化学必修 第二册第三节 无机非金属材料精品课时训练

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第07讲 无机非金属材料
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课程标准
课标解读
1．了解无机非金属材料的主要性能和用途。
2．了解常见硅酸盐产品的组成。
3．掌握硅酸钠的性质和用途。
4．掌握硅和二氧化硅的性质，了解硅和二氧化硅的用途。
1．能列举、描述、辨识无机非金属材料。
2．能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类，并合理使用。
3．能说明无机非金属材料的应用对社会发展的价值。
知识精讲

知识点01 传统无机非金属材料——硅酸盐材料
1．无机非金属材料
（1）组成元素：多含有硅、氧等元素。
（2）分类：传统无机非金属材料、新型无机非金属材料。
（3）性能：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。
（4）应用领域：日常生活应用、航空、航天、信息和新能源等领域。
2．传统无机非金属材料——硅酸盐材料
（1）硅酸盐及其结构
①概念：硅酸盐是由硅、氧和金属等元素组成的化合物的总称。
②结构：Si和O构成了硅氧四面体，许多这样的四面体通过顶角的O相互连接。

③特性：硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
（2）常见的硅酸盐材料
项目
陶瓷
玻璃
水泥
主要成分
成分复杂
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）
生产原料
黏土
（含水的铝硅酸盐）
纯碱、石灰石、石英砂
主要原料：石灰石、黏土
辅助原料：适量的石膏
主要设备
陶瓷窑
玻璃窑
水泥回转窑
用途
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维
大量用于建筑和水利工程
【即学即练1】下列物质中，不含硅酸盐的是（ ）。
A．水玻璃 B．硅芯片 C．黏土 D．普通水泥
【解析】选B。硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素结合而成的化合物的总称，陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品。水玻璃、粘土、普通水泥等含有硅酸盐，硅芯片含有单质硅，不含有硅酸盐。
知识点02 高纯度含硅元素的材料——硅和二氧化硅
1．硅的存在、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
（1）流程

（2）反应
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+3HClSiHCl3+H2
③SiHCl3+H2Si+3HCl
3．硅和二氧化硅的用途
（1）单质硅
①信息技术：单质硅是应用最为广泛的半导体材料，如硅晶片是生产芯片的基础材料。
②新能源技术：硅太阳能电池
（2）二氧化硅：用于生产光导纤维。
4．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，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料等。
（4）常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。
5．碳纳米材料
（1）富勒烯：由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60，可以制碳纳米材料。
（2）碳纳米管：可以看成是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，可用于生产复合材料、电池和传感器等。
（3）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，在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究在不断深入。
【即学即练2】2021年，我国航空航天事业取得了辉煌成就。下列成就所涉及的材料为半导体材料的是（ ）。
A．“天问一号”探测器使用的复合材料——SiC增强铝基复合材料
B．“天舟三号”货运飞船使用的质量轻强度高的材料——铝合金
C．“长征五号”运载火箭使用的高效清洁的液体燃料——液氢
D．“神舟十三号”载人飞船使用的太阳能电池材料——砷化镓
【解析】选D。SiC增强铝基复合材料属于复合材料，A错误；铝合金是合金，属于金属材料，B错误；液氢是可燃性物质，燃烧会产生大量能量，属于高效清洁的液体燃料，不是材料，C错误；太阳能电池材料——砷化镓的导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料，D正确。
能力拓展

考法01 硅和二氧化硅的性质及应用
【典例1】（2022·陕西榆林高一上学期期末）工业上可用焦炭与二氧化硅的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl4和CO，SiCl4经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备SiCl4的装置示意图：

已知：SiCl4熔点为－70.0℃，沸点为57.7℃，且遇水易水解。
（1）装置C中的试剂是________________：装置F的作用为_____________________。
（2）装置A中发生反应的离子方程式为：_______________________________；A装置中，有一处明显错误是_____________________。
（3）装置D的硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是________________。
（4）G中吸收气体一段时间后，吸收液中肯定存在OH－、Cl－和SO42－．为探究该吸收液中可能存在的其它酸根离子（忽略空气中CO2的影响）。
【提出假设】假设1：只有SO32－；假设2：既无SO32－也无ClO－：假设3：只有ClO－。
【设计方案，进行实验】可供选择的实验试剂有：3mol/LH2SO4溶液、1mol/LNaOH溶液、溴水、品红溶液、0.01mol/LKMnO4溶液、淀粉－KI溶液。各取少量吸收液于a、b、c三支试管中，分别滴加适量的3mol/LH2SO4溶液后，进行下列实验。请完成下表：
序号
操作
可能出现的现象
结论
①
向a试管中滴加几滴______溶液
若溶液褪色
则假设1成立
若溶液不褪色
则假设2或3成立
②
向b试管中滴加几滴_____溶液
若溶液褪色
则假设1或3成立
若溶液不褪色
假设2成立
③
向c试管中滴加几滴________溶液
__________
假设3成立
【解析】（1）浓盐酸具有挥发性，加热促进挥发，导致制取的氯气中含有氯化氢，为除去氯化氢，装置B中的试剂应该吸收氯化氢而不能吸收氯气，为饱和食盐水，装置C用浓硫酸吸水，四氯化硅遇水极易水解，F可防止右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯；（2）装置A是氯气发生装置，A中二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，其离子方程式为MnO2+4H++2Cl－Mn2++2H2O+Cl2↑，圆底烧瓶底部表面积比较大，需用石棉网确保底部受热均匀，所以A装置中，有一处明显错误是圆底烧瓶加热缺少石棉网；（3）在D装置中二氧化硅和碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳，反应为：SiO2+2C+2Cl2SiCl4+2CO；（4）由假设1和假设2可知，要检测的为SO32－和ClO－，故假设3为只有ClO－，又因为SO32－会使KMnO4溶液褪色，而ClO－不会，所故可以用来检测假设1，H2SO3和ClO－具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以可以用来检测假设2，ClO－可以氧化KI反应生成碘单质，遇到淀粉边蓝色，可以用来检测假设3。
【答案】（1）浓硫酸；防止F右端的水蒸气进入E与四氯化硅反应，造成产物不纯
（2）MnO2+4H++2Cl－Mn2++2H2O+Cl2↑；无石棉网
（3）SiO2+2C+2Cl2SiCl4+2CO
（4）①0.01mol/L的KMnO4（或溴水）；②品红；③淀粉－KI；若溶液变为蓝色
【知识拓展】
1．单质硅的性质
（1）常温下，性质稳定，只能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应
①Si+2F2SiF4
②Si+4HFSiF4↑+2H2↑
③Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
（2）在加热或高温下，能够与氧气、氯气、氢气等物质反应
①Si+O2SiO2
②Si+2Cl2SiCl4
③Si+2H2SiH4
④Si+CSiC
2．二氧化硅和二氧化碳性质的比较

【特别提醒】二氧化硅的特殊性
（1）酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸，但SiO2不溶于H2O，不能直接与H2O反应生成H2SiO3。
（2）非金属氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高。
（3）酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与氢氟酸反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。
考法02 硅酸和硅酸盐的性质及应用
【典例2】某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。

实验操作步骤：
Ⅰ．打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸；
Ⅱ．A中看到白色沉淀时，…，关闭活塞a；
请回答：
（1）B中反应的离子方程式是________________________。
（2）通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是______（填字母）。
A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性
（3）C装置的作用是______，X是______（写化学式）。
（4）为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是____________，D中反应的化学方程式是________________________。
（5）碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是________________________（从原子结构角度加以解释）。
【解析】（1）B中发生盐酸与碳酸钙的反应，生成氯化钙、水、二氧化碳，该离子反应为CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O；（2）A中看到白色沉淀，盐酸能与盐反应，可知盐酸具有的酸性、挥发性；（3）X为碳酸氢钠溶液，与挥发的盐酸反应，可除去二氧化碳中混有的HCl，C装置的作用是除HCl气体；（4）D中发生二氧化碳与硅酸钠溶液的反应，该反应为Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3（胶体）+Na2CO3，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当D中出现白色胶状沉淀后；（5）碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱。
【答案】（1）CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O（2）AD
（3）除HCl气体，饱和NaHCO3
（4）关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当D中出现白色胶状沉淀后，Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3
（5）碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱
【知识拓展】硅酸和硅酸盐的性质
1．碳酸和硅酸性质的比较

H2CO3
H2SiO3
酸性
均为弱酸,且酸性H2CO3＞H2SiO3
水溶性
能溶于水
难溶于水
稳定性
常温下易分解生成CO2和H2O
受热易分解生成SiO2和H2O
制备
CO2+H2OH2CO3
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
转化关系
Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3
2．Na2SiO3与Na2CO3性质的比较

Na2SiO3
Na2CO3
俗名
硅酸钠的水溶液俗称水玻璃、泡花碱
纯碱、苏打
水溶性
易溶于水，水溶液黏合性强，是一种矿物胶
易溶
与盐酸反应
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
Na2CO3+2HCl（少量）
2NaCl+H2O+CO2↑
Na2CO3+HCl（少量）
NaCl+NaHCO3
与CO2反应
Na2SiO3+CO2（少量）+H2O
H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+2CO2（过量）+2H2O
H2SiO3↓+2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3
用途
制备硅胶和木材防火剂
制玻璃、制肥皂
【特别提醒】硅酸盐的组成和结构
由于硅酸盐的结构比较复杂，为了简化硅酸盐组成，采用氧化物的形式。实际上，硅酸盐不是以简单的氧化物的形式存在，而是以各种结构复杂的盐的形式存在。
考法03 无机非金属材料
【典例3】（2022·武汉高一检测）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）工业上生产粗硅的反应：SiO2+2CSi（粗）+2CO↑；SiO2+3CSiC+2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________________。
（2）工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：

①若反应Ⅰ为Si（粗）+3HClSiHCl3+H2，则反应Ⅱ的化学方程式为__________________________________________________________。
②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：______________________。
【解析】（1）若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，可将两化学方程式叠加，可知C和SiO2的物质的量之比为5∶2。（2）①由流程图可知反应Ⅱ是SiHCl3和H2反应生成纯硅和HCl，因此化学方程式为SiHCl3+H2Si（纯）+3HCl。②根据反应中的已知物质：SiHCl3+H2OH2SiO3+HCl，由原子守恒可知另一种物质为H2，因此反应的化学方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+H2↑。
【答案】（1）5∶2
（2）①SiHCl3+H2Si（纯）+3HCl
②SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+H2↑
【知识拓展】含硅物质的化学性质
1．无机非金属材料分类

2．新型无机非金属材料分为高纯度的含硅元素的材料、新型陶瓷、碳纳米材料。
3．高纯硅的制备

①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+3HClSiHCl3+H2
③SiHCl3+H2Si+3HCl
【特别提醒】（1）区分Si和SiO2的用途。Si是应用最为广泛的半导体材料，SiO2可用于制造光导纤维。
（2）石英玻璃的主要成分是SiO2，不是硅酸盐。
分层提分

题组A 基础过关练
1．（2022·广东选择考）广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是（ ）。
文物




选项
A．南宋鎏
金饰品
B．蒜头纹
银盒
C．广彩瓷
咖啡杯
D．铜镀
金钟座
【解析】选C。南宋鎏金饰品的主要原料是金属，不属于硅酸盐材料，故A错误；蒜头纹银盒的材料为银，不属于硅酸盐材料，故B错误；广彩瓷咖啡杯的材料为陶瓷，属于硅酸盐材料，故C正确；铜镀金钟座的主要材料为金属，不属于硅酸盐材料，故D错误。
2．（2022•常州高一检测）我国“化学”一词最早出于《化学鉴原》（1871年）。该书把一种元素翻译为“矽（xi）”。在地壳里，“矽”的含量在所有元素含量中占第二位，现代把这种“矽”元素命名为（ ）。
A．锡 B．硒 C．氧 D．硅
【解析】选D。地壳中含量居前五位的元素是氧、硅、铝、铁、钙，含量居第二位的元素是硅。
3．（2022·绍兴高一检测）碳纳米管是继足球烯（C60）以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯（C60）的说法错误的是（ ）。
A．它们的物理性质有较大差异
B．在常温下它们的化学性质都稳定
C．它们是不同的碳单质
D．它们分别完全燃烧后生成物不同
【解析】选D。碳纳米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性质不同；它们都是碳单质，在常温下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。
4．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡，下列说法错误的是（ ）。
A．陶瓷、玻璃和水泥均属于无机非金属材料
B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3
C．陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等
D．陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成的
【解析】选B。水泥、玻璃、陶瓷均属于无机非金属材料，故A正确；Fe2O3是红棕色物质，而陶瓷版“冰墩墩”上为黑色涂料，故不是氧化铁，故B错误；陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等，故C正确；陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制发生复杂的化学反应而制成的，故D正确。
5．下列反应不能一步完成的是（ ）。
A．SiO2Na2SiO3 B．SiO2H2SiO3
C．Na2SiO3H2SiO3 D．H2SiO3SiO2
【解析】选B。SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O，A项正确；SiO2不与水反应，不能一步生成H2SiO3，B项错误；Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl，C项正确；H2SiO3SiO2+H2O，D项正确。
6．（2022·嘉兴高一检测）下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是（ ）。
A．两者都是酸性氧化物，故均不与酸反应
B．两者都可以与NaOH溶液反应
C．两者熔、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】选B。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熔、沸点较低，SiO2熔、沸点较高，故C错误；二氧化硅不溶于水，不能与水反应，故D错误。
7．（四川省遂宁市2021~2022学年高一上学期期末）中国景德镇瓷器精美绝伦，瓷器表面的兔毫釉主要成分为SiO2，还含有少量Al2O3和Fe2O3。下列说法错误的是（ ）。
A．SiO2属于酸性氧化物
B．景德镇瓷器不宜保存酸性或碱性太强物质
C．兔毫釉极易被空气氧化，瓷器不能在空气中久置
D．Al2O3中氧的质量分数高于Fe2O3
【解析】选C。兔毫釉主要成分中SiO2属于酸性氧化物，Fe2O3属于碱性氧化物，Al2O3属于两性氧化物，A选项正确；Al2O3和Fe2O3能够和酸性物质反应，Al2O3和SiO2能够和碱性物质反应，B选项正确；大多数硅酸盐性质特别稳定，能够长时间放置在空气中，C选项错误；Al2O3和Fe2O3中氧原子个数相同，Al2O3的摩尔质量小，所以Al2O3中氧元素的质量分数高，D选项正确。
8．2022年北京冬奥会的各种科技让外国友人震惊，其中北京冬奥会火炬“飞扬”的制作材料和冬奥项目中的“速度担当”——用航天级技术造中国雪车所使用的材料也是备受关注。
（1）冬奥火炬和中国雪车使用的均是一种新型无机非金属材料——碳纤维复合材料，其中碳纤维与碳纳米管、石墨烯____________（填“是”或“不是”）同素异形体。
（2）建设高铁轨道需要大量的水泥，生产水泥的主要原材料是黏土和________________；还需要加入适量______________调节水泥硬化速率。
（3）高铁上的信息传输系统使用了光导纤维，其主要成分是______________；乘务员使用的无线通话机的芯片材料是________________。
（4）高铁上安装有许多玻璃，氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹，氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为__________________________。
（5）高铁上的卫生间没有任何异味，是由于所使用的马桶、地漏和洗手盆下水口都是纳米硅胶的高科技产品。向硅酸钠溶液中加入稀盐酸可产生硅酸胶体，该反应的离子方程式为____________________________________________。
【解析】（1）碳纤维与碳纳米管、石墨烯均为碳的单质，互为同素异形体；
（2）生产水泥的主要原材料是石灰石和黏土；（3）光导纤维主要成分是SiO2，具有良好的导光性；硅单质是半导体材料，常用于制作计算机芯片和太阳能电池，乘务员使用的无线通话机的芯片材料是硅；（4）玻璃中含有二氧化硅，二氧化硅和氢氟酸反应生成四氟化硅，化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O；（5）向硅酸钠溶液中加入稀盐酸，反应生成硅酸胶体，离子方程式：SiO32－+2H+H2SiO3（胶体）。
【答案】（1）是（2）石灰石；石膏
（3）SiO2；Si（4）SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
（5）SiO32－+2H+H2SiO3（胶体）
题组B 能力提升练
1．（2022•荆门高一检测）《天工开物》第七卷《陶埏（陶瓷）》中“水火既济而土合．…后世方土效灵，人工表异，陶成雅器，有素肌、玉骨之象焉”所述的“陶成雅器”的主要原料是（ ）。
A．黏土
B．纯碱、石灰石、石英砂
C．黏土、石灰石
D．二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝
【解析】选A。陶瓷的传统概念是指所有以黏土等无机非金属矿物为原材料，经过高温烧制而成的产品，题干中陶成雅器，“水火既济而土合”为陶器的生产工艺，所以所述的“陶成雅器”的主要原料是黏土。
2．（宁夏石嘴山市2021~2022学年高一上学期期中测试）下列说法正确的是（ ）。
A．二氧化硅具有良好的半导体特性，故而可用作光导纤维
B．硅酸钠为盐，非碱类物质，故可用玻璃瓶盛装
C．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸
D．硅溶于氢氧化钠溶液，只有水作氧化剂，NaOH既非氧化剂也非还原剂
【解析】选D。硅具有良好的半导体特性，二氧化硅可用作光导纤维，故错误；硅酸盐具有粘性，容易将玻璃瓶与玻璃塞粘到一起，不能用玻璃瓶盛装，故错误；高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，不是在常温下进行，且不是在水溶液中进行，不能说明硅酸的酸性强于碳酸，故错误；硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，水中氢离子化合价降低，做氧化剂，故正确。
3．（福建泉州2021~2022学年度高一期末检测）中国是瓷器的故乡，钧瓷是宋代五大名窑瓷器之一，以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法正确的是（ ）。
A．高品质的白瓷晶莹剔透，属于纯净物
B．瓷器中含有大量的金属元素，因此陶瓷属于金属材料
C．氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料
D．“窑变”是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色的变化
【解析】选D。白瓷含有多种成分属于混合物，A项错误；陶瓷属于无机非金属材料，B项错误；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，C项错误；“窑变”时，高温下釉料中的金属化合物由于还原程度的不同，形成不同颜色的低价态化合物，D项正确。
4．（2022～2023年度河南洛阳高一上学期期中检测）高纯度晶体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”。它的制备方法如图所示，下列说法错误的是（ ）。

A．硅和二氧化硅均能与氢氟酸反应
B．步骤①中易产生SiC杂质，SiC属于共价化合物
C．步骤③的反应属于置换反应
D．熔融NaOH固体，可在石英坩埚中进行
【解析】选D。石英中的SiO2能与NaOH反应，不能选用石英坩埚熔融NaOH固体，D项错误。
5．下列说法正确的是（ ）。
A．由SiO2不能与水反应生成硅酸可知，SiO2不是酸性氧化物
B．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
C．由SiO2可制作光导纤维可知，SiO2可导电
D．由SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
【解析】选B。酸性氧化物是能跟碱生成盐和水的氧化物，SiO2能与碱反应生成硅酸盐和水，所以SiO2是酸性氧化物，酸性氧化物不是根据能否跟水反应确定的，故A错误；CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀硅酸，根据强酸可以制弱酸，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，故B正确；SiO2可制作光导纤维，是因为SiO2的导光性，SiO2不导电，故C错误；SiO2可与NaOH等碱溶液反应生成盐和水，SiO2虽然可与氢氟酸反应，但不生成盐和水且不能和其他酸反应，SiO2和酸的反应不具有普遍性，所以SiO2不是两性氧化物，SiO2是酸性氧化物，故D错误。
5．含硅元素的物质有很多用途，下列说法不正确的是（ ）。
A．硅晶片是生产芯片的基础材料，其主要成分为SiO2
B．高压输电线路使用的陶瓷绝缘材料属于硅酸盐材料
C．水玻璃是硅酸钠的水溶液，可用作木材防火剂的原料
D．超导陶瓷具有超导性，可应用于电力和交通领域
【解析】选A。光导纤维的主要成分是SiO2，而芯片的主要成分是Si，A项错误；陶瓷不导电，具有良好的绝缘性，其主要成分为硅酸盐，可用于高压输电线路使用的绝缘材料，B项正确；硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，不易燃烧，可用作木材防火剂的原料，C项正确；超导陶瓷具有超导性，是一种优良的导体，故可用于电力和交通领域，D项正确。
7．下列离子方程式中书写正确的是（ ）。
A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：Na2SiO3+CO2+H2O2Na++CO32－+H2SiO3↓
B．二氧化硅放入澄清石灰水中：Ca（OH）2+2SiO2CaSiO3↓+H2O
C．二氧化硅与氢氟酸反应：SiO2+4H++4F－SiF4↑+2H2O
D．单质硅溶于烧碱溶液中：Si+2OH－+H2OSiO32－+2H2↑
【解析】选D。水玻璃是硅酸钠的水溶液，硅酸钠是易溶于水的强电解质，以离子形式存在，向其中通入过量CO2反应产生NaHCO3和H2SiO3，反应的离子方程式为SiO32－+2CO2+2H2OH2SiO3↓+2HCO3－，A错误；澄清石灰水中Ca（OH）2以离子形式存在，该反应方程式不符合质量守恒定律和物质存在形式，正确的离子方程式为Ca2++2OH－+SiO2CaSiO3+H2O，B错误；氢氟酸是弱酸，应该用化学式表示，C错误；单质硅溶于烧碱溶液中，生成硅酸钠和H2，反应符合反应事实，D正确。
8．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料－－光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。
（1）在元素周期表中，A位于第____________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为_______________，A与B在原子的电子层结构上的相同点是_____________________。
（2）易与C发生化学反应的酸是_________，反应的化学方程式是______________。
（3）将C与纯碱混合高温熔融时发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将少量的E通入D的水溶液中，生成含A的化合物F。
①分别写出生成D和F的化学反应方程式：______________________________，____________________________________________。
②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是________________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．铁坩埚
【解析】含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，则A为Si，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料－－光导纤维，则C为SiO2，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D为Na2SiO3。（1）A的最外层电子数为4，位于第ⅣA族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B为碳，其原子结构示意图为，二者最外层均有4个电子；（2）二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅与水，化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O；（3）①将SiO2与纯碱混合高温熔融时反应生成Na2SiO3，同时还生成B的最高价氧化物E，则E为CO2，化学方程式为SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑；将少量的CO2与Na2SiO3水溶液反应，生成了含A的化合物F为H2SiO3，化学方程式为Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓；②普通玻璃坩埚、石英玻璃坩埚中的二氧化硅在高温下都能与碳酸钠反应，应在铁坩埚中熔化，A、B两选项符合题意。
【答案】（1）ⅣA；；最外层均有4个电子（2）氢氟酸；SiO2+4HFSiF4↑+2H2O（3）①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑；Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓②AB
8．（2021~2022学年贵州贵阳高一上期末检测）工业上通常利用SiO2和碳反应来制取硅，写出反应的化学方程式___________________________。工业上还可以利用镁制取硅，反应为2Mg+SiO22MgO+Si，同时会发生副反应：2Mg+SiMg2Si。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置，试回答下列问题：

（1）由于O2和H2O（g）的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________（填序号）。
A．石灰石 B．锌粒 C．纯碱
（2）实验开始时，必须先通一段时间X气体，再加热反应物，其理由是_______________；当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，其原因是______________________。
（3）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因是副产物Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷）气体，然后SiH4自燃。用化学方程式表示这两个反应①________________，②_________________。
【解析】碳和二氧化硅在高温下反应生成硅和CO，反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。（1）Mg可以与CO2、N2发生化学反应，Mg与氢气不能发生反应，因此可用氢气作为保护气。选用的药品为稀硫酸和锌粒，再用浓硫酸干燥。选b；（2）装置中有空气，若不用氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气；Mg与SiO2反应的条件是加热，当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，这说明Mg与SiO2的反应是放热反应；（3）Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），其反应的方程式为：Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑，SiH4常温下是一种不稳定、易自燃的气体，反应的方程式为SiH4+2O2SiO2↓+2H2O，所以往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星。
【答案】SiO2+2CSi+2CO↑（1）b
（2）防止加热条件下H2与空气混合爆炸；Mg与SiO2的反应是放热反应
（3）①Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑②SiH4+2O2SiO2↓+2H2O
题组C 培优拔尖练
1.“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂（主要成分为SiO2）制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下：

下列说法错误的是（ ）。
A．反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2
B．流程中HCl和H2可以循环利用
C．反应①②③均为置换反应
D．生成的硅单质是光导纤维的主要成分
【解析】选D。反应①的化学方程式为SiO2+2C2CO↑+Si，SiO2是氧化剂，C是还原剂，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，A项正确；反应②中的HCl是反应物、H2是生成物，反应③中H2是反应物、HCl是生成物，故流程中HCl和H2可以循环利用，B项正确；反应①SiO2+2C2CO↑+Si，反应②Si+3HClH2+SiHCl3，反应③H2+SiHCl3Si+3HCl，均为置换反应，C项正确；光导纤维的主要成分是SiO2，Si单质是良好的半导体材料，D项错误。
2．（2021~2022学年浙江省杭州市四校高一下4月份段考）美国科学家制成了用C60作车轮的“纳米汽车”（如图所示），每辆“纳米汽车”是由一个有机分子和4个C60分子构成，直径约6到9纳米。“纳米汽车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法不正确的是（ ）。

A．C60属于新型无机非金属材料
B．C60可以在一定条件下转化为金刚石，且发生物理变化
C．C60与碳纳米管互为同素异形体
D．用激光笔照射该“纳米汽车”分散在蒸馏水中形成的分散系，光线通过时出现明亮的光路
【解析】选B。常见的无机非金属材料如氮化硅、晶体硅、二氧化硅、C60等，其中C60为新型无机非金属材料，故A正确；有新物质生成是化学变化，C60和金刚石属于不同物质，所以C60在一定条件下转化为金刚石是化学变化，故B错误；C60与碳纳米管均是碳元素形成的不同种单质，互为同素异形体，故C正确；胶体具有丁达尔效应，该分散系为胶体，所以具有丁达尔效应，故D正确。
3．（2021~2022学年浙江省9+1高中联盟高一下期中）AlN属于类金刚石氮化物，是一种新型的高温结构陶瓷，熔融状态下不导电。AlN极易水解，其水解方程式为：AlN+3H2OAl（OH）3+NH3↑。下列有关AlN的说法正确的是（ ）。
A．AlN熔沸点高，硬度大，属于离子化合物
B．可以通过铝和氮气在空气中加热反应制得纯净的AlN
C．AlN性质稳定，可耐酸耐碱
D．AlN陶瓷可以用作集成电路散热基板
【解析】选D。AlN是一种新型的高温结构陶瓷，熔融状态下不导电，说明其不含离子键，不是离子化合物，故A错误；空气中含有水，AlN极易水解，所以在空气中无法得到纯净的AlN，故B错误；AlN极易水解，水解方程式为：AlN+3H2OAl（OH）3↓+NH3↑，可知AlN性质不稳定，可以与强酸和强碱反应，故C错误；依据题意可知AlN是一种新型的耐高温结构陶瓷，故可以用作集成电路散热基板，故D正确。
4．（2020年7月·浙江学考真题）Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是（ ）。
A．可发生反应：Ca3SiO5+4NH4ClCaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
【解析】选D。将Ca3SiO5改写为氧化物形式后的化学式为：3CaO·SiO2，其具有CaO和SiO2的双重性质。Ca3SiO5与NH4Cl反应可以认为CaO先和水反应生成Ca（OH）2，Ca（OH）2再与NH4Cl发生反应生成CaCl2、NH3和H2O及Ca（OH）2与SiO2反应生成CaSiO3，则其总反应的方程式为：Ca3SiO5+4NH4ClCaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O，A选项正确；CaO能与水反应，所以需要密封保存，B选项正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入到Ca3SiO5溶液时，发生反应：3SO2+H2O+Ca3SiO53CaSO3+H2SiO3，C选项正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与Ca3SiO5反应时，发生反应：6HCl+Ca3SiO53CaCl2+H2SiO3+2H2O，D选项不正确。
5．（2021年1月高三八省联考湖北卷）水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2）。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下2（3CaO·SiO2）+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2（放热反应）。但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是（ ）。
A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
【解析】选C。水泥由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得，A说法正确；水泥生产过程中加入石膏的目的是为了调节水泥的凝结硬化速度，调整水泥的凝结时间，B说法正确；水与硅酸三钙（3CaO·SiO2）发生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，C说法错误；硅酸三钙（3CaO·SiO2）与水反应放热，以冰代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡，保证建筑质量，D说法正确。
6．沸石是一种含水架状结构的多孔性铝硅酸盐晶体，其基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体。沸石的化学组成为：Ma［（AlO2）x·（SiO2）y］·z（H2O），其中M为金属阳离子。下列推测不正确的是（ ）。
A．沸石的架状结构中存有的空气，可作为气泡的凝结核，能使反应液平稳沸腾
B．若金属阳离子带n个单位正电荷，则x＝a·n
C．增大x/y（铝硅比）的值，可以增强沸石的耐酸、耐碱和耐高温的性能
D．沸石具有筛分分子的作用，可用于分离、提纯气体或液体混合物
【解析】选C。沸石能够防止液体暴沸，其原因是沸石的架状结构中存有的空气，可作为气泡的凝结核，能使反应液平稳沸腾，A选项正确；“AlO2”显－1价，“SiO2”显0价，“H2O”显0价，M显+n价，根据正负化合价的代数和等于0，则有a×（+n）+x×（－1）＝0，所以x＝a·n，B选项正确；增大x/y（铝硅比）的值，则铝元素的含量增加（相当于Al2O3增加），沸石的耐酸、耐碱性能降低，C选项错误；由于沸石多孔性结构，因此沸石具有筛分分子的作用，可用于分离、提纯气体或液体混合物，D选项正确。
7．（2022·大连高一上期末）用湿法制磷酸的副产品氟硅酸（H2SiF6）生成无水氟化氢的工艺如图所示：

已知氟硅酸钾（K2SiF6）微酸性，有吸湿性，微溶于水，不溶于酒精。
（1）写出反应器中的化学方程式：________________。
（2）在实验室过滤操作中所用的玻璃仪器有_____________，在洗涤氟硅酸钾（K2SiF6）时常用酒精洗涤，其目的是：____________。
（3）该流程中可以循环使用的物质是：_____________。（填化学式）
（4）氟化氢可以腐蚀刻画玻璃，在刻蚀玻璃过程中也会生成H2SiF6，试写出该反应的化学方程式：__________________。
【解析】氟硅酸加入硫酸钾发生反应生成氟硅酸钾（K2SiF6）微酸性，有吸湿性，微溶于水，过滤得到硫酸和氟硅酸钾，干燥后在热水中水解成氟化钾、氟化氢及硅酸，加入浓硫酸反应得到硫酸钾、氟化氢、和四氯化硅等，净化冷凝，通过精馏得到纯净的氟化氢；（1）氟硅酸加入硫酸钾发生反应生成氟硅酸钾和硫酸，反应器中的化学方程式为：H2SiF6+K2SO4H2SO4+K2SiF6↓；（2）依据过滤装置和过程选择需要的玻璃仪器为漏斗、烧杯、玻璃棒，在洗涤氟硅酸钾（K2SiF6）时常用酒精洗涤而不是用水，其目的是氟硅酸钾不溶于酒精，减少用水洗涤溶解氟硅酸钾损失；（3）反应过程中参与反应，在反应过程中又重新生成的物质可以循环使用，分析流程判断流程中硫酸和硫酸钾在制备过程中先参加反应，随后又生成，可以循环使用；（4）氟化氢可以腐蚀刻画玻璃，在刻蚀玻璃过程中也会生成H2SiF6和水，依据原子守恒配平书写化学方程式为：6HF+SiO2H2SiF6+2H2O。
【答案】（1）H2SiF6+K2SO4H2SO4+K2SiF6↓
（2）烧杯、漏斗、玻璃棒；氟硅酸钾不溶于酒精，减少用水洗涤溶解氟硅酸钾损失
（3）H2SO4、K2SO4（4）6HF+SiO2H2SiF6+2H2O
8．（2022·广西北海高一上学期期末）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：

回答下列问题：
（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_______________，还可使用_________代替硝酸。
（2）沉淀A的主要成分是____________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为___________________________。
（3）加氨水过程中加热的目的是__________________________，沉淀B的主要成分为_________、_________（填化学式）。
（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液测定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，测定反应为：2MnO4－+6H++5H2C2O42Mn2++10CO2↑+8H2O。实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500mol•L－1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为_______________。
【解析】（1）铁离子在pH较小时易生成沉淀，加入硝酸可氧化亚铁离子生成铁离子，比避免引入新杂质，还可用过氧化氢代替硝酸；（2）由以上分析可知沉淀A为SiO2，不溶于强酸但可与一种弱酸反应，应为与HF的反应，方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O；（3）滴加氨水，溶液呈碱性，此时不用考虑盐类水解的问题，加热的目的是防止生成胶体而难以分离，生成的沉淀主要是Al（OH）3、Fe（OH）3；（4）反应的关系式为5Ca2+～5H2C2O4～2KMnO4，n（KMnO4）＝0.0500mol/L×36.00×10－3L＝1.80×10－3mol，n（Ca2+）＝4.50×10－3mol，水泥中钙的质量分数为×100%＝45.0%。
【答案】（1）将样品中的Fe2+氧化为Fe3+；H2O2
（2）SiO2；SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
（3）防止胶体生成，易生成沉淀；Al（OH）3、Fe（OH）3
（4）45.0%