第三节 无机非金属材料
[学习目标] 1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。 2.了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。 3.知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。
任务一 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．硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合4个O，每个O结合2个Si。
3．常见的硅酸盐材料
(1)陶瓷
产品 主要原料 制备过程 生产应用
陶瓷 黏土 原料经高温烧结而成 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
(2)玻璃和水泥
产品 主要原料 主要设备 主要成分 用途
普通 玻璃 纯碱、石灰石、石英砂 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，高强度复合材料等
水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑 硅酸盐 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
[交流研讨] (1)为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点？
提示：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体（结构如图所示）：
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。
(2)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。
提示：Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
4．常见玻璃种类及其性能、用途
玻璃种类 性能 用途
含铅的光学玻璃 透光性好，折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜
加入硼酸盐的玻璃 耐化学腐蚀、耐高温急剧变化 制实验玻璃仪器
加入金属氧化物或盐得到的彩色玻璃 具有多种颜色 建筑、装饰
1．下列关于玻璃的叙述正确的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英
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为Na2O·CaO·6SiO2，说明普通玻璃为纯净物
D．过量的泥沙、纯碱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纯碱、石英砂和石灰石，A错误；B．普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅，B错误；C．还含有其他物质，普通玻璃是混合物，C错误；D．泥沙主要成分为二氧化硅，过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃，D正确；故选D。
2.（2023·日照高一月考）“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色瓷的诗句，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、耐高温
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
答案：C
任务二 新型无机非金属材料
1．硅
(1)主要用途：生产半导体材料，如硅芯片、硅太阳能电池。
(2)高纯硅的制备
其中涉及的主要化学反应为：
(a)SiO2＋2CSi＋2CO↑。
(b)Si＋3HClSiHCl3＋H2。
(c)SiHCl3＋H2Si＋3HCl。
2．二氧化硅
(1)SiO2的性质
(2)二氧化硅的用途：用于生产光导纤维。
[交流研讨] 阅读情境素材，回答下列问题：
素材1：SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。
素材2：氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
(1)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。
提示：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。
(2)实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为应该选哪一种？简述选择的依据。
提示：选择铁坩埚。铁不与烧碱(NaOH)反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH反应，使得坩埚受损。
(3)能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。
提示：不能，因为SiO2与水不反应。SiO2Na2SiO3H2SiO3。化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
3．新型陶瓷
新型材料 成分 性能 主要应用
金刚砂 碳化硅(SiC) 硬度很大、耐高温、抗氧化 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料等
高温结 构陶瓷 碳化硅、氮化硅、某些金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
透明 陶瓷 氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导 陶瓷 在某一临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗等领域
4.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，其代表物为C60。
(2)碳纳米管：由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，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，其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。
1．下列关于硅及其化合物的叙述正确的是( )
A．自然界中存在大量的单质硅
B．硅单质可用于制造硅太阳能电池
C．二氧化硅在电子工业中是重要的半导体材料
D．二氧化硅与氢氟酸和氢氧化钠均能反应，属于两性氧化物
答案：B
解析：A．硅有较强的亲氧性，自然界中没有游离态的硅，A错误；B．制造太阳能电池的主要材料是硅单质，B正确；C．晶体硅在电子工业中是重要的半导体材料，C错误；D．二氧化硅与氢氟酸和氢氧化钠均能反应，但SiO2与氢氟酸反应为其特性，不是能与所有酸反应的通性，故其属于酸性氧化物，D错误；故选B。
2．光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸
B．SiO2＋2CSi＋2CO↑，由此可推出还原性：C>Si
C．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆
D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应
答案：D
解析：A．二氧化硅不能与水反应生成硅酸，故A错误；B．C的非金属性大于Si，氧化性：C>Si，还原性：C＜Si，故B错误；C．二氧化硅不导电，由于具有优良的光学特性而被用于制造光缆，故C错误；D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应生成硅酸钠和二氧化碳，故D正确；故选D。
3．宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、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，该航天服的韧性很好，质地并不是很脆，B错误。
1．下列有关硅酸盐材料的说法正确的是( )
A．生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和晶体硅
B．水晶、玛瑙、石英等主要成分都是SiO2
C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D．水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品，都是纯净物
答案：B
解析：A．生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和石英砂，故A错误；B．水晶、玛瑙、石英等主要成分都是SiO2，故B正确；C．普通玻璃、水泥等属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是SiO2，故C错误；D．水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品，都是混合物，故D错误；故选B。
2．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
答案：D
解析：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，都是纯净物，在通常情况下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。
3．如图为石墨烯—硅太阳能电池结构模型。下列说法中，不正确的是( )
A．硅是应用广泛的半导体材料
B．二氧化硅可用来生产光导纤维
C．石墨烯—硅太阳能电池可将太阳能转化为电能
D．石墨烯不具有导电导热性
答案：D
解析：A．硅位于金属和非金属分界线处，具有金属和非金属的性质，所以其单质是良好的半导体材料，可以做硅芯片、硅太阳能电池，A项正确；B．光导纤维的主要成分是二氧化硅，B项正确；C．石墨烯—硅太阳能电池可将太阳能转化为电能，C项正确；D．石墨烯用于制作太阳能电池，是因为其具有优良的导电、导热性能，D项错误；答案选D。
4．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( )
A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生
C．SiO2溶于烧碱溶液中可制得水玻璃，水玻璃属于电解质
D．虽然SiO2能与HF、NaOH反应，但SiO2不是两性氧化物
答案：D
解析：A．硅酸钠属于有黏性的物质，能将玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，故A错误；B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，强酸制弱酸，在溶液中反应，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，是在高温条件下才能发生，CO2为气体，逸出可促使反应正向进行，故B错误；C．SiO2溶于烧碱溶液中可制得水玻璃，水玻璃是硅酸钠的水溶液，是混合物，既不是电解质也不是非电解质，故C错误；D．虽然SiO2能与HF、NaOH反应，但SiO2只与酸中的HF反应，故不是两性氧化物，故D正确；故选D。
5．实验室在模拟工业制备和提纯硅时，利用氯气、石英砂和碳粉（过量）等原料按如下装置制备了SiCl4，已知SiCl4熔点：－70 ℃，沸点：57.6 ℃，遇水极易水解。请回答：
(1)硬质玻璃管中发生的化学反应方程式是____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)液体X可以是冰水吗？ （填“可以”或“不可以”），其作用是________________________________________________________________________。
(3)若缺少干燥管和固体Y，则会造成_______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“尾气处理”的方法是________________________________________________。
答案：(1)SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO
(2)可以 冷凝SiCl4以收集产物
(3)水蒸气进入Z中使得SiCl4水解
(4)点燃（或用气囊收集）
解析：本题是实验室模拟工业制备和提纯硅，硬质玻璃管中是氯气、石英砂和碳粉（过量）发生反应生成SiCl4和CO，反应原理为SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO，接着使用冰水来收集SiCl4，干燥管防止水分进入Z集气瓶中，使SiCl4水解，盛有NaOH和Na2SO3的洗气瓶是吸收多余的Cl2，尾气处理生成的CO（可以点燃或者用气囊收集），据此分析解题。(1)由分析可知，硬质玻璃管是利用过量的C、SiO2和Cl2反应生成SiCl4和CO，故发生的化学反应方程式是SiO2＋2C＋2Cl2SiCl4＋2CO；(2)由题干信息可知，SiCl4熔点－70 ℃，沸点57.6 ℃，故液体X可以是冰水，其作用是冷凝SiCl4以收集产物；(3)由题干信息可知，SiCl4遇水极易水解，故若缺少干燥管和固体Y，则会造成水蒸气进入Z中使得SiCl4水解；(4)由分析可知，“尾气处理”的方法是点燃或者用气囊收集（处理CO）。
课时测评8 无机非金属材料
（本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！）
题点一 传统无机非金属材料
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．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．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料
答案：B
解析：普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
2．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
答案：A
解析：“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，A项错误；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，B、C项正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素处于最高价态，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。
3．下列有关硅酸盐产品的说法不正确的是( )
A．水泥具有水硬性
B．玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英砂
C．玻璃有固定的熔、沸点
D．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品
答案：C
解析：A．水泥具有水硬性，水泥遇水后，能在水中硬化并继续增长其强度，跟水作用形成胶状物并成固体，水硬性最能代表水泥性质，故A正确；B．生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂，故B正确；C．玻璃是混合物，一般混合物都没有固定的熔、沸点，故C错误；D．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品，故D正确。
4．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
答案：B
解析：A．无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等，故A正确；B．新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料，新型无机非金属材料具有以下四个特点：①承受高温，强度高，②具有光学特性，③具有电学特性，④具有生物功能，故B错误；C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，故C正确；D．传统无机非金属材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸盐，而新型无机非金属材料，如：高温结构陶瓷、光导纤维等主要成分不是硅酸盐，故D正确；故答案选B。
题点二 新型无机非金属材料
5．碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多优异的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是( )
A．碳纳米管属于一种有机合成纤维
B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体
C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性
D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料
答案：A
解析：碳纳米管是由碳元素组成的碳单质，不属于有机合成纤维，A项错误；碳纳米管与金刚石是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，B项正确；碳单质性质稳定，所以常温下，碳纳米管具有较好的稳定性，C项正确；碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，所以比表面积大，可用作新型储氢材料，D项正确。
6．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是( )
A．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的颜色变化
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料
C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物
D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀
答案：C
解析：A．窑变是在高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化，窑变是复杂的物理化学变化，故A正确；B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，耐高温，故B正确；C．高品质的瓷器主要成分为硅酸盐，属于混合物，故C错误；D．陶瓷是硅酸盐产品，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，故D正确；综上所述，答案为C。
题点三 硅及其化合物的性质
7．（2024·武威市凉州区期末）科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是( )
A．地壳中硅的含量稀少
B．自然界中存在大量单质硅
C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片
D．光导纤维的主要成分是Si
答案：C
解析：A．自然界中氧元素的含量最丰富，其次为硅，A错误；B．自然界中硅主要以化合态形式存在，B错误；C．高纯度的硅被用于制作计算机芯片、太阳能电池，C正确；D．光导纤维的主要成分是SiO2，D错误；故答案选C。
8．（2023·西安第八十五中学高一期中）下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是( )
①氢氟酸 ②NaHSO4 ③KNO3 ④石灰水 ⑤CuSO4 ⑥NaOH ⑦Na2SiO3
A．②④⑦ B．①④⑥⑦
C．①③⑤ D．①④⑥
答案：B
解析：氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，所以HF不能使用磨口玻璃塞，①符合题意；NaHSO4、KNO3与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，②③不符合题意；石灰水中的氢氧化钙溶液显碱性，能和二氧化硅反应，不能使用磨口玻璃塞，④符合题意；CuSO4与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，⑤不符合题意；NaOH与二氧化硅反应生成黏性的硅酸钠，导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，所以氢氧化钠溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合题意；黏性的硅酸钠，会导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，不能使用磨口玻璃塞，⑦符合题意。
9．下列说法不正确的是( )
A．二氧化硅是制造光导纤维的材料，单质硅是良好的半导体材料
B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，但SiO2不能和水反应生成硅酸
C．保存NaOH溶液时不能用玻璃塞
D．二氧化硅性质稳定，不与任何酸反应
答案：D
解析：A．二氧化硅是制造光导纤维的材料，单质硅是良好的半导体材料，故A正确；B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，SiO2不能溶于水，也不能和水反应生成硅酸，故B正确；C．玻璃的主要成分中含有SiO2，SiO2能与NaOH反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液具有黏性，会将玻璃塞与瓶颈黏到一起，使玻璃塞无法打开，故保存NaOH溶液时不能用玻璃塞，故C正确；D．二氧化硅性质稳定，但是可以与氢氟酸反应，故D错误；故选D。
10．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CaCO3＋SiO2CaSiO3＋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．H2CO3比H2SiO3受热易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强
答案：C
解析：根据反应SiO2＋2CSi＋2CO↑分析，高温下碳的还原性比硅强，但不能说明C、Si的非金属性强弱，选项A错误；反应CaCO3＋SiO2CaSiO3＋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；CO2、H2O与硅酸钠溶液反应生成硅酸说明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。
11．下列关于硅酸及其盐的叙述不正确的是( )
A．硅酸是一种弱酸，可由其酸性氧化物SiO2与水化合而制得
B．硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸盐
C．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，具有黏合性
D．SO2通入Na2SiO3溶液中产生胶状沉淀，说明酸性H2SO3＞H2SiO3
答案：A
解析：SiO2与水不反应，A项错误。
12．（2024·安阳高一期中）Ca3SiO5（可看作CaSiO3·2CaO）是硅酸盐水泥的主要成分之一，其相关性质的下列说法不正确的是( )
A．具有吸水性，需要密封保存
B．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
C．能与CO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物为SiO2
答案：D
13．（2024·威海高一期中）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中的稀硫酸可用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：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项正确；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项正确；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项错误。
14．芯片主要由单晶硅构成，如图是硅及其化合物的“价—类”二维图，根据要求完成下列化学（或离子）方程式。
(1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为________________________________
________________________________________________________________________。
(5)石英与石灰石在玻璃熔炉里加强热发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
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．硅及其化合物是无机非金属材料的主要成分，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。
Ⅰ.(1)计算机芯片和太阳能电池的主要成分是 （填化学式，下同）；光导纤维的主要成分是 ；工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，其原理为_______________________（填化学方程式）。
Ⅱ.高纯度单晶硅的制备方法：
SiO2Si（粗）SiCl4Si（纯）
某同学从资料中查知：SiCl4的熔点为－70 ℃，沸点为57.6 ℃，在潮湿的空气中与水发生反应而变质。该同学设计了如图装置制取纯硅（装置中的加热及夹持装置均已略去）。
(2)已知：步骤①生成的另一产物为CO，写出步骤①中反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置A中发生反应的离子方程式为________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知：SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢。为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有 （填试剂名称）的烧杯中。
(5)同学甲认为用该装置进行实验，可能会导致实验失败，为保证制备纯硅实验的成功，你认为该装置应进行的改进措施是______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)Si SiO2 4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
(2)2C＋SiO2Si＋2CO↑
(3)Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑
(4)氢氧化钠溶液
(5)在装置A与装置B之间连接一个盛有浓硫酸的洗气瓶（或碱石灰的干燥管）
解析：(1)计算机芯片和太阳能电池的主要成分是Si；光导纤维的主要成分是SiO2；二氧化硅和氢氟酸反应生成四氟化硅气体和水，用氢氟酸来雕刻玻璃的原理为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O；(2)步骤①是SiO2和C在高温条件下生成Si和CO，反应的化学方程式为2C＋SiO2Si＋2CO↑；(3)装置A中锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，发生反应的离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑；(4)SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢，所以为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中；(5)SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应，用该装置制备的氢气中含有水蒸气，可能会导致实验失败，为保证制备纯硅实验的成功，在装置A与装置B之间连接一个盛有浓硫酸的洗气瓶。(共66张PPT)
第三节 无机非金属材料
第五章 化工生产中的重要非金属元素
1．了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。
2．了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。
3．知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。
学习目标
任务一 硅酸盐材料
新知构建
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 、_______、 _______等特点，以及特殊的_____、_____等性能。
2．硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧_______结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合 个O，每个O结合 个Si。
硅
氧
耐高温
抗腐蚀
硬度高
光学
电学
四面体
4
2
3．常见的硅酸盐材料
(1)陶瓷
产品 主要原料 制备过程 生产应用
陶瓷 _______ 原料经高温烧结而成 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
黏土
(2)玻璃和水泥
产品 主要原料 主要设备 主要成分 用途
普通
玻璃 ______________________ ________ ______________________ 生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，高强度复合材料等
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
纯碱、石灰石、
石英砂
玻璃窑
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
石灰石、黏土
水泥回转窑
硅酸盐
交流研讨1
(1)为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点？
提示：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(结构如图所示)：
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。
(2)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。
4．常见玻璃种类及其性能、用途
玻璃种类 性能 用途
含铅的光学玻璃 透光性好，折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜
加入硼酸盐的玻璃 耐化学腐蚀、耐高温急剧变化 制实验玻璃仪器
加入金属氧化物或盐得到的彩色玻璃 具有多种颜色 建筑、装饰
典例应用
1．下列关于玻璃的叙述正确的是
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英
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为Na2O·CaO·6SiO2，说明普通玻璃为纯净物
D．过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃
√
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石英砂和石灰石，A错误；B．普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅，B错误；C．还含有其他物质，普通玻璃是混合物，C错误；D．泥沙主要成分为二氧化硅，过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃，D正确；故选D。
2.(2023·日照高一月考)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色瓷的诗句，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、耐高温
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
√
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任务二 新型无机非金属材料
新知构建
1．硅
(1)主要用途：生产半导体材料，如硅芯片、硅太阳能电池。
(2)高纯硅的制备
其中涉及的主要化学反应为：
(a) _______________________________ 。
(b) __________________________ 。
(c) ___________________________ 。
2．二氧化硅
(1)SiO2的性质
(2)二氧化硅的用途：用于生产 。
光导纤维
交流研讨
阅读情境素材，回答下列问题：
素材1：SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。
素材2：氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
(1)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。
提示：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。
(2)实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为应该选哪一种？简述选择的依据。
提示：选择铁坩埚。铁不与烧碱(NaOH)反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH反应，使得坩埚受损。
(3)能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。
提示：不能，因为SiO2与水不反应。 。
化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
3．新型陶瓷
新型材料 成分 性能 主要应用
金刚砂 ____________ 硬度______、耐______、抗氧化 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料等
高温结
构陶瓷 碳化硅、氮化硅、某些金属氧化物 耐______、抗氧化、耐______等优良性能 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
碳化硅(SiC)
很大
高温
高温
磨蚀
新型材料 成分 性能 主要应用
压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现_____能和____能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
透明
陶瓷 氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 具有优异的光学性能、耐高温、________好 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导
陶瓷 在某一临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗等领域
机械
电
绝缘性
4.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，其代表物为C60。
(2)碳纳米管：由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，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，其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。
典例应用
1．下列关于硅及其化合物的叙述正确的是
A．自然界中存在大量的单质硅
B．硅单质可用于制造硅太阳能电池
C．二氧化硅在电子工业中是重要的半导体材料
D．二氧化硅与氢氟酸和氢氧化钠均能反应，属于两性氧化物
√
A．硅有较强的亲氧性，自然界中没有游离态的硅，A错误；B．制造太阳能电池的主要材料是硅单质，B正确；C．晶体硅在电子工业中是重要的半导体材料，C错误；D．二氧化硅与氢氟酸和氢氧化钠均能反应，但SiO2与氢氟酸反应为其特性，不是能与所有酸反应的通性，故其属于酸性氧化物，D错误；故选B。
2．光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是
A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸
B．SiO2＋2C Si＋2CO↑，由此可推出还原性：C>Si
C．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆
D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应
√
A．二氧化硅不能与水反应生成硅酸，故A错误；B．C的非金属性大于Si，氧化性：C>Si，还原性：C＜Si，故B错误；C．二氧化硅不导电，由于具有优良的光学特性而被用于制造光缆，故C错误；D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应生成硅酸钠和二氧化碳，故D正确；故选D。
3．宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、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
√
由题目信息中“连续纤维增韧”可知，该航天服的韧性很好，质地并不是很脆，B错误。
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随堂达标演练
1．下列有关硅酸盐材料的说法正确的是
A．生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和晶体硅
B．水晶、玛瑙、石英等主要成分都是SiO2
C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D．水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品，都是纯净物
√
A．生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和石英砂，故A错误；B．水晶、玛瑙、石英等主要成分都是SiO2，故B正确；C．普通玻璃、水泥等属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是SiO2，故C错误；D．水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品，都是混合物，故D错误；故选B。
2．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
√
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，都是纯净物，在通常情况下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。
3．如图为石墨烯—硅太阳能电池结构模型。下列说法中，不正确的是
A．硅是应用广泛的半导体材料
B．二氧化硅可用来生产光导纤维
C．石墨烯—硅太阳能电池可将太阳能转化为电能
D．石墨烯不具有导电导热性
√
A．硅位于金属和非金属分界线处，具有金属和非金属的性质，所以其单质是良好的半导体材料，可以做硅芯片、硅太阳能电池，A项正确；B．光导纤维的主要成分是二氧化硅，B项正确；C．石墨烯—硅太阳能电池可将太阳能转化为电能，C项正确；D．石墨烯用于制作太阳能电池，是因为其具有优良的导电、导热性能，D项错误；答案选D。
4．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是
A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生
C．SiO2溶于烧碱溶液中可制得水玻璃，水玻璃属于电解质
D．虽然SiO2能与HF、NaOH反应，但SiO2不是两性氧化物
√
A．硅酸钠属于有黏性的物质，能将玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，故A错误；B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，强酸制弱酸，在溶液中反应，反应②Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，是在高温条件下才能发生，CO2为气体，逸出可促使反应正向进行，故B错误；C．SiO2溶于烧碱溶液中可制得水玻璃，水玻璃是硅酸钠的水溶液，是混合物，既不是电解质也不是非电解质，故C错误；D．虽然SiO2能与HF、NaOH反应，但SiO2只与酸中的HF反应，故不是两性氧化物，故D正确；故选D。
5．实验室在模拟工业制备和提纯硅时，利用氯气、石英砂和碳粉(过量)等原料按如下装置制备了SiCl4，已知SiCl4熔点：－70 ℃，沸点：57.6 ℃，遇水极易水解。请回答：
(1)硬质玻璃管中发生的化学反应方程式是_____________________________。
本题是实验室模拟工业制备和提纯硅，硬质玻璃管中是氯气、石英砂和碳粉(过量)发生反应生成SiCl4和CO，反应原理为SiO2＋2C＋2Cl2
SiCl4＋2CO，接着使用冰水来收集SiCl4，干燥管防止水分进入Z集气瓶中，使SiCl4水解，盛有NaOH和Na2SO3的洗气瓶是吸收多余的Cl2，尾气处理生成的CO(可以点燃或者用气囊收集)，据此分析解题。由分析可知，硬质玻璃管是利用过量的C、SiO2和Cl2反应生成SiCl4和CO，故发生的化学反应方程式是SiO2＋2C＋2Cl2 SiCl4＋2CO；
(2)液体X可以是冰水吗？ (填“可以”或“不可以”)，其作用是________________________。
可以
冷凝SiCl4以收集产物
由题干信息可知，SiCl4熔点－70 ℃，沸点57.6 ℃，故液体X可以是冰水，其作用是冷凝SiCl4以收集产物；
(3)若缺少干燥管和固体Y，则会造成______________________________。
水蒸气进入Z中使得SiCl4水解
由题干信息可知，SiCl4遇水极易水解，故若缺少干燥管和固体Y，则会造成水蒸气进入Z中使得SiCl4水解；
(4)“尾气处理”的方法是____________________。
点燃(或用气囊收集)
由分析可知，“尾气处理”的方法是点燃或者用气囊收集(处理CO)。
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课时测评
题点一 传统无机非金属材料
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．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．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料
√
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
2．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
√
“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，A项错误；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，B、C项正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素处于最高价态，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。
3．下列有关硅酸盐产品的说法不正确的是
A．水泥具有水硬性
B．玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英砂
C．玻璃有固定的熔、沸点
D．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品
√
A．水泥具有水硬性，水泥遇水后，能在水中硬化并继续增长其强度，跟水作用形成胶状物并成固体，水硬性最能代表水泥性质，故A正确；B．生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂，故B正确；C．玻璃是混合物，一般混合物都没有固定的熔、沸点，故C错误；D．陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品，故D正确。
4．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
√
A．无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等，故A正确；B．新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料，新型无机非金属材料具有以下四个特点：①承受高温，强度高，②具有光学特性，③具有电学特性，④具有生物功能，故B错误；C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，故C正确；D．传统无机非金属材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸盐，而新型无机非金属材料，如：高温结构陶瓷、光导纤维等主要成分不是硅酸盐，故D正确；故答案选B。
题点二 新型无机非金属材料
5．碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多优异的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是
A．碳纳米管属于一种有机合成纤维
B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体
C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性
D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料
√
碳纳米管是由碳元素组成的碳单质，不属于有机合成纤维，A项错误；碳纳米管与金刚石是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，B项正确；碳单质性质稳定，所以常温下，碳纳米管具有较好的稳定性，C项正确；碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，所以比表面积大，可用作新型储氢材料，D项正确。
6．宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是
A．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的颜色变化
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料
C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物
D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀
√
A．窑变是在高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化，窑变是复杂的物理化学变化，故A正确；B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，耐高温，故B正确；C．高品质的瓷器主要成分为硅酸盐，属于混合物，故C错误；D．陶瓷是硅酸盐产品，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，故D正确；综上所述，答案为C。
题点三 硅及其化合物的性质
7．(2024·武威市凉州区期末)科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是
A．地壳中硅的含量稀少
B．自然界中存在大量单质硅
C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片
D．光导纤维的主要成分是Si
√
A．自然界中氧元素的含量最丰富，其次为硅，A错误；B．自然界中硅主要以化合态形式存在，B错误；C．高纯度的硅被用于制作计算机芯片、太阳能电池，C正确；D．光导纤维的主要成分是SiO2，D错误；故答案选C。
8．(2023·西安第八十五中学高一期中)下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是
①氢氟酸 ②NaHSO4 ③KNO3 ④石灰水
⑤CuSO4 ⑥NaOH ⑦Na2SiO3
A．②④⑦ B．①④⑥⑦
C．①③⑤ D．①④⑥
√
氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，所以HF不能使用磨口玻璃塞，①符合题意；NaHSO4、KNO3与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，②③不符合题意；石灰水中的氢氧化钙溶液显碱性，能和二氧化硅反应，不能使用磨口玻璃塞，④符合题意；CuSO4与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，⑤不符合题意；NaOH与二氧化硅反应生成黏性的硅酸钠，导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，所以氢氧化钠溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合题意；黏性的硅酸钠，会导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，不能使用磨口玻璃塞，⑦符合题意。
9．下列说法不正确的是
A．二氧化硅是制造光导纤维的材料，单质硅是良好的半导体材料
B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，但SiO2不能和水反应生成硅酸
C．保存NaOH溶液时不能用玻璃塞
D．二氧化硅性质稳定，不与任何酸反应
√
A．二氧化硅是制造光导纤维的材料，单质硅是良好的半导体材料，故A正确；B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，SiO2不能溶于水，也不能和水反应生成硅酸，故B正确；C．玻璃的主要成分中含有SiO2，SiO2能与NaOH反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液具有黏性，会将玻璃塞与瓶颈黏到一起，使玻璃塞无法打开，故保存NaOH溶液时不能用玻璃塞，故C正确；D．二氧化硅性质稳定，但是可以与氢氟酸反应，故D错误；故选D。
√
10．关于下列反应的叙述正确的是
A．由SiO2＋2C Si＋2CO↑可推知硅的非金属性比碳强
B．由CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋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．H2CO3比H2SiO3受热易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强
根据反应SiO2＋2C Si＋2CO↑分析，高温下碳的还原性比硅强，但不能说明C、Si的非金属性强弱，选项A错误；反应CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋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；CO2、H2O与硅酸钠溶液反应生成硅酸说明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。
11．下列关于硅酸及其盐的叙述不正确的是
A．硅酸是一种弱酸，可由其酸性氧化物SiO2与水化合而制得
B．硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸盐
C．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，具有黏合性
D．SO2通入Na2SiO3溶液中产生胶状沉淀，说明酸性H2SO3＞H2SiO3
√
SiO2与水不反应，A项错误。
12．(2024·安阳高一期中)Ca3SiO5(可看作CaSiO3·2CaO)是硅酸盐水泥的主要成分之一，其相关性质的下列说法不正确的是
A．具有吸水性，需要密封保存
B．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cl CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
C．能与CO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物为SiO2
√
13．(2024·威海高一期中)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中的稀硫酸可用CO2替代
D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在蒸发皿中进行
√
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项正确；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项正确；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项错误。
14．芯片主要由单晶硅构成，如
图是硅及其化合物的“价—类”
二维图，根据要求完成下列化学
(或离子)方程式。
(1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅
的化学方程式为__________________________。
(2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为_____________________________。
(3)硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为______________________。
(4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为____________________________。
(5)石英与石灰石在玻璃熔炉里加强热发生反应的化学方程式为__________________________________。
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
15．硅及其化合物是无机非金属材料的主要成分，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。
Ⅰ.(1)计算机芯片和太阳能电池的主要成分是 (填化学式，下同)；光导纤维的主要成分是 ；工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，其原理为______________________________(填化学方程式)。
Si
SiO2
4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
计算机芯片和太阳能电池的主要成分是Si；光导纤维的主要成分是SiO2；二氧化硅和氢氟酸反应生成四氟化硅气体和水，用氢氟酸来雕刻玻璃的原理为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O；
Ⅱ.高纯度单晶硅的制备方法：
某同学从资料中查知：SiCl4的熔点为－70 ℃，沸点为57.6 ℃，在潮湿的空气中与水发生反应而变质。该同学设计了如图装置制取纯硅(装置中的加热及夹持装置均已略去)。
(2)已知：步骤①生成的另一产物为CO，写出步骤①中反应的化学方程
式：_______________________。
步骤①是SiO2和C在高温条件下生成Si和CO，反应的化学方程式为2C＋SiO2 Si＋2CO↑；
(3)装置A中发生反应的离子方程式为_________________________。
Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑
装置A中锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，发生反应的离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑；
(4)已知：SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢。为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有 (填试剂名称)的烧杯中。
氢氧化钠溶液
SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢，所以为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中；
(5)同学甲认为用该装置进行实验，可能会导致实验失败，为保证制备纯硅实验的成功，你认为该装置应进行的改进措施是____________________
_________________________________________________。
在装置A与装置B之间连接一个盛有浓硫酸的洗气瓶(或碱石灰的干燥管)
SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应，用该装置制备的氢气中含有水蒸气，可能会导致实验失败，为保证制备纯硅实验的成功，在装置A与装置B之间连接一个盛有浓硫酸的洗气瓶。
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