界溫度下具有超導性 用于電力、交通、醫療等領域
機械
電
絕緣性
4.碳納米材料
(1)富勒烯：由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，其代表物為C60。
(2)碳納米管：由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當高的強度和優良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。
(3)石墨烯：只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。
典例應用
1．下列關于硅及其化合物的敘述正確的是
A．自然界中存在大量的單質硅
B．硅單質可用于制造硅太陽能電池
C．二氧化硅在電子工業中是重要的半導體材料
D．二氧化硅與氫氟酸和氫氧化鈉均能反應，屬于兩性氧化物
√
A．硅有較強的親氧性，自然界中沒有游離態的硅，A錯誤；B．制造太陽能電池的主要材料是硅單質，B正確；C．晶體硅在電子工業中是重要的半導體材料，C錯誤；D．二氧化硅與氫氟酸和氫氧化鈉均能反應，但SiO2與氫氟酸反應為其特性，不是能與所有酸反應的通性，故其屬于酸性氧化物，D錯誤；故選B。
2．光導纖維的主要成分是二氧化硅，下列關于二氧化硅的說法正確的是
A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應生成硅酸
B．SiO2＋2C Si＋2CO↑，由此可推出還原性：C>Si
C．二氧化硅制成的光導纖維，由于導電能力強而被用于制造光纜
D．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時發生反應
√
A．二氧化硅不能與水反應生成硅酸，故A錯誤；B．C的非金屬性大于Si，氧化性：C>Si，還原性：C＜Si，故B錯誤；C．二氧化硅不導電，由于具有優良的光學特性而被用于制造光纜，故C錯誤；D．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時發生反應生成硅酸鈉和二氧化碳，故D正確；故選D。
3．宇航員在升空、返回或遇到緊急情況時，必須穿上10公斤重的航天服，我國宇航員的航天服是由我國科學家研制的新型“連續纖維增韌”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纖維復合而成。下列相關敘述錯誤的是
A．它耐高溫、抗氧化 B．它比鋼鐵輕，但質地較脆
C．它沒有固定熔點 D．它是一種新型無機非金屬材料
√
由題目信息中“連續纖維增韌”可知，該航天服的韌性很好，質地并不是很脆，B錯誤。
返回
隨堂達標演練
1．下列有關硅酸鹽材料的說法正確的是
A．生產普通玻璃的主要原料為石灰石、純堿和晶體硅
B．水晶、瑪瑙、石英等主要成分都是SiO2
C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料
D．水泥、玻璃、陶瓷是三大傳統硅酸鹽產品，都是純凈物
√
A．生產普通玻璃的主要原料為石灰石、純堿和石英砂，故A錯誤；B．水晶、瑪瑙、石英等主要成分都是SiO2，故B正確；C．普通玻璃、水泥等屬于硅酸鹽材料，石英玻璃的主要成分是SiO2，故C錯誤；D．水泥、玻璃、陶瓷是三大傳統硅酸鹽產品，都是混合物，故D錯誤；故選B。
2．碳納米管是繼足球烯(C60)以后發現的又一種碳單質，以下有關碳納米管與足球烯(C60)的說法錯誤的是
A．它們的物理性質有較大差異
B．在常溫下它們的化學性質都穩定
C．它們是不同的碳單質
D．它們分別完全燃燒后生成物不同
√
碳納米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性質不同；它們都是碳單質，都是純凈物，在通常情況下化學性質比較穩定；二者完全燃燒時都生成二氧化碳。
3．如圖為石墨烯—硅太陽能電池結構模型。下列說法中，不正確的是
A．硅是應用廣泛的半導體材料
B．二氧化硅可用來生產光導纖維
C．石墨烯—硅太陽能電池可將太陽能轉化為電能
D．石墨烯不具有導電導熱性
√
A．硅位于金屬和非金屬分界線處，具有金屬和非金屬的性質，所以其單質是良好的半導體材料，可以做硅芯片、硅太陽能電池，A項正確；B．光導纖維的主要成分是二氧化硅，B項正確；C．石墨烯—硅太陽能電池可將太陽能轉化為電能，C項正確；D．石墨烯用于制作太陽能電池，是因為其具有優良的導電、導熱性能，D項錯誤；答案選D。
4．下列有關硅及其化合物的說法中正確的是
A．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中
B．反應①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反應②Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，兩反應是相互矛盾的，不可能都發生
C．SiO2溶于燒堿溶液中可制得水玻璃，水玻璃屬于電解質
D．雖然SiO2能與HF、NaOH反應，但SiO2不是兩性氧化物
√
A．硅酸鈉屬于有黏性的物質，能將玻璃塞和試劑瓶黏結在一起而打不開，故A錯誤；B．反應①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，強酸制弱酸，在溶液中反應，反應②Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，是在高溫條件下才能發生，CO2為氣體，逸出可促使反應正向進行，故B錯誤；C．SiO2溶于燒堿溶液中可制得水玻璃，水玻璃是硅酸鈉的水溶液，是混合物，既不是電解質也不是非電解質，故C錯誤；D．雖然SiO2能與HF、NaOH反應，但SiO2只與酸中的HF反應，故不是兩性氧化物，故D正確；故選D。
5．實驗室在模擬工業制備和提純硅時，利用氯氣、石英砂和碳粉(過量)等原料按如下裝置制備了SiCl4，已知SiCl4熔點：－70 ℃，沸點：57.6 ℃，遇水極易水解。請回答：
(1)硬質玻璃管中發生的化學反應方程式是_____________________________。
本題是實驗室模擬工業制備和提純硅，硬質玻璃管中是氯氣、石英砂和碳粉(過量)發生反應生成SiCl4和CO，反應原理為SiO2＋2C＋2Cl2
SiCl4＋2CO，接著使用冰水來收集SiCl4，干燥管防止水分進入Z集氣瓶中，使SiCl4水解，盛有NaOH和Na2SO3的洗氣瓶是吸收多余的Cl2，尾氣處理生成的CO(可以點燃或者用氣囊收集)，據此分析解題。由分析可知，硬質玻璃管是利用過量的C、SiO2和Cl2反應生成SiCl4和CO，故發生的化學反應方程式是SiO2＋2C＋2Cl2 SiCl4＋2CO；
(2)液體X可以是冰水嗎？　　　　(填“可以”或“不可以”)，其作用是________________________。
可以　
冷凝SiCl4以收集產物
由題干信息可知，SiCl4熔點－70 ℃，沸點57.6 ℃，故液體X可以是冰水，其作用是冷凝SiCl4以收集產物；
(3)若缺少干燥管和固體Y，則會造成______________________________。
水蒸氣進入Z中使得SiCl4水解
由題干信息可知，SiCl4遇水極易水解，故若缺少干燥管和固體Y，則會造成水蒸氣進入Z中使得SiCl4水解；
(4)“尾氣處理”的方法是____________________。
點燃(或用氣囊收集)
由分析可知，“尾氣處理”的方法是點燃或者用氣囊收集(處理CO)。
返回
課時測評
題點一　傳統無機非金屬材料
1．下列關于硅酸鹽材料的說法錯誤的是
A．生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷
B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C．陶瓷的主要原料是黏土
D．硅酸鹽水泥以石灰石和黏土為主要原料
√
普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
2．陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是
A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵
B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經高溫燒結而成
C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽
D．陶瓷化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點
√
“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關，而氧化鐵顯紅色，A項錯誤；陶瓷以黏土為原料，經高溫燒制而成，屬于人造材料，主要成分是硅酸鹽，B、C項正確；陶瓷的主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽中硅元素處于最高價態，化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點，D項正確。
3．下列有關硅酸鹽產品的說法不正確的是
A．水泥具有水硬性
B．玻璃的原料是純堿、石灰石、石英砂
C．玻璃有固定的熔、沸點
D．陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽產品
√
A．水泥具有水硬性，水泥遇水后，能在水中硬化并繼續增長其強度，跟水作用形成膠狀物并成固體，水硬性最能代表水泥性質，故A正確；B．生產玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂，故B正確；C．玻璃是混合物，一般混合物都沒有固定的熔、沸點，故C錯誤；D．陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽產品，故D正確。
4．下列關于無機非金屬材料的說法不正確的是
A．傳統無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料
B．新型無機非金屬材料雖然克服了傳統無機非金屬材料的缺點，但強度比較差
C．高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點
D．傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分不同
√
A．無機非金屬材料分為傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料兩大類。傳統無機非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等，故A正確；B．新型無機非金屬材料是指一些新型的具有特殊結構和特殊功能的非硅酸鹽型材料，新型無機非金屬材料具有以下四個特點：①承受高溫，強度高，②具有光學特性，③具有電學特性，④具有生物功能，故B錯誤；C．高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點，故C正確；D．傳統無機非金屬材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸鹽，而新型無機非金屬材料，如：高溫結構陶瓷、光導纖維等主要成分不是硅酸鹽，故D正確；故答案選B。
題點二　新型無機非金屬材料
5．碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有許多優異的力學、電學和化學性能。下列關于碳納米管的說法不正確的是
A．碳納米管屬于一種有機合成纖維
B．碳納米管與金剛石互為同素異形體
C．常溫下，碳納米管具有較好的穩定性
D．碳納米管比表面積大，可用作新型儲氫材料
√
碳納米管是由碳元素組成的碳單質，不屬于有機合成纖維，A項錯誤；碳納米管與金剛石是由碳元素組成的不同單質，互為同素異形體，B項正確；碳單質性質穩定，所以常溫下，碳納米管具有較好的穩定性，C項正確；碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，所以比表面積大，可用作新型儲氫材料，D項正確。
6．宋代五大名窯分別為：鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯“入窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關于陶瓷的說法不正確的是
A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化
B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料
C．高品質的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物
D．陶瓷屬于硅酸鹽材料，耐酸堿腐蝕
√
A．窯變是在高溫下釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化，窯變是復雜的物理化學變化，故A正確；B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料，耐高溫，故B正確；C．高品質的瓷器主要成分為硅酸鹽，屬于混合物，故C錯誤；D．陶瓷是硅酸鹽產品，化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點，故D正確；綜上所述，答案為C。
題點三　硅及其化合物的性質
7．(2024·武威市涼州區期末)科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發電過程中具有重要的作用。下列關于硅的說法中正確的是
A．地殼中硅的含量稀少
B．自然界中存在大量單質硅
C．高純度的硅可用于制造計算機芯片
D．光導纖維的主要成分是Si
√
A．自然界中氧元素的含量最豐富，其次為硅，A錯誤；B．自然界中硅主要以化合態形式存在，B錯誤；C．高純度的硅被用于制作計算機芯片、太陽能電池，C正確；D．光導纖維的主要成分是SiO2，D錯誤；故答案選C。
8．(2023·西安第八十五中學高一期中)下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是
①氫氟酸　②NaHSO4　③KNO3　④石灰水　
⑤CuSO4　⑥NaOH　⑦Na2SiO3
A．②④⑦ B．①④⑥⑦
C．①③⑤ D．①④⑥
√
氫氟酸與二氧化硅反應生成四氟化硅和水，所以HF不能使用磨口玻璃塞，①符合題意；NaHSO4、KNO3與二氧化硅不反應，可以使用磨口玻璃塞，②③不符合題意；石灰水中的氫氧化鈣溶液顯堿性，能和二氧化硅反應，不能使用磨口玻璃塞，④符合題意；CuSO4與二氧化硅不反應，可以使用磨口玻璃塞，⑤不符合題意；NaOH與二氧化硅反應生成黏性的硅酸鈉，導致玻璃塞和試劑瓶黏結在一起而打不開，所以氫氧化鈉溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合題意；黏性的硅酸鈉，會導致玻璃塞和試劑瓶黏結在一起而打不開，不能使用磨口玻璃塞，⑦符合題意。
9．下列說法不正確的是
A．二氧化硅是制造光導纖維的材料，單質硅是良好的半導體材料
B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，但SiO2不能和水反應生成硅酸
C．保存NaOH溶液時不能用玻璃塞
D．二氧化硅性質穩定，不與任何酸反應
√
A．二氧化硅是制造光導纖維的材料，單質硅是良好的半導體材料，故A正確；B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，SiO2不能溶于水，也不能和水反應生成硅酸，故B正確；C．玻璃的主要成分中含有SiO2，SiO2能與NaOH反應生成硅酸鈉，硅酸鈉溶液具有黏性，會將玻璃塞與瓶頸黏到一起，使玻璃塞無法打開，故保存NaOH溶液時不能用玻璃塞，故C正確；D．二氧化硅性質穩定，但是可以與氫氟酸反應，故D錯誤；故選D。
√
10．關于下列反應的敘述正確的是
A．由SiO2＋2C Si＋2CO↑可推知硅的非金屬性比碳強
B．由CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3強
C．由Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓可推知碳的非金屬性比硅強
D．H2CO3比H2SiO3受熱易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3強
根據反應SiO2＋2C Si＋2CO↑分析，高溫下碳的還原性比硅強，但不能說明C、Si的非金屬性強弱，選項A錯誤；反應CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑是在非水溶液狀態下進行的，因此無法判斷H2SiO3與H2CO3的酸性強弱，選項B錯誤；CO2、H2O與硅酸鈉溶液反應生成硅酸說明H2CO3的酸性比H2SiO3強，由此可知碳的非金屬性比硅強，選項C正確；H2CO3比H2SiO3受熱易分解，僅能證明H2SiO3比H2CO3穩定，無法判斷H2SiO3與H2CO3的酸性強弱，選項D錯誤。
11．下列關于硅酸及其鹽的敘述不正確的是
A．硅酸是一種弱酸，可由其酸性氧化物SiO2與水化合而制得
B．硅酸鹽是構成地殼中巖石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸鹽
C．硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，具有黏合性
D．SO2通入Na2SiO3溶液中產生膠狀沉淀，說明酸性H2SO3＞H2SiO3
√
SiO2與水不反應，A項錯誤。
12．(2024·安陽高一期中)Ca3SiO5(可看作CaSiO3·2CaO)是硅酸鹽水泥的主要成分之一，其相關性質的下列說法不正確的是
A．具有吸水性，需要密封保存
B．可發生反應：Ca3SiO5＋4NH4Cl CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
C．能與CO2反應生成新鹽
D．與足量鹽酸作用，所得固體產物為SiO2
√
13．(2024·威海高一期中)由粗SiO2制備純SiO2的流程如圖所示，下列說法不正確的是
A．SiO2可用于制造光導纖維
B．步驟Ⅱ的反應是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4
C．步驟Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代
D．若在實驗室中完成步驟Ⅲ，一般在蒸發皿中進行
√
步驟Ⅱ中硅酸鈉和稀硫酸反應生成硅酸沉淀，化學方程式是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4，B項正確；碳酸的酸性強于硅酸，因此步驟Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，C項正確；若在實驗室中完成步驟Ⅲ，一般在坩堝中進行，蒸發皿不能用于灼燒固體，D項錯誤。
14．芯片主要由單晶硅構成，如
圖是硅及其化合物的“價—類”
二維圖，根據要求完成下列化學
(或離子)方程式。
(1)利用焦炭在電爐中還原二氧化硅
的化學方程式為__________________________。
(2)利用氫氟酸刻蝕玻璃的化學方程式為_____________________________。
(3)硅酸鈉與強酸反應轉化為硅酸的離子方程式為______________________。
(4)二氧化硅與燒堿溶液反應的化學方程式為____________________________。
(5)石英與石灰石在玻璃熔爐里加強熱發生反應的化學方程式為__________________________________。
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
15．硅及其化合物是無機非金屬材料的主要成分，硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質量的90%以上。
Ⅰ.(1)計算機芯片和太陽能電池的主要成分是　　　(填化學式，下同)；光導纖維的主要成分是　　　；工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，其原理為______________________________(填化學方程式)。
Si
SiO2
4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
計算機芯片和太陽能電池的主要成分是Si；光導纖維的主要成分是SiO2；二氧化硅和氫氟酸反應生成四氟化硅氣體和水，用氫氟酸來雕刻玻璃的原理為4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O；
Ⅱ.高純度單晶硅的制備方法：
某同學從資料中查知：SiCl4的熔點為－70 ℃，沸點為57.6 ℃，在潮濕的空氣中與水發生反應而變質。該同學設計了如圖裝置制取純硅(裝置中的加熱及夾持裝置均已略去)。
(2)已知：步驟①生成的另一產物為CO，寫出步驟①中反應的化學方程
式：_______________________。
步驟①是SiO2和C在高溫條件下生成Si和CO，反應的化學方程式為2C＋SiO2 Si＋2CO↑；
(3)裝置A中發生反應的離子方程式為_________________________。
Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑
裝置A中鋅和稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，發生反應的離子方程式為Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑；
(4)已知：SiCl4在潮濕的空氣中能與水發生反應生成氯化氫。為防止空氣污染，含有SiCl4的尾氣可通入盛有　　　　　　(填試劑名稱)的燒杯中。
氫氧化鈉溶液
SiCl4在潮濕的空氣中能與水發生反應生成氯化氫，所以為防止空氣污染，含有SiCl4的尾氣可通入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中；
(5)同學甲認為用該裝置進行實驗，可能會導致實驗失敗，為保證制備純硅實驗的成功，你認為該裝置應進行的改進措施是____________________
_________________________________________________。
在裝置A與裝置B之間連接一個盛有濃硫酸的洗氣瓶(或堿石灰的干燥管)
SiCl4在潮濕的空氣中能與水發生反應，用該裝置制備的氫氣中含有水蒸氣，可能會導致實驗失敗，為保證制備純硅實驗的成功，在裝置A與裝置B之間連接一個盛有濃硫酸的洗氣瓶。
返回

展開更多......

收起↑