第26讲 碳、硅 无机非金属材料
[复习目标] 1.了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。2.了解碳、硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用，能用化学方程式表示其主要化学性质。3.了解无机非金属材料的组成、分类及其应用价值。
考点一 碳族元素 碳
1.碳族元素
(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价层电子排布式为 。
(2)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为 。
2.金刚石、石墨、C60的物理性质
金刚石 石墨 C60
晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体
物理性质 熔点高，硬度大，不导电 熔点高，硬度 ， 导电 熔点低，不导电
主要用途 钻石制作，切割工具，钻探机的钻头等 做电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域
3.CO2在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应：
①溶于江水、海水中：CO2+H2OH2CO3；
②光合作用将CO2转化为O2；
③岩石的风化：CaCO3+H2O+CO2 。
1.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质( )
2.水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼( )
3.二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红，说明二氧化碳具有酸性( )
4.低碳环保中的“碳”是指二氧化碳( )
5.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应( )
6.向空气中排放二氧化碳会形成酸雨( )
7.向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失( )
8.向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体( )
1.(2024·南京模拟)碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是( )
A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性
B.碳纳米管拥有极高的熔点
C.纳米管是一种新型有机纳米材料
D.纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
2.(2024·大连模拟)我国倡导低碳生活，减少二氧化碳的排放，“碳捕捉技术”可实现二氧化碳的分离、储存和利用。实际生产中，常利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其工艺流程如图所示(部分条件及物质未标出)，下列说法正确的是( )
A.CO2是引起酸雨的主要物质之一
B.整个过程中，只有CO2可循环利用
C.能源消耗低是该技术的一大优点
D.该生产过程中，没有涉及到氧化还原反应
3.(2024·广东模拟)如图是碳元素的“价—类”二维图，下列有关说法不正确的是( )
A.a是最简单的有机化合物
B.b在高温下被SiO2氧化成e
C.d与血红蛋白结合的能力比O2强
D.将氨气和e通入饱和食盐水中可得到NaHCO3
考点二 硅 二氧化硅
1.硅的存在及硅单质
2.二氧化硅
(1)存在：普通的沙(细小的石英晶体)，水晶(纯石英，无色透明晶体)。
(2)物理性质：不溶于水、熔点 、硬度 。
(3)化学性质
SiO2为酸性氧化物，是硅酸的酸酐。
按要求完成下列反应的化学方程式。
①与氢氧化钠溶液的反应： 。
②与碳酸钙在高温下的反应： 。
③与氧化钙的反应： 。
④溶于氢氟酸的反应： ，可用于刻蚀玻璃。
(4)用途： 、光学仪器、电子部件。
3.高纯硅的制备
石英砂粗硅SiHCl3高纯硅
反应①： 。
反应②： 。
反应③： 。
1.晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料( )
2.非金属性：C>Si，则热稳定性：CH4>SiH4( )
3.SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸( )
4.SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃( )
5.石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能( )
6.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强( )
1.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+H2SO4H2SiO3↓+ Na2SO4
C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替
D.SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物
2.H2SO4 SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是( )
A.合成1反应中H2作氧化剂
B.合成2的反应为SiF4+NaAlH4SiH4+NaAlF4
C.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
3.SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是( )
A.高炉炼铁时，加入石灰石将铁矿石中的脉石(主要成分为SiO2)转化为易熔的炉渣
B.纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料
C.用硫酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D.图中所含反应存在氧化还原反应
考点三 硅酸盐 无机非金属材料
1.硅酸钠
(1)硅酸盐大多数不溶于水，但硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性，显碱性。
(2)硅酸钠能与酸性比硅酸强的酸反应，写出水溶液中相应的化学方程式。
与盐酸反应： 。
与少量CO2反应： 。
(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
2.传统无机非金属材料——常见硅酸盐材料
硅酸 盐材料 水泥 普通玻璃 陶瓷
生产 原料 黏土
主要 设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3+SiO2 ；CaCO3+SiO2 。
3.新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。
(2)碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
(3)特殊功能的含硅材料
①碳化硅为共价晶体，具有类似金刚石的结构，可用作磨料。
②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
1.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐( )
2.碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作( )
3.压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化( )
4.石墨烯的电阻率低，热导率也低( )
5.冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料(2022·辽宁，1A)( )
6.硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是一种建筑行业常用的黏合剂( )
7.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶( )
一、传统无机非金属材料
1.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的化学方程式为 (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
二、硅胶 多硅酸盐结构的理解
2.硅胶吸附剂的结构示意图如图所示，常用作干燥剂。在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少来决定硅胶是否失效，原理为CoCl2(蓝色)+6H2OCoCl2·6H2O(粉红色)，失效的硅胶可加热再生，下列说法错误的是( )
A.当硅胶变粉红色说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物，硅胶可干燥HF和Cl2等酸性气体
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时，水分子与硅羟基形成了过多氢键从而使硅胶失去吸附力
3.形式多样的硅酸盐是无机矿物的重要基石。Si是一种四面体形的离子(属于硅酸根离子)，其结构可用图a表示，硅原子位于该四面体体心，四个氧原子各占一个顶点。图b和图c则是复合硅酸根离子中的两个实例，均为无支链的单环状，分别由数个硅氧四面体a通过共用氧原子的形式构成。
(1)b的化学式为 。
(2)若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则其化学式为 。
(3)绿柱石是铍、铝的此类硅酸复盐，其化学式中含6个硅原子，该复盐的化学式是 。
三、新型无机非金属材料
4.(2024·河南联考)近年来，我国在航空航天、通信、环保等领域取得了举世瞩目的成就。下列说法正确的是( )
A.富勒烯、石墨烯和碳纳米管等碳纳米材料均属于新型无机非金属材料
B.Si3N4俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
C.“神舟十四号”载人飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
D.二氧化硅常被用于制造光缆，是由于其导电能力强
5.(2024·河南濮阳第三次联考)氮化硅常用于制造耐高温管、切削工具。某小组以石英砂为原料制备氮化硅的微型流程如图1所示：
下列叙述正确的是( )
A.反应①的氧化产物为CO2
B.粗硅中可能含有金刚砂
C.反应③中的NH3可通过加热NH4Cl制备
D.反应③的尾气可用图2所示装置吸收
1.(2021·湖北，1)“碳中和”有利于全球气候改善。下列有关CO2的说法错误的是( )
A.CO2是V形的极性分子
B.CO2可催化还原为甲酸
C.CO2晶体可用于人工增雨
D.CO2是侯氏制碱法的原料之一
2.(2022·河北，1)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是( )
A.传统陶瓷是典型的绝缘材料
B.陶瓷主要成分为SiO2和MgO
C.陶瓷烧制的过程为物理变化
D.白瓷的白色是因铁含量较高
3.(2023·湖北，3)工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂粗硅SiHCl3高纯硅
下列说法错误的是( )
A.制备粗硅的反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑
B.1 mol Si含Si—Si的数目约为4×6.02×1023
C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气
D.生成SiHCl3的反应为熵减过程
4.[2023·山东，18(1)(2)]三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为-126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si+3HClSiHCl3+H2，利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为 ；判断制备反应结束的实验现象是 。图示装置存在的两处缺陷是 。
(2)已知电负性：Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为 。
答案精析
考点一
整合必备知识
1.(1)ns2np2 (2)同素异形体
2.小 能
3.(2)③Ca(HCO3)2
易错辨析
1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.× 8.√
提升关键能力
1.C 2.D
3.B [CH4是最简单的有机化合物，A正确；b是单质C，e是CO2，C在高温下被SiO2氧化成CO，不是CO2，B错误；d为CO，CO与血红蛋白结合的能力比O2强，C正确；e是CO2，将氨气和CO2通入饱和食盐水反应生成NH4Cl和NaHCO3，D正确。]
考点二
整合必备知识
1.硅酸盐 氧化物 Si+4HFSiF4↑+2H2↑ Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
2.(2)高 大 (3)①SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
②SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ ③SiO2+CaOCaSiO3 ④SiO2+4HFSiF4↑+2H2O (4)光导纤维
3.SiO2+2CSi+2CO↑
Si+3HClSiHCl3+H2
SiHCl3+H2Si+3HCl
易错辨析
1.× 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.×
提升关键能力
1.D 2.C
3.C [CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑，CaSiO3的熔点低于SiO2的熔点，A项正确；光导纤维的主要成分是SiO2，芯片的主要成分是单质硅，纯净的SiO2和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，B项正确；硫酸钙微溶于水，应该用盐酸，C项错误；SiO2+2CSi+2CO↑，Si+2Cl2SiCl4，SiCl4+2H2Si+4HCl，以上三个反应都是氧化还原反应，D项正确。]
考点三
整合必备知识
1.(1)水玻璃 (2)Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓ Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓
2.石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英砂 Na2SiO3+CO2↑ CaSiO3+CO2↑
易错辨析
1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.√ 6.√ 7.√
提升关键能力
1.(1)2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑ SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
(2)石灰石 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑(或SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑)
(3)SiO2 (4)D
2.B
3.(1)Si3 (2)Sin (3)Be3Al2Si6O18(或3BeO·Al2O3·6SiO2)
解析 (1)b含有氧原子的个数为9，含有3个四面体结构，则含有硅原子的个数为3，根据化合物中Si的化合价为+4、氧元素的化合价为-2可知，b的化学式为Si3。(3)根据Sin可知，含有6个硅原子，该硅酸盐所带的负电荷为-12，设铍的个数为x，铝的个数为y，则2x+3y=12，讨论可得x=3、y=2，其化学式为Be3Al2Si6O18或3BeO·Al2O3·6SiO2。
4.A
5.B [反应①中C是还原剂，被氧化，生成氧化产物CO，A错误；金刚砂是SiC，焦炭加入过多，可能会生成SiC，B正确；加热NH4Cl分解生成NH3和HCl，两者在温度降低时又重新化合成NH4Cl，则不能通过加热NH4Cl制备NH3，C错误；反应③的尾气用图2所示装置吸收容易产生倒吸现象，D错误。]
练真题 明考向
1.A 2.A
3.B [在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成空间网状结构，因此，平均每个Si形成2个共价键，1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02×1023，B说法错误；SiHCl3易水解，氢气中混有氧气易爆炸，原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C说法正确；Si+3HClSiHCl3+H2，该反应是气体分子数减少的反应，因此，生成SiHCl3的反应为熵减过程，D说法正确。]
4.(1)检查装置气密性 管式炉中没有固体剩余 C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置
(2)SiHCl3+5NaOHNa2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O(共86张PPT)
化学
大
一
轮
复
习
第五章 第26讲
碳、硅 无机非金属材料
复习目标
1.了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。
2.了解碳、硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用，能用化学方程式表示其主要化学性质。
3.了解无机非金属材料的组成、分类及其应用价值。
课时精练
考点一 碳族元素 碳
考点二 硅 二氧化硅
考点三 硅酸盐 无机非金属材料
练真题 明考向
内容索引
考点一
碳族元素 碳
1.碳族元素
(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价层电子排布式为 。
(2)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为____________。
整合必备知识
ns2np2
同素异形体
2.金刚石、石墨、C60的物理性质
金刚石 石墨 C60
晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体
物理性质 熔点高，硬度大，不导电 熔点高，硬度 ，___导电 熔点低，不导电
主要用途 钻石制作，切割工具，钻探机的钻头等 做电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域
小
能
3.CO2在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应：
①溶于江水、海水中：CO2+H2O H2CO3；
②光合作用将CO2转化为O2；
③岩石的风化：CaCO3+H2O+CO2=== 。
Ca(HCO3)2
1.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质( )
2.水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼
( )
3.二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红，说明二氧化碳具有酸性( )
4.低碳环保中的“碳”是指二氧化碳( )
5.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应( )
6.向空气中排放二氧化碳会形成酸雨( )
×
√
×
√
√
×
7.向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失( )
8.向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体( )
×
√
1.(2024·南京模拟)碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是
A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性
B.碳纳米管拥有极高的熔点
C.纳米管是一种新型有机纳米材料
D.纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
√
提升关键能力
碳纳米管只由碳原子构成，属于单质，不是有机化合物，故C错误。
2.(2024·大连模拟)我国倡导低碳生活，减少二氧化碳的排放，“碳捕捉技术”可实现二氧化碳的分离、储存和利用。实际生产中，常利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其工艺流程如图所示(部分条件及物质未标出)，下列说法正确的是
A.CO2是引起酸雨的主要
物质之一
B.整个过程中，只有CO2可循环利用
C.能源消耗低是该技术的一大优点
D.该生产过程中，没有涉及到氧化还原反应
√
酸雨是氮氧化物、二氧化硫的排放引起的，与二氧化碳无关，故A错误；由图可知，CaO、氢氧化钠等均可以循环利用，故B错误；
高温反应炉需要消耗大量的能量，能量消耗较高，故C错误；
由流程图可知，该过程中主要涉及CO2和NaOH的反应，CaO和水的反应，氢氧化钙和碳酸钠的反应及碳酸钙的分解等，均没有涉及到氧化还原反应，故D正确。
3.(2024·广东模拟)如图是碳元素的“价—类”二维图，下列有关说法不正确的是
A.a是最简单的有机化合物
B.b在高温下被SiO2氧化成e
C.d与血红蛋白结合的能力比O2强
D.将氨气和e通入饱和食盐水中可得到NaHCO3
√
CH4是最简单的有机化合物，A正确；
b是单质C，e是CO2，C在高温下被SiO2氧化成CO，不是CO2，B错误；
d为CO，CO与血红蛋白结合的能力比O2强，C正确；
e是CO2，将氨气和CO2通入饱和食盐水反应生成NH4Cl和NaHCO3，D正确。
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考点二
硅 二氧化硅
1.硅的存在及硅单质
整合必备知识
硅酸盐
氧化物
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑
2.二氧化硅
(1)存在：普通的沙(细小的石英晶体)，水晶(纯石英，无色透明晶体)。
(2)物理性质：不溶于水、熔点 、硬度 。
(3)化学性质
SiO2为酸性氧化物，是硅酸的酸酐。
按要求完成下列反应的化学方程式。
①与氢氧化钠溶液的反应： 。
高
大
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
②与碳酸钙在高温下的反应： 。
③与氧化钙的反应： 。
④溶于氢氟酸的反应： ，可用于刻蚀玻璃。
(4)用途： 、光学仪器、电子部件。
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
SiO2+CaO CaSiO3
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
光导纤维
3.高纯硅的制备
石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅
反应①： 。
反应②： 。
反应③： 。
SiO2+2C Si+2CO↑
Si+3HCl SiHCl3+H2
SiHCl3+H2 Si+3HCl
1.晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料( )
2.非金属性：C>Si，则热稳定性：CH4>SiH4( )
3.SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸( )
4.SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃( )
5.石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能( )
6.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强( )
×
√
×
×
×
√
1.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中的稀硫酸可用CO2来代替
D.SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物
√
提升关键能力
碳酸、硫酸的酸性都强于硅酸，能够与硅酸钠溶液反应生成硅酸，B、C正确；
SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，但与氢氟酸反应的生成物不是盐，所以二氧化硅不是两性氧化物，而是酸性氧化物，D不正确。
2.H2SO4 SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是
A.合成1反应中H2作氧化剂
B.合成2的反应为SiF4+NaAlH4
===SiH4+NaAlF4
C.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
√
合成1中发生反应：Na+Al+2H2===NaAlH4，合成2中发生反应：NaAlH4+ SiF4===SiH4+NaAlF4，H由0价变为－1价，化合价降低，氢气作氧化剂，故A、B正确；
合成3中NaAlF4与硫酸反应生成HF，HF与二氧化硅反应生成SiF4，因此题中不能说明二氧化硅溶于硫酸，故C错误；
四氢化硅分解为晶体硅和氢气，根据电负性分析，氢的电负性强于硅，硅元素显+4价，化合价降低，因此晶体硅为还原产物，故D正确。
3.SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是
A.高炉炼铁时，加入石灰石
将铁矿石中的脉石(主要成
分为SiO2)转化为易熔的炉渣
B.纯净的二氧化硅和单晶硅都
是信息产业的重要基础材料
C.用硫酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D.图中所含反应存在氧化还原反应
√
CaCO3+SiO2 CaSiO3+
CO2↑，CaSiO3的熔点低于SiO2的熔点，A项正确；
光导纤维的主要成分是SiO2，
芯片的主要成分是单质硅，纯净的SiO2和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，B项正确；
硫酸钙微溶于水，应该用盐酸，C项错误；
SiO2+2C Si+2CO↑，Si+2Cl2 SiCl4，SiCl4+2H2 Si+4HCl，以上三个反应都是氧化还原反应，D项正确。
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考点三
硅酸盐 无机非金属材料
1.硅酸钠
(1)硅酸盐大多数不溶于水，但硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性，显碱性。
(2)硅酸钠能与酸性比硅酸强的酸反应，写出水溶液中相应的化学方程式。
与盐酸反应： 。
与少量CO2反应： 。
(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
整合必备知识
水玻璃
Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
2.传统无机非金属材料——常见硅酸盐材料
硅酸盐材料 水泥 普通玻璃 陶瓷
生产原料 _____________ ______________________ 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3+SiO2 ；CaCO3
+SiO2 。
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
Na2SiO3+CO2↑
CaSiO3+CO2↑
3.新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。
(2)碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
(3)特殊功能的含硅材料
①碳化硅为共价晶体，具有类似金刚石的结构，可用作磨料。
②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
1.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐( )
2.碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作( )
3.压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化( )
4.石墨烯的电阻率低，热导率也低( )
5.冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料(2022·辽宁，1A)( )
6.硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是一种建筑行业常用的黏合剂
( )
7.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶( )
×
√
×
√
√
√
√
一、传统无机非金属材料
1.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的化学方程式为_________________________________
(任写一个)。
提升关键能力
6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2Al+2NaOH+
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
石灰石
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑(或SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑)
(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
SiO2
D
普通玻璃坩埚和石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A、B不选；
氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C不选；
铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D选。
二、硅胶 多硅酸盐结构的理解
2.硅胶吸附剂的结构示意图如图所示，常用作干燥剂。在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少来决定硅胶是否失效，原理为CoCl2(蓝色)+6H2O===CoCl2·6H2O(粉红色)，失效的硅胶可加热再生，下列说法错误的是
A.当硅胶变粉红色说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物，硅胶可干燥HF和Cl2等酸性气体
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时，水分子与硅羟
基形成了过多氢键从而使硅胶失去吸附力
√
由题中信息可知，硅胶吸水后，会变成CoCl2·
6H2O(粉红色)，故变成粉红色后说明硅胶失效了，A正确；
二氧化硅可以和HF反应，故硅胶不能干燥HF，B错误；
由硅胶结构可知，硅胶用作干燥剂，是通过硅羟基和水分子之间形成氢键而达到吸水的目的，故当硅胶遇到大量的水分子时，水分子与硅羟基形成了过多氢键从而使硅胶失去吸附力，D正确。
3.形式多样的硅酸盐是无机矿物的重要基石。Si是一种四面体形的离子(属于硅酸根离子)，其结构可用图a表示，硅原子位于该四面体体心，四个氧原子各占一个顶点。图b和图c则是复合硅酸根离子中的两个实例，均为无支链的单环状，分别由数个硅氧
四面体a通过共用氧原子的形式构成。
(1)b的化学式为 。
Si3
b含有氧原子的个数为9，含有3个四面体结构，则含有硅原子的个数为3，根据化合物中Si的化合价为+4、氧元素的化合价为－2可知，b的化学式为Si3。
(2)若一个单环状离子中Si原子数为n(n ≥3)，则其化学式为 。
(3)绿柱石是铍、铝的此类硅酸复盐，其化学式中含6个硅原子，该复盐的化学式是 。
Sin
Be3Al2Si6O18(或3BeO·Al2O3·6SiO2)
根据Sin可知，含有6个硅原子，该硅酸盐所带的负电荷为－12，设铍的个数为x，铝的个数为y，则2x+3y=12，讨论可得x=3、y=2，其化学式为Be3Al2Si6O18或3BeO·Al2O3·6SiO2。
三、新型无机非金属材料
4.(2024·河南联考)近年来，我国在航空航天、通信、环保等领域取得了举世瞩目的成就。下列说法正确的是
A.富勒烯、石墨烯和碳纳米管等碳纳米材料均属于新型无机非金属材料
B.Si3N4俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
C.“神舟十四号”载人飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成
分是硅酸盐
D.二氧化硅常被用于制造光缆，是由于其导电能力强
√
富勒烯、石墨烯和碳纳米管都是由碳元素组成的单质，均属于新型无机非金属材料，A项正确；
碳化硅俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料，B项错误；高温结构陶瓷的主要成分是氮化硅等，属于新型无机非金属材料，C项错误；
二氧化硅不导电，可用于制造光缆是由于其能够传导光信号，D项错误。
5.(2024·河南濮阳第三次联考)氮化硅常用于制造耐高温管、切削工具。某小组以石英砂为原料制备氮化硅的微型流程如图1所示：
下列叙述正确的是
A.反应①的氧化产物为CO2
B.粗硅中可能含有金刚砂
C.反应③中的NH3可通过加热NH4Cl制备
D.反应③的尾气可用图2所示装置吸收
√
反应①中C是还原剂，被氧化，生成氧化产物CO，A错误；
金刚砂是SiC，焦炭加入过多，可能会生成SiC，B正确；
加热NH4Cl分解生成NH3和HCl，两者在温度降低时又重新化合成NH4Cl，则不能通过加热NH4Cl制备NH3，C错误；
反应③的尾气用图2所示装置吸收容易产生倒吸现象，D错误。
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LIANZHENTI MINGKAOXIANG
练真题 明考向
1.(2021·湖北，1)“碳中和”有利于全球气候改善。下列有关CO2的说法错误的是
A.CO2是V形的极性分子
B.CO2可催化还原为甲酸
C.CO2晶体可用于人工增雨
D.CO2是侯氏制碱法的原料之一
√
CO2中C采取sp杂化，空间结构为直线形，CO2是非极性分子，A项错误；CO2在电催化下与氢气反应可以降低碳的化合价，生成一系列化合物，如CH4、CH2==CH2、CH3OH、HCOOH等，B项正确；
干冰气化时吸收大量热量，使水蒸气液化而增雨，C项正确；
侯氏制碱法的化学反应原理是NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl， 2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O，D项正确。
2.(2022·河北，1)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是
A.传统陶瓷是典型的绝缘材料
B.陶瓷主要成分为SiO2和MgO
C.陶瓷烧制的过程为物理变化
D.白瓷的白色是因铁含量较高
√
陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，A正确；
陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，B错误；
陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，有新物质生成，属于化学变化，C错误；
由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越高，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误。
3.(2023·湖北，3)工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅
下列说法错误的是
A.制备粗硅的反应方程式为SiO2+2C Si+2CO↑
B.1 mol Si含Si—Si的数目约为4×6.02×1023
C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气
D.生成SiHCl3的反应为熵减过程
√
在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成空间网状结构，因此，平均每个Si形成2个共价键，1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02 ×1023，B说法错误；
SiHCl3易水解，氢气中混有氧气易爆炸，原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C说法正确；
Si+3HCl SiHCl3+H2，该反应是气体分子数减少的反应，因此，生成SiHCl3的反应为熵减过程，D说法正确。
4.[2023·山东，18(1)(2)]三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si+3HCl SiHCl3
+H2，利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为 ；判断制备反应结束的实验现象是________________
。图示装置存在的两处缺陷是________________________________
。
检查装置气密性
管式炉中没有固体
剩余
C、D之间没有干燥装置，没有处理
氢气的装置
制备SiHCl3时，由于氯化氢、SiHCl3和氢气都是气体，所以组装好装置后，要先检查装置气密性，然后将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中，通入氯化氢气体，排出装置中的空气，一段时间后，接通冷凝装置，
加热开始反应，当管式炉中没有固体剩余时，即硅粉完全反应，SiHCl3易水解，所以需要在C、D之间加一个干燥装置，防止D中的水蒸气进入装置C中，另外氢氧化钠溶液不能吸收氢气，需要在D后面加处理氢气的装置。
(2)已知电负性：Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为
__________________________________________。
SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O
已知电负性：Cl>H>Si，则SiHCl3中氯元素的化合价为－1，H元素的化合价为－1，硅元素化合价为+4，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，要发生氧化还原反应，得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O。
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KESHIJINGLIAN
课时精练
对一对
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 D C C C C D D D
题号 9 10 11 12 13
答案 D C B C A
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(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl
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(1)14 蒸馏 (2)Si+4HNO3(浓)+6HF===H2SiF6+4NO2↑+4H2O
(3)①分液漏斗 浓硫酸 ②加热均匀，便于控制温度使SiHCl3汽化
③检验氢气的纯度(或先滴加稀硫酸，产生氢气，排尽装置中的空气) SiHCl3+H2 Si+3HCl
1.(2024·黑龙江绥化期中)“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。”诗句中的“沙”的主要成分是SiO2，下列说法错误的是
A.“从沙滩到用户”这句话涉及工业上制备粗硅的工艺
B.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得
C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一
D.SiO2属于酸性氧化物，不与任何酸反应
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答案
SiO2属于酸性氧化物，但是可以和HF反应，D错误。
2.(2024·河北邢台期中)“四面天成体，硅酸不二盐。合分催化易，贵贱识瑕难。粉碎出新质，熔融弃旧观。单晶福四海，共价造人间。”有关这首五律诗的化学知识解读错误的是
A.硅酸盐主要以正盐形式存在
B.硅酸盐中，Si和O构成硅氧四面体
C.硅晶体用于制作光导纤维
D.大多数硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀的特点
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在硅酸盐结构中，每个Si一般被4个O所包围，构成硅氧四面体，故B正确；
硅晶体用于制作计算机芯片、太阳能电池板，二氧化硅用于制作光导纤维，故C错误；
硅酸盐中，Si和O构成硅氧四面体，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、耐高温、耐腐蚀的特点，故D正确。
答案
3.(2024·济南模拟)下列叙述正确的是
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B.因为CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D.SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物
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CO2的熔、沸点低，可溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错；
CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体，脱离反应体系，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3弱，B错；
SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。
答案
4.(2024·大连期中)下列说法错误的是
A.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料生产而制得的
B.超导陶瓷可应用于磁悬浮技术
C.光导纤维的主要成分为硅单质
D.实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞
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答案
制作普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英砂，故A正确；
光导纤维的主要成分是二氧化硅，故C错误。
5.(2024·湖北黄冈模拟)下列说法不正确的是
A.硅晶片是生产芯片的基础材料
B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过
程涉及化学变化
C.硅在自然界中主要以单质形式存在
D.硅是应用最广泛的半导体材料
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硅晶片是优良的半导体材料，是生产芯片的基础材料，故A正确；
光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成，属于化学变化，故B正确；硅元素在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，故C错误；
硅是优良的半导体材料，可用于制造和生产芯片，故D正确。
6.(2024·长春期中)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”。这种材料可以按下列方法制备：
下列说法正确的是
A.步骤①中X是CO2
B.二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D.SiHCl3易水解，遇水可生成H2
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答案
步骤①中X是CO，A错误；
二氧化硅能与碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，但SiO2不能与水反应生成硅酸，B错误；
二氧化硅能与氢氟酸反应，化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O，硅也能与氢氟酸反应，化学方程式为Si+4HF===SiF4↑+2H2↑，C错误；
已知电负性：Cl>H>Si，故SiHCl3中Si为+4价，H为－1价，Cl为－1价，SiHCl3易水解，遇水可生成H2，反应的化学方程式为SiHCl3+3H2O=== H2SiO3↓+3HCl+H2↑，D正确。
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7.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示。
下列有关说法正确的是
A.石墨烯是一种新型化合物
B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C.二者和石墨都是碳的同素异形体
D.氧化石墨烯具有一定的亲水性
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石墨烯是碳的单质，A错误；
氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；
由于氧化石墨烯结构中含有的羟基和羧基，均为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
8.(2024·天津南开一模)高纯硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法制备：
SiO2 Si(粗) SiHCl3 Si(纯)
下列说法不正确的是
A.步骤③的化学方程式：SiHCl3+H2 Si+3HCl
B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子
C.步骤③中的反应为氧化还原反应
D.高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO2是制造太阳能电池的基本原料
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依据方程式SiO2+2C Si+2CO↑可知，反应中硅元素从+4价降为0价，每生成1 mol Si，转移4 mol电子，故B正确；
步骤③氢气与三氯硅烷反应生成硅和氯化氢，氢、硅元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故C正确；
硅为良好的半导体材料，是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅具有良好的光学特性，是制造光导纤维的基本原料，故D错误。
9.中国建立亚洲最大太阳能发电站、神舟十三号顺利往返及三次“天宫授课”、上海官宣实现14纳米先进工艺量产及5G芯片等突破，均展示了我国科技发展的巨大成就。下列相关叙述正确的是
A.太阳能电池板的材料是二氧化硅
B.飞船返回舱表层材料中的玻璃纤维属于天然有机高分子材料
C.“泡腾片实验”中，柠檬酸与小苏打反应时，有电子转移
D.制造5G芯片的氮化镓不属于合金材料
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太阳能电池板的材料是半导体材料硅，不是二氧化硅，故A错误；
玻璃纤维是无机非金属材料，故B错误；
柠檬酸的酸性强于碳酸，能与小苏打反应生成二氧化碳，反应中没有元素化合价发生变化，没有电子转移，属于非氧化还原反应，故C错误；
氮化镓是化合物，不是金属单质的混合物，所以氮化镓不属于合金材料，故D正确。
10.在20世纪90年代末，科学家发现碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关碳元素单质的说法错误的是
A.金刚石和石墨的熔点肯定比C60高
B.熔点：C60C.球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都不能与O2发生反应
D.金刚石以非分子形式的粒子存在，属于共价晶体；C60、C70、管状碳分子和
洋葱状碳分子以分子形式的粒子存在，属于分子晶体；这些碳单质互为同
素异形体
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金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，因此金刚石和石墨的熔点肯定比C60高，故A正确；
分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，因此熔点：C6011.二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a~e是对①~⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是
①SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
②SiO2+2C Si+2CO↑
③SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
④Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑
⑤SiO2+3C SiC+2CO↑
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答案
a.反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b.反应②中SiO2表现出氧化性
c.反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理
e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A.ace B.bde C.cde D.ab
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答案
通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的是反应③，a、c判断错误；
反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；
反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；
反应⑤中碳的化合价由0价变为－4价和+2价，硅和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断正确。
12.清华大学等重点高校为解决中国“芯”——半导体芯片，成立了“芯片学院”。某小组拟在实验室制造硅，其流程如图。
制造原理：2Mg+SiO2 2MgO+Si；
除杂原理：Mg2Si+4HCl===2MgCl2+
SiH4↑，MgO+2HCl===MgCl2+H2O。
下列说法正确的是
A.操作1、操作2均为过滤
B.SiO2、SiH4均含有共价键，等质量的二者分子数之比为8∶15
C.点燃石英砂和镁粉的混合物发生的副反应为2Mg+Si Mg2Si
D.当有2 mol电子转移时，能生成14 g Si
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答案
将溶液和固体分开，采用过滤操作，操作1为过滤，操作2为洗涤和烘干，故A错误；
SiO2是共价晶体，没有分子，故B错误；
由除杂原理可知副反应为2Mg+Si
Mg2Si，故C正确；
当有2 mol电子转移时，参加反应的Mg的物质的量为1 mol，能生成0.5 mol单质硅，但因有副反应发生，最终获得的Si的质量少于14 g，故D错误。
13.Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理示意图如图，刻蚀溶液由一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2~16 min，由Ag薄膜覆盖的硅晶片部分逐渐被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法不正确的是
A.Ag薄膜附近随着反应的进行，pH逐渐减小
B.Si极发生的反应为Si+2H2O－4e－===SiO2+4H+，
SiO2+6HF===H2SiF6+2H2O
C.该刻蚀的总反应可表示为Si+6HF+2H2O2===
H2SiF6+4H2O
D.该刻蚀过程是由微小的Si、Ag、HF和H2O2的原电池组成
√
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答案
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答案
根据图示可知，在Ag薄膜附近发生反应：2H++2e－+H2O2===2H2O，所以随着反应的进行，c(H+)减小，故pH逐渐增大，A错误；
根据图示可知，在Si电极上，Si失去电子与HF结合形成H2SiF6和H+，化学方程式为Si+2H2O－4e－===SiO2+4H+，SiO2+6HF===H2SiF6+2H2O，B正确；
由Ag、Si极发生的电极反应及电子转移数目相等，可知总反应方程式为Si+6HF+2H2O2===H2SiF6+4H2O，C正确；
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答案
根据上述分析可知：在Ag电极上得到电子，在Si电极上失去电子，电解质溶液为HF和H2O2，它们形成闭合回路，实现了化学能向电能的转化，即构成了原电池，D正确。
14.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)。
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
①②
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(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 。
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Si3N4
氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得：3Si(NH2)4 Si3N4
+8NH3↑。
(4)在高温下将SiCl4置于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
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答案
3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl
B和C两种气体反应的化学方程式： 。
结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
15.硅的提纯是电子工业一项十分重要的工作，可用粗硅与干燥的HCl气体反应制SiHCl3(其中含有BCl3、SiCl4)，SiHCl3与过量H2在1 000~1 100 ℃反应制得纯硅。有关物质的物理性质见下表：
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答案
物质 SiCl4 BCl3 SiHCl3
沸点/℃ 57.6 12.5 33.0
熔点/℃ －70.0 －107 －127
回答下列问题：
(1)基态Si原子核外电子共有 种运动状态；粗硅与HCl反应完全后的混合物冷却到标准状况，可通过 (填操作名称)提纯得到SiHCl3。
14
蒸馏
(2)已知在有HF存在的条件下，硅可以和浓硝酸反应生成六氟合硅酸，该反应的化学方程式为_________________________________
。
(3)实验室可以采用如图装置(夹持、尾气处
理装置及部分加热装置均略去)用SiHCl3与
过量干燥H2反应制取纯硅。
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答案
①仪器a的名称为 ，装置B中的试剂为 。
②将装置C水浴加热，该加热方式的优点是_________________________
。
Si+4HNO3(浓)+6HF===H2SiF6+4NO2↑
+4H2O
分液漏斗
浓硫酸
加热均匀，便于控制温度使
SiHCl3汽化
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答案
③为保证实验安全，加热装置D前必须完成的操作是：ⅰ.检验装置的气密性；ⅱ.______________________________________________________
，该装置中发生反应的化学方程式为_________________________
。
检验氢气的纯度(或先滴加稀硫酸，产生氢气，排尽装置中的
空气)
SiHCl3+H2 Si+
3HCl
返回第五章 第26练 碳、硅 无机非金属材料
分值：100分
(选择题1~8题，每小题5分，9~13题，每小题7分，共75分)
1.(2024·黑龙江绥化期中)“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。”诗句中的“沙”的主要成分是SiO2，下列说法错误的是( )
A.“从沙滩到用户”这句话涉及工业上制备粗硅的工艺
B.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得
C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一
D.SiO2属于酸性氧化物，不与任何酸反应
2.(2024·河北邢台期中)“四面天成体，硅酸不二盐。合分催化易，贵贱识瑕难。粉碎出新质，熔融弃旧观。单晶福四海，共价造人间。”有关这首五律诗的化学知识解读错误的是( )
A.硅酸盐主要以正盐形式存在
B.硅酸盐中，Si和O构成硅氧四面体
C.硅晶体用于制作光导纤维
D.大多数硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀的特点
3.(2024·济南模拟)下列叙述正确的是( )
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B.因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D.SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物
4.(2024·大连期中)下列说法错误的是( )
A.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料生产而制得的
B.超导陶瓷可应用于磁悬浮技术
C.光导纤维的主要成分为硅单质
D.实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞
5.(2024·湖北黄冈模拟)下列说法不正确的是( )
A.硅晶片是生产芯片的基础材料
B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化
C.硅在自然界中主要以单质形式存在
D.硅是应用最广泛的半导体材料
6.(2024·长春期中)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”。这种材料可以按下列方法制备：
下列说法正确的是( )
A.步骤①中X是CO2
B.二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D.SiHCl3易水解，遇水可生成H2
7.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示。
下列有关说法正确的是( )
A.石墨烯是一种新型化合物
B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C.二者和石墨都是碳的同素异形体
D.氧化石墨烯具有一定的亲水性
8.(2024·天津南开一模)高纯硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法制备：
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
下列说法不正确的是( )
A.步骤③的化学方程式：SiHCl3＋H2Si＋3HCl
B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子
C.步骤③中的反应为氧化还原反应
D.高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO2是制造太阳能电池的基本原料
9.中国建立亚洲最大太阳能发电站、神舟十三号顺利往返及三次“天宫授课”、上海官宣实现14纳米先进工艺量产及5G芯片等突破，均展示了我国科技发展的巨大成就。下列相关叙述正确的是( )
A.太阳能电池板的材料是二氧化硅
B.飞船返回舱表层材料中的玻璃纤维属于天然有机高分子材料
C.“泡腾片实验”中，柠檬酸与小苏打反应时，有电子转移
D.制造5G芯片的氮化镓不属于合金材料
10.在20世纪90年代末，科学家发现碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关碳元素单质的说法错误的是( )
A.金刚石和石墨的熔点肯定比C60高
B.熔点：C60C.球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都不能与O2发生反应
D.金刚石以非分子形式的粒子存在，属于共价晶体；C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子以分子形式的粒子存在，属于分子晶体；这些碳单质互为同素异形体
11.二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a~e是对①~⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2CSi＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑
a.反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b.反应②中SiO2表现出氧化性
c.反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理
e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A.ace B.bde C.cde D.ab
12.清华大学等重点高校为解决中国“芯”——半导体芯片，成立了“芯片学院”。某小组拟在实验室制造硅，其流程如图。
制造原理：2Mg＋SiO22MgO＋Si；
除杂原理：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。
下列说法正确的是( )
A.操作1、操作2均为过滤
B.SiO2、SiH4均含有共价键，等质量的二者分子数之比为8∶15
C.点燃石英砂和镁粉的混合物发生的副反应为2Mg＋SiMg2Si
D.当有2 mol电子转移时，能生成14 g Si
13.Ag催化刻蚀Si晶片的反应原理示意图如图，刻蚀溶液由一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2~16 min，由Ag薄膜覆盖的硅晶片部分逐渐被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法不正确的是( )
A.Ag薄膜附近随着反应的进行，pH逐渐减小
B.Si极发生的反应为Si＋2H2O－4e－===SiO2＋4H＋，SiO2＋6HF===H2SiF6＋2H2O
C.该刻蚀的总反应可表示为Si＋6HF＋2H2O2===H2SiF6＋4H2O
D.该刻蚀过程是由微小的Si、Ag、HF和H2O2的原电池组成
14.(9分)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置于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： 。
15.(16分)硅的提纯是电子工业一项十分重要的工作，可用粗硅与干燥的HCl气体反应制SiHCl3(其中含有BCl3、SiCl4)，SiHCl3与过量H2在1 000~1 100 ℃反应制得纯硅。有关物质的物理性质见下表：
物质 SiCl4 BCl3 SiHCl3
沸点/℃ 57.6 12.5 33.0
熔点/℃ －70.0 －107 －127
回答下列问题：
(1)基态Si原子核外电子共有 种运动状态；粗硅与HCl反应完全后的混合物冷却到标准状况，可通过 (填操作名称)提纯得到SiHCl3。
(2)已知在有HF存在的条件下，硅可以和浓硝酸反应生成六氟合硅酸，该反应的化学方程式为 。
(3)实验室可以采用如图装置(夹持、尾气处理装置及部分加热装置均略去)用SiHCl3与过量干燥H2反应制取纯硅。
①仪器a的名称为 ，装置B中的试剂为 。
②将装置C水浴加热，该加热方式的优点是 。
③为保证实验安全，加热装置D前必须完成的操作是：ⅰ.检验装置的气密性；ⅱ. ，该装置中发生反应的化学方程式为 。
答案精析
1.D 2.C
3.C [CO2的熔、沸点低，可溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体，脱离反应体系，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3弱，B错；SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。]
4.C 5.C
6.D [步骤①中X是CO，A错误；二氧化硅能与碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，但SiO2不能与水反应生成硅酸，B错误；二氧化硅能与氢氟酸反应，化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O，硅也能与氢氟酸反应，化学方程式为Si+4HFSiF4↑+2H2↑，C错误；已知电负性：Cl>H>Si，故SiHCl3中Si为+4价，H为-1价，Cl为-1价，SiHCl3易水解，遇水可生成H2，反应的化学方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+3HCl+H2↑，D正确。]
7.D [石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有的羟基和羧基，均为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。]
8.D 9.D 10.C
11.B [通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的是反应③，a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为-4价和+2价，硅和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断正确。]
12.C
13.A [根据图示可知，在Ag薄膜附近发生反应：2H++2e-+H2O22H2O，所以随着反应的进行，c(H+)减小，故pH逐渐增大，A错误；根据图示可知，在Si电极上，Si失去电子与HF结合形成H2SiF6和H+，化学方程式为Si+2H2O-4e-SiO2+4H+，SiO2SiF6+2H2O，B正确；由Ag、Si极发生的电极反应及电子转移数目相等，可知总反应方程式为Si+6HF+2H2O2H2SiF6+4H2O，C正确；根据上述分析可知：在Ag电极上得到电子，在Si电极上失去电子，电解质溶液为HF和H2O2，它们形成闭合回路，实现了化学能向电能的转化，即构成了原电池，D正确。]
14.(1)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O (2)①②
(3)Si3N4 (4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
解析 (3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得：3Si(NH2)4Si3N4+8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
15.(1)14 蒸馏 (2)Si+4HNO3(浓)+6HFH2SiF6+4NO2↑+4H2O (3)①分液漏斗 浓硫酸 ②加热均匀，便于控制温度使SiHCl3汽化 ③检验氢气的纯度(或先滴加稀硫酸，产生氢气，排尽装置中的空气) SiHCl3+H2Si+3HCl
