第五章 第三节
课时达标分层练
学业考达标练
1.世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
【答案】 B
【解析】 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，故A正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，故B错误；普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，组成也可表示为Na2O·CaO·6SiO2，故C正确；二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛有NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，故D正确。故选B。
2.根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的叙述中，错误的是( )
A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷
C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，它用于制造陶瓷发动机的受热面
D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差
【答案】 D
【解析】 高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等，属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，A正确；氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，是一种生物陶瓷，B正确；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，C正确；新型无机非金属材料不但克服了传统无机非金属材料的缺点，而且同时还具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，且有电学性能等若干优点，D错误。
3.下列物品或设施使用了硅酸盐材料的是( )
①陶瓷餐具 ②砖瓦 ③混凝土桥墩 ④门窗玻璃 ⑤水晶镜片 ⑥石英钟 ⑦水晶项链 ⑧硅太阳能电池 ⑨光导纤维 ⑩计算机芯片
A．⑧⑩ B．⑤⑥⑦⑨
C．①②③④ D．②④⑥
【答案】 C
【解析】 ①陶瓷餐具、②砖瓦、③混凝土桥墩、④门窗玻璃等所用的材料分别是陶瓷、水泥、玻璃，均为传统的硅酸盐材料；⑤水晶镜片、⑥石英钟、⑦水晶项链、⑨光导纤维等所用材料的成分是二氧化硅；⑧硅太阳能电池、⑩计算机芯片所用的材料为单晶硅。故符合题意的是①②③④，故选C。
4.石灰石是一种重要的工业原料，以下生产所用原料中，不需要石灰石的是( )
A．生产玻璃 B．生产水泥
C．生产生石灰 D．生产陶瓷
【答案】 D
【解析】 工业生产玻璃的原料是：石灰石、纯碱和石英，A项不符合题意；水泥生产中需要使用石灰石，B项不符合题意；碳酸钙高温分解生成氧化钙，故生石灰的制取需要石灰石，C项不符合题意；生产陶瓷的原料主要是黏土，不需要石灰石，D项符合题意。
5.下列反应不能一步完成的是( )
A．SiO2→Na2SiO3 B．SiO2→H2SiO3
C．Na2SiO3→H2SiO3 D．H2SiO3→SiO2
【答案】 B
【解析】 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，A项不符合题意；SiO2不与水反应，不能一步生成H2SiO3，B项符合题意；Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl，C项不符合题意；H2SiO3SiO2＋H2O，D项不符合题意。
6.下列说法正确的是( )
A．SiO2是酸性氧化物，不与任何酸反应
B．氯气与过量铁粉反应生成FeCl2
C．铝与NaOH溶液反应生成NaAlO2
D．常温下，氢气与氧气反应生成H2O
【答案】 C
【解析】 SiO2可以与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，A错误；铁在氯气中燃烧，铁过量或不过量都生成FeCl3，B错误；铝与NaOH溶液反应生成氢气和NaAlO2，C正确；常温下，氢气和氧气不发生反应，在点燃条件下化合生成水，D错误。故选C。
7.纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )
A．X可用作木材防火剂
B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4
C．步骤Ⅱ中的Y生成可用SiO2与水反应代替
D．步骤Ⅲ若在实验室完成，一般在坩埚中进行
【答案】 C
【解析】 硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂，A项正确；硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸，所以步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4，B项正确；SiO2与水不反应不能够生成硅酸，C项错误；灼烧固体一般在坩埚中进行，D项正确。
8.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)下列物质不属于硅酸盐材料的是 ________。
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和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，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，其反应的化学方程式为 ____________________________
___________________________________________________________________________________________________________。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作 ________________________________________________________________________。
(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 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)防火剂 (4)C SiO2
【解析】 (1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，不属于硅酸盐。(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。(4)制备硅单质的反应中C(碳)被氧化；SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2是氧化剂。
选择考提升练
9.现代社会的发展与进步离不开材料，下列有关说法不正确的是( )
A．碳化硅是一种新型陶瓷材料，具有耐高温耐磨的特点
B．晶体硅是一种半导体材料，常用于制造光导纤维
C．硬铝是一种铝合金，是制造飞机和飞船的理想材料
D．石墨烯是一种新型无机非金属材料，具有高电导率的特点
【答案】 B
【解析】 碳化硅陶瓷具有抗氧化性强，耐磨性好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，属于新型无机非金属材料，故A正确；晶体硅是良好的半导体材料，常用于制造芯片，常用于制造光导纤维的是二氧化硅，而不是硅，故B错误；硬铝是铝和其他金属或非金属形成的一种铝合金，具有密度小，强度大，是制造飞机和飞船的理想材料，故C正确；石墨烯是一种新型无机非金属材料，具有独特的结构，优良的导电、导热性能，故D正确。故选B。
10.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
【解析】 Ca3SiO5能与水反应，表现出吸水性，为防止吸水变硬需要将硅酸盐水泥密封保存，A正确；Ca3SiO5可写成CaSiO3·2CaO，NH4Cl属于酸性物质，Ca3SiO5和NH4Cl可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O，B正确；碳酸的酸性比硅酸强，当二氧化碳通入Ca3SiO5溶液中时，发生反应：3CO2＋H2O＋Ca3SiO5===3CaCO3＋H2SiO3，C正确；根据强酸制取弱酸规律可知，Ca3SiO5与足量盐酸反应的化学方程式为Ca3SiO5＋6HCl===3CaCl2＋H2SiO3＋2H2O，则所得固体产物主要为H2SiO3，D错误。
11.由下列实验事实得出的结论正确的是( )
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＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅
D．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
【答案】 B
【解析】 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，酸性氧化物不是用是否跟水反应确定的，故A错误；CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，白色沉淀为硅酸，根据强酸可以制弱酸，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，故B正确；碳和硅是同主族元素，碳的原子半径小于硅，碳得电子能力强于硅，所以碳的非金属性强于硅，反应SiO2＋2CSi＋2CO↑能发生的原因主要是生成了CO气体，CO可以离开反应体系，可以促使反应不断向右进行，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。故选B。
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”可选用稀硝酸
【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，所以“稀酸Y”可选用稀硝酸，故D正确。
13.氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：______________________________________________________________
___________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________(填序号)。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为____________________________________________
___________________________。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：____________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________。
【答案】 (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
【解析】 (2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒定律求得：3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
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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
课程标准要求 知道常见的无机非金属材料的类型、组成、性能及应用，能从组成的角度对生活中常见的无机非金属材料进行分类；能根据硅酸盐的结构分析硅酸盐的性质特点，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
学科核心素养 1．宏观辨识与微观探析：通过对无机非金属材料的微观组成、结构的分析，了解高纯硅的制备原理和方法，从宏观上认识无机非金属材料性能和用途与组成、结构的关系。
2．科学态度与社会责任：通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的重要的作用，培养学生努力学好化学的科学态度，增强投身国家建设的社会责任感。
学习目标 1．通过阅读交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。
2．通过自主学习，了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。
3．联系生活实际和现代科技成果，了解粗硅的制法和高纯硅的提纯原理及纳米材料的类别结构特点、性能和用途，感受化学就在身边，培养科学探究的精神和社会责任感。
学习任务一 硅酸盐材料
自主学习 认知形成
? 无机非金属材料
1.组成元素：多含有 ______、 ______等元素。
2.分类： ________无机非金属材料、 ________无机非金属材料。
3.性能：具有耐高温、抗腐蚀、硬度 ______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、 ________和 _________等领域。
硅
氧
传统
新型
高
信息
新能源
? 传统无机非金属材料——硅酸盐材料
1.硅酸盐及其结构
(1)硅酸盐的概念
硅酸盐是由硅、氧和金属等元素组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。
(2)硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧 __________，其结构如图所示。每个Si结合 ______个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的 ______相互连接，每个 ______为两个四面体所共有，与2个Si相结合。
四面体
4
O
O
(3)硅酸盐的特性
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 ______、熔点高、 ______溶于水、化学性质稳定、耐 ________等特点。
高
难
腐蚀
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 ________、 _______
和 ________ 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
Na2SiO3
CaSiO3
SiO2
生产原料 ________(含水的铝硅酸盐) ________________________ 主要原料： ________
_____
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
黏土
纯碱、石灰石、石
英砂
石灰石、
黏土
1．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？
2．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。
1．正误判断
(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。( )
【答案】 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√
2．“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
【解析】 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；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，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
互动探究 能力提升
● 情境创设
北京大兴机场航站楼五指廊末端分别设计了丝园、茶园、瓷园、田园以及中国园等五座“空中花园”。“瓷园”主要围绕瓷器历史展开场景构建，分为三大主题场景：瓷之起航、瓷之绽放、瓷之悠长。以瓷毯为洋，瓷灯为花，瓷林导航，瓷板回味，互动展望五大表现形式，对以海上丝绸之路为契机，发展至今的“一带一路”区域合作平台进行回顾与展望，带给人们不同的视觉享受，展示中华瓷器之美。
● 问题探究
我国具有悠久的陶瓷制造历史，陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的传统硅酸盐材料。硅酸盐组成的表示方法是什么？
提示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。
● 要点归纳
硅酸盐组成的表示方法
题点1
硅酸盐材料
●题点例练
我国是一个拥有五千年文化传承的文明古国，下列国宝级文物主要由硅酸盐制成的是( )
选项 A B C D
文物
名称 《四羊方尊》
国家博物馆 《千里江山图》
故宫博物院 《青铜神树》
三星堆博物馆 陶兵马俑
秦始皇博物馆
【答案】 D
【解析】 四羊方尊主要成分为铜合金，A项错误；千里江山图主要材料为纤维素，B项错误；青铜神树的主要成分为铜合金，C项错误；兵马俑为陶俑主要材料为硅酸盐，D项正确。
1.下列说法不正确的是( )
A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成
B．普通玻璃以纯碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学变化制得
C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料
D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率
【答案】 B
【解析】 陶瓷是以黏性较高、可塑性较强的黏土为主要原料，经高温烧结而成，A项正确；生产普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂，而不用石灰，经混合，发生复杂的物理和化学变化制得，B项错误；普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料，由硅酸盐水泥熟料、5%～20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，C项正确；向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率，在水泥粉磨时，若不掺加石膏或掺加的石膏量不足时，水泥会发生瞬凝现象，D项正确。
题点2
硅酸盐组成的表示方法
陶土网是由两片铁丝网夹着一张浸泡过陶土水后晾干的棉布制成，其功能和石棉网一样，但安全性更高，对人体的危害性更小。下列说法错误的是( )
A．陶土和石棉都是硅酸盐材料
B．陶土性质稳定，在高温下不易分解
C．蒸发实验中，蒸发皿需垫上陶土网再加热
D．一种石棉化学式为Mg6Si4O10(OH)8，其氧化物形式可写为3MgO·2SiO2·2H2O
【答案】 C
【解析】 陶土和石棉的主要成分都是硅酸盐，属于硅酸盐材料，A项正确；陶土是硅酸盐材料，一般情况下，性质稳定，在高温下不易分解，B项正确；蒸发实验中，蒸发皿下面不需要垫陶土网(石棉网)，C项错误；化学式为Mg6Si4O10(OH)8的石棉，用氧化物形式可表示为3MgO·2SiO2·2H2O，D项正确。故选C。
【答案】 B(共58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
学习任务二 新型无机非金属材料
自主学习 认知形成
? 硅和二氧化硅
1.硅
硅元素位于元素周期表第 ______周期第 ____族，处于金属与非金属的过渡位置。其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最广泛的 __________材料。
2.粗硅的制备
工业上用焦炭还原石英砂可以制得含少量杂质的粗硅，化学方程式： _____________________________。
三
ⅣA
半导体
3.硅和二氧化硅的用途
(1)高纯硅用于制造 ________和 ________________。
(2) ____________用于生产光导纤维。
芯片
硅太阳能电池
二氧化硅
? 新型陶瓷
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
新型材料 成分 性能 主要应用
金刚砂 ________________ 硬度 ______、耐 ________、抗氧化 砂纸和砂轮的磨料、耐高温半导体材料等
碳化硅(SiC)
大
高温
新型材料 成分 性能 主要应用
高温结
构陶瓷 ______、 ______
或某些金属氧化物 耐 ______、抗氧化、耐 ________ 火箭和汽车发动机、高温电极材料等
压电陶瓷 ______、 ______
等 能实现 ________能与 ______能的相互转化 滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
碳化硅
氮化硅
高温
腐蚀
钛酸盐
锆酸盐
机械
电
新型材料 成分 性能 主要应用
透明陶瓷 ________、 __________
等氧化物透明陶瓷； ________、 __________等非氧化物透明陶瓷 具有优异的光学性能、耐高温、 ________好 高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导陶瓷 — 某一临界温度下具有超导性 可用于电力、交通、医疗等领域
氧化铝
氧化钇
氮化铝
氟化钙
绝缘性
? 碳纳米材料
碳纳米材料主要包括 __________、 ____________、 __________等，广泛应用于能源、信息、医药等领域。
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 _________ — 制碳纳米材料
富勒烯
碳纳米管
石墨烯
碳原子
C60
新型材料 结构 性能 用途
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 ______和优良的 ______
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 ______、热导率 ______，具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池、复合材料等
石墨片层
强度
电学
一个碳原子
直径
低
高
1．高纯度单晶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”。它可以按下列方法制备：
其中涉及的主要反应的化学方程式是什么？
提示：不能。硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。
1．正误判断
(1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料。( )
(2)石英砂可用于生产单晶硅。( )
(3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可与水反应生成硅酸。( )
(4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。( )
(5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性强于硅。( )
【答案】 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√
【答案】 C
互动探究 能力提升
● 情境创设
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。
● 问题探究
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？
提示：SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。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？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。
3．为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？
提示：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属于酸性氧化物，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。
(2)与酸、碱反应
①非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
②硅与强碱溶液反应生成氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
● 知识拓展
二氧化碳与二氧化硅的性质比较
化学式 CO2 SiO2
构成 CO2分子 1个Si周围有4个O,1个O周围有2个Si，呈空间网状结构，无SiO2分子
物理性质 气体，熔、沸点低，溶于水 固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水
(1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。
(2)CO2与水反应生成碳酸，SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
(3)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。
(4)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
题点1
硅和二氧化硅
●题点例练
下列关于SiO2的叙述正确的是( )
①SiO2能与水反应生成硅酸
②SiO2对应的水化物是可溶性弱酸
③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，SiO2和CO2的分子结构也相同
④SiO2既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故SiO2是两性氧化物
⑤SiO2中硅元素为＋4价，故SiO2具有氧化性
⑥在SiO2中，每个硅原子结合2个氧原子
A．①③⑤ B．①②④⑥
C．③ D．⑤
【答案】 D
1.高炉冶炼的粗硅难以满足使用过程中的纯度要求，因此需对粗硅进行进一步的提纯。工业上采用Si与HCl在350 ℃左右反应生成SiHCl3，之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl3的熔点为－128 ℃，沸点为33 ℃，且遇O2与H2O均剧烈反应。现要在实验室中制取少量SiHCl3，其实验装置如下图所示，则下列说法正确的是( )
【答案】 C
点、难挥发性，而不是其脱水性，B错误；由于SiHCl3的熔点为－128 ℃，沸点为33 ℃，所以冰盐浴的目的为降低收集容器的温度，使SiHCl3冷凝为液体，C正确；干燥管中的碱石灰是碱性干燥剂，可以吸收HCl尾气，并可以防止空气中的水分进入收集容器，而不能用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换，D错误。故选C。
题点2
新型无机非金属材料
我国火星探测器“天问一号”上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是( )
A．SiC是一种新型硅酸盐材料
B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构
C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接
D．SiC具有优异的耐高温抗氧化性能
【答案】 A
【解析】 SiC属于新型陶瓷，不属于硅酸盐材料，A错误；碳化硅俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构，熔、沸点高，硬度大，可用于制造耐高温、抗氧化的新型陶瓷，B、D正确；SiC属于共价化合物，碳原子和硅原子通过共价键连接，C正确。
2.碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2～20 nm的中空管状结构。下列说法不正确的是( )
A．碳纳米管是一种胶体
B．石墨烯卷成管状结构发生了化学变化
C．石墨烯和碳纳米管互为同素异形体
D．根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体
【答案】 A
【解析】 胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是胶体，A错误；石墨烯卷成管状结构变为碳纳米管发生了化学变化，B正确；石墨烯和碳纳米管是碳元素的两种不同的单质，两者互为同素异形体，C正确；碳纳米管有较大的表面积，可以用作催化剂的载体，D正确。
知识思维导图
课堂素养评价
1.下列文物主要由硅酸盐制成的是( )
【答案】 C
【解析】 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.中国航天不断创造奇迹，“天问一号”着陆火星，“嫦娥五号”采回月壤，腾飞的中国离不开化学，化学与环境、材料、信息、能源关系密切，推动着人类社会的进步和发展。下列说法不正确的是( )
A．“天问一号”所用的太阳能电池帆板，其主要材料是硅
B．中国空间站使用石墨烯存储器，所用材料石墨烯属于无机非金属材料
C．SO2可用来漂白纸浆，也能作食品添加剂
D．5G技术中使用的通信光缆不与任何酸碱反应
【答案】 D
【解析】 SO2虽然有毒，但食品中添加适量的二氧化硫可以起到防腐、抗氧化等作用，在一定范围内可以用作食品添加剂，C正确；光缆主要成分为二氧化硅，常温下，二氧化硅与氢氟酸、氢氧化钠反应，D错误。
3.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．④⑤⑦ B．①④⑥⑦
C．①③⑤ D．②④⑥
【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。
4.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 ___
_________________________________________________________。
5.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)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是 _______。制备普通玻璃的主要反应方程式为 ________________________________
______________________________________________(任写一个)。
(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)。
(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
