化学讲义2023年化学讲义5.3无机非金属材料

5.3无机非金属材料（精讲）思维导图思维导图常见考点常见考点考点一硅【例11】（2022·全国·高一专题练习）下列关于硅的说法不正确的是A．硅在地壳中的含量仅次于氧B．硅在自然界中既有化合态，又有游离态C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片D．硅单质的导电能力介于导体和绝缘体之间【答案】B【解析】A．地壳中元素含量由大到小为：氧、硅、铝、铁、钙等，故A不符合题意；B．硅在自然界中只有化合态，没有游离态的硅，故B符合题意；C．硅是半导体材料，常用于制造计算机芯片，故C不符合题意；D．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，故D不符合题意；故答案为：B。【例12】（2022秋·辽宁葫芦岛·高一统考期末）硅是制造芯片的基础材料。工业制备高纯硅的流程如下图所示。下列说法不正确的是A．上述制备工艺能耗高污染重B．C和的还原性一定比Si强C．流程主要反应均属于置换反应D．第2、3步的目的是提纯产品【答案】B【解析】A．制备流程需要高温，能耗高，SiO2+2CSi+2CO↑，产物有污染，A正确；B．单质氧化性强弱顺序是：C>Si，所以Si的还原性比C强，B错误；C．流程中反应分别为：SiO2+2CSi+2CO↑、Si+3HClSiHCl3+H2、SiHCl3+2H2Si+3HCl，均属于置换反应，C正确；D．焦炭还原SiO2得到粗硅，第2、3步的目的是提纯产品，D正确；故选B。【一隅三反】1．（2022甘肃武威）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不正确；B．自然界中存在硅主要以化合态形式存在，B不正确；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不正确；故答案选C。2．（2022浙江）“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：下列说法正确的是A．流程图中的X是CO2B．流程中HCl和H2可以循环利用C．步骤②③互为可逆反应D．硅太阳能电池、光导纤维和计算机芯片所用的材料都是Si【答案】B【解析】A．反应①是，所以X为CO，A项错误；B．反应②产生的H2可以用于反应③中，反应③产生的HCl可以用于反应②中，所以H2和HCl可以循环利用，B项正确；C．反应②和③的反应条件不同，不是互为可逆反应，C项错误；D．硅太阳能电池和计算机芯片所用的材料都是Si，而光导纤维用的材料是SiO2，D项错误；答案选B。3．（2022秋·山西晋中）高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，工业上制备高纯硅的一种工艺流程如图：下列说法正确的是A．硅在自然界中主要以单质形式存在B．制得粗硅的化学方程式为C．硅位于元素周期表中第二周期第ⅣA族D．晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料【答案】B【解析】A．硅在自然界中没有单质硅，只有化合态的硅，A错误；B．石英砂的主要成分为SiO2，则制得粗硅的化学方程式为，B正确；C．硅位于元素周期表中第三周期第ⅣA族，C错误；D．硅单质是半导体材料，可以导电，但属于非金属材料，D错误；故选B。考点二二氧化硅【例21】（2022吉林长春）下列关于二氧化硅的说法中，正确的是A．SiO2晶体易溶于水，水溶液呈酸性B．二氧化硅熔点低，硬度小C．不能用二氧化硅跟水直接反应制取硅酸D．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与氢氧化钠反应，所以它是两性氧化物【答案】C【解析】A．SiO2晶体属于共价晶体，原子之间以共价键结合形成立体网状结构，难溶于水，A错误；B．SiO2晶体属于共价晶体，原子之间以共价键结合形成立体网状结构，断裂需消耗很多能量，因此其熔点高，硬度大，B错误；C．SiO2难溶于水，因此不能用二氧化硅跟水直接反应制取硅酸，C正确；D．二氧化硅能与氢氧化钠反应产生硅酸钠和水；二氧化硅虽然能与氢氟酸反应产生SiF4和水，但SiF4不是盐，所以二氧化硅不是两性氧化物，D错误；故合理选项是C。【例22】（2022江西抚州）粗SiO2(含少量Fe2O3、Al2O3杂质)制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法错误的是A．X可用作木材防火剂B．步骤II中的稀硫酸可用CO2代替C．步骤II中的主要反应是Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3↓+Na2SO4D．若在实验室中完成步骤III，一般在坩埚中进行【答案】B【解析】A．X含硅酸钠溶液，可用作木材防火剂，故A正确；B．二氧化碳与硅酸钠反应生成硅酸、与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝，得到Y为混合物，则步骤Ⅱ中的稀硫酸不能用CO2代替，故B错误；C．X中主要含硅酸钠，也含少量偏铝酸，则步骤Ⅱ中的主要反应是Na2SiO3+H2SO4═H2SiO3↓+Na2SO4，故C正确；D．硅酸灼烧生成SiO2，则在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行，故D正确；故选B。【一隅三反】1．（2022·全国·高一假期作业）下列关于二氧化硅的说法中错误的是A．同二氧化碳一样，二氧化硅分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的B．通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体C．SiO2同CO2一样也能与CaO反应生成盐D．SiO2仅用来表示二氧化硅的组成，其基本结构单元为正四面体，不仅存在于二氧化硅晶体中，而且存在于所有硅酸盐矿石中。【答案】A【解析】A．二氧化硅为共价晶体，是由硅原子与氧原子构成，不存在分子，A错误；B．通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体，B正确；C．二氧化硅为酸性氧化物，能够与碱性氧化物氧化钙反应生成硅酸钙，C正确；D．二氧化硅为原子晶体，不存在分子式，SiO2仅用来表示二氧化硅的组成，其基本结构单元为正四面体，该结构仅存在于二氧化硅晶体中，而且存在于所有硅酸盐矿石中，D正确；故答案为A。2．（2022·山东）下列关于的叙述正确的是①能与水反应生成硅酸②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，和的分子结构也相同④既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故是两性氧化物⑤中硅元素为价，故具有氧化性⑥在中，每个硅原子结合2个氧原子A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤【答案】D【解析】①不与水反应；②对应的水化物(弱酸)不溶于水；③晶体中不存在单个的分子，且每个硅原子与4个氧原子结合，而二氧化碳分子中1个碳原子与1个氧原子形成两条共价键，结构式为O=C=O，所以二者的分子结构不同；④二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有盐生成，与碱反应生成盐和水，所以二氧化硅属于酸性氧化物，不属于两性氧化物；⑤具有弱氧化性，如高温条件下被碳还原制取粗硅：；⑥晶体中不存在单个的分子，且每个硅原子与4个氧原子结合；结合以上分析可知，不正确的有①②③④⑥，只有⑤正确；故选D。3（2022·湖南长沙）某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是_______。(2)装置B的作用是_______。(3)装置C、D中所盛试剂分别为_______、_______，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_______。(4)该装置的缺点是_______。(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC．取36gSiO2，和焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为_______。(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_______。【答案】(1)排尽装置内的空气，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰(2)作安全瓶，防止倒吸(3)

澄清石灰水

PdCl2溶液

3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si(4)无尾气吸收装置(5)2∶1(6)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊【解析】（1）本实验在高温下进行，空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气在高温下都会和碳反应影响实验，实验时要通入足够长时间的N2，排尽装置内的空气，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰，答案：排尽装置内的空气，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰；（2）装置B的作用是作安全瓶，防止倒吸，答案：作安全瓶，防止倒吸；（3）反应前后原子守恒，可推知气体产物可能是CO2或CO，C中为澄清石灰水用于检验二氧化碳，D中为PdCl2溶液可用于检验CO，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相，可知碳和二氧化硅反应生成相同物质的量的CO和CO2，根据得失电子守恒和原子守恒配平，化学方程式为3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si，答案：澄清石灰水；PdCl2溶液；3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si；（4）CO有毒，不能直接排到空气中，该装置没有尾气吸收装置，易造成空气污染，答案：无尾气吸收装置；（5）已知焦炭过量时会生成副产物SiC，题中假设SiO2和C反应生成CO和Si和SiC，由题意知生成CO为，反应物SiO2为，C为，反应前后碳原子守恒，n（SiC），根据硅原子守恒，n（Si）=0.6mol0.2mol=0.4mol,则Si和SiC的物质的量之比为2∶1，答案：2∶1；（6）证明酸性强弱，可用较弱酸盐和较强酸反应生成较强酸盐和较弱酸的原理来设计实验，向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，若能生成硅酸，则可能证明碳酸的酸性比硅酸的强，答案：向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊。考点三硅酸【例31】（2022湖南）下列关于硅酸的说法正确的是()A．硅酸是一种不溶于水的含氧酸 B．硅酸不溶于水，是一种非电解质C．硅酸的酸性比碳酸强 D．硅酸可由二氧化硅与水反应制得【答案】A【解析】A.硅酸是一种不溶于水的含氧酸，A正确；B.硅酸不溶于水，是一种电解质，B错误；C.硅酸的酸性比碳酸弱，C错误；D.二氧化硅与水不反应，不能制备硅酸，D错误；答案选A。【例32】（2022山东）能证明碳酸的酸性比硅酸的强的依据是A．是气体，是固体B．高温下能发生反应：C．能溶于水生成碳酸，而却不溶于水D．将通入溶液中有胶状沉淀生成【答案】D【解析】A．氧化物的状态不能决定氧化物水化物的酸性强弱，故A错误；B．反应原理是高沸点制低沸点气体，之所以能发生是因为生成了挥发性的气体二氧化碳，故B错误；C．氧化物的水溶性不能决定其水化物的酸性强弱，故C错误；D．，强酸能制弱酸，所以酸性：碳酸>硅酸，故D正确；故选D。【例32】（2022山西）下列反应能证明H2SiO3是一种弱酸的是（

）A．SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OB．H2SiO3SiO2＋H2OC．Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3D．SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2【答案】C【解析】已知碳酸是弱酸，由方程式Na2SiO3+CO2+H2O═H2SiO3↓+Na2CO3可知，硅酸的酸性比碳酸的酸性弱，所以H2SiO3是一种弱酸，故C正确。答案选C。【一隅三反】1．（2022广西贺州）下列关于硅酸的叙述，错误的是A．硅酸是一种很弱的酸B．硅酸的酸性比碳酸强C．硅酸不稳定，加热脱水会生成二氧化硅D．硅酸可以由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得【答案】B【解析】A．硅酸是一种不溶于水的二元弱酸，酸性比碳酸弱，故A正确；B．硅酸钠溶液中通入二氧化碳，可以生成硅酸沉淀，根据强酸制备弱酸的规律，硅酸的酸性比碳酸弱，故B错误；C．硅酸不稳定，受热分解为二氧化硅和水，故C正确；D．硅酸的酸性弱于盐酸，根据强酸制备弱酸规律，硅酸可以由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得，故D正确；故选B。2．（2022新疆伊犁）能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（

）A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水B．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2C．HCl通可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀D．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀【答案】D【解析】A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水它们都是酸性氧化物，与对应酸的酸性强弱没有关系，则无法比较酸性，故A错误；B．比较强酸制取弱酸时在溶液中进行的反应，则在高温下固体之间的反应不能得到酸性强弱的结论，故B错误；C．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀，根据强酸制弱酸，只能说明盐酸的酸性比碳酸强，盐酸易挥发，可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀，可能为盐酸与硅酸盐的反应，则无法确定碳酸与硅酸的酸性的强弱，故C错误；D．因往硅酸盐溶液通入二氧化碳，可以看到溶液变浑浊，是因为生成了难溶的硅酸沉淀，反应方程式是：Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓，反应原理是强酸制弱酸，说明碳酸比硅酸酸性强，故D正确；答案选D。3．（2022江苏苏州）为了探究HCl、H2CO3和H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的实验装置，希望通过一次实验达到实验目的，下列说法不正确的是A．锥形瓶中可以盛放Na2CO3B．装置B中的目的是除去挥发的HClC．装置C的目的是尾气处理D．该装置可以得出HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱顺序【答案】C【解析】A．锥形瓶中可以盛放Na2CO3，发生反应生成二氧化碳，A正确；B．装置B中装的是饱和碳酸氢钠溶液，的目的是除去挥发的HCl，B正确；C．装置C为硅酸钠，C中沉淀为硅酸，目的是比较硅酸和碳酸的酸性，C错误；D．由强酸制弱酸的反应，可以得出HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱顺序依次减弱，D正确；故选：C。考点四硅及硅化合物的综合运用【例41】（2022山东济南）华人科学家高锟以及两名美国科学家因在光纤和半导体领域上的开创性研究而获得诺贝尔物理学奖。下列有关硅及其化合物的说法错误的是①硅是制造光导纤维的材料②盛装溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞③水玻璃可用作木材防火剂④二氧化硅是制取粗硅的原料⑤石英玻璃、玛瑙、水泥和瓷器都是硅酸盐制品⑥光导纤维遇碱会“短路”⑦因为氢氟酸可与反应，所以利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品A．①⑤ B．②③⑥ C．②④⑥⑦ D．①③④⑤⑦【答案】A【解析】①二氧化硅由于其良好的光学特性是制造光导纤维的材料，故错误；②玻璃中的二氧化硅能与NaOH反应生成硅酸钠，从而使瓶口和塞子粘结在一起，所以盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，故正确；③水玻璃是硅酸钠溶液，硅酸钠耐高温可用作木材防火剂，故正确；④二氧化硅与碳反应得到粗硅和一氧化碳，所以二氧化硅是制取粗硅的原料，故正确；⑤石英玻璃、玛瑙的主要成分是SiO2，而不是硅酸盐产品，故错误；⑥二氧化硅是酸性氧化物能与碱反应，所以光导纤维遇碱会“断路”，故正确；⑦氢氟酸可与SiO2在常温下反应生成SiF4和H2O，可利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，故正确；错误的有①⑤，故选：A。【例42】（2022·全国·高一专题练习）硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。回答下列问题：(1)Si是良好的半导体材料，试写出硅单质的一种用途：_______。(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，烧碱溶液对玻璃有腐蚀性，写出SiO2与烧碱溶液反应的离子方程式为_______。(3)Na2SiO3溶液俗称_______，往Na2SiO3溶液中通入足量CO2气体发生的现象是：_______。(4)工业上常用焦炭和二氧化硅在高温条件下制备粗硅，该反应的化学方程式为_______。【答案】(1)做计算机的芯片或太阳能电池(2)SiO2+2OH=SiO+H2O(3)

水玻璃

有白色不溶物生成(4)2C+SiO2Si+2CO↑【解析】(1)Si是良好的半导体材料，故硅单质可用于做计算机的芯片或太阳能电池。(2)SiO2是酸性氧化物，可以与等碱溶液反应发生盐和水，SiO2与烧碱溶液反应的离子方程式为SiO2+2OH=SiO+H2O。(3)Na2SiO3溶液俗称水玻璃。硅酸的酸性小于碳酸，往Na2SiO3溶液中通入足量CO2气体生成硅酸沉淀和碳酸氢钠，发生的现象是：有白色不溶物生成。(4)焦炭和二氧化硅在高温条件下反应得到CO和硅，该反应的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑。【一隅三反】1．（2022黑龙江哈尔滨）下列有关硅及其化合物的说法都错误的是①硅是制造光导纤维的材料

②因为氢氟酸可与反应，所以利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品③水玻璃可用作木材防火

④硅是一种亲氧元素，故自然界中无游离态的硅⑤石英玻璃、玛瑙、水泥和瓷器都是硅酸盐制品

⑥光导纤维遇碱会“断路”A．①⑤ B．②③⑥ C．①④⑥ D．①③④⑤【答案】A【解析】①二氧化硅具有良好的光学特性，是制造光导纤维的材料，故①错误；②氢氟酸可与SiO2反应生成SiF4和H2O，可利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，故②正确；③水玻璃是硅酸钠溶液，硅酸钠耐高温可作木材防火剂，故③正确；④硅在自然界中含量丰富，是一种亲氧元素，主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在，自然界中无游离态的硅，故④正确；⑤石英玻璃、玛瑙的主要成分是SiO2，而不是硅酸盐，故⑤错误；⑥二氧化硅是酸性氧化物，能与碱反应，所以光导纤维遇碱会“断路”，故⑥正确；由以上分析可知①⑤错误；答案选A。2．（2022浙江）下列反应不能一步完成的是A．SiO2→Na2SiO3 B．SiO2→H2SiO3C．Na2SiO3→H2SiO3 D．H2SiO3→SiO2【答案】B【解析】A.二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠，则SiO2→Na2SiO3能一步完成，A不符合；B.二氧化硅不溶于水，则SiO2→H2SiO3不能一步完成，B符合；C.硅酸钠和盐酸反应生成硅酸和氯化钠，可以一步完成，C不符合；D.硅酸受热分解生成二氧化硅和水，则H2SiO3→SiO2能一步完成，D不符合；答案选B。3．（2022广西）硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐占地壳质量的90%以上。(1)写出地壳中含量最高的元素的符号：_______。(2)写出通信中硅的氧化物的一种用途：_______。(3)科学家用金属钠、四氯化碳和四氯化硅制得了碳化硅纳米棒，反应的化学方程式为。①该反应中Si元素的化合价为_______价。②其中还原产物的化学式为_______。③高温真空环境中，C与SiO2反应也可以生成SiC，写出该反应的化学方程式：_______。(4)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3溶液可以用作_______；设计简单实验比较醋酸与H2SiO3酸性的强弱：_______。【答案】（1）O

制作光导纤维

+4

SiC

防火剂

将醋酸滴入装有NaSiO3水溶液的试管中，当有白色沉淀产生时，说明醋酸的酸性比H2SiO3的强，否则弱【解析】(1)地壳中含量最高的元素的符号为O；(2)通信中硅的氧化物的一种用途：制作光导纤维；(3)①该反应中Si元素的化合价为+4价；②在该反应中，C的化合价从+4价降低为4价，得电子，则四氯化碳为氧化剂，还原产物为SiC；③高温真空环境中，C与SiO2反应也生成SiC和CO，该反应的化学方程式：；(4)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3溶液可以用作防火剂；设计简单实验比较醋酸与H2SiO3酸性的强弱，方法为：将醋酸滴入装有NaSiO3水溶液的试管中，当有白色沉淀产生时，说明醋酸的酸性比H2SiO3的强，否则弱考点五硅酸盐材料与无机非金属材料【例51】（2022秋·山东临沂·高一统考期中）下列关于硅酸盐的性质和用途的叙述中不正确的是A．沙子的主要成分为二氧化硅，黏土的主要成分为硅酸盐B．自然界中没有游离态的硅C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质【答案】D【解析】A．沙子的主要成分为二氧化硅，黏土的主要成分为硅酸盐，A项正确；B．硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态的硅，B项正确；C．水玻璃有抗腐蚀和防火的作用，C项正确；D．水玻璃为硅酸钠的溶液，能和空气中的二氧化碳反应，D项错误。故选D。【例52】．（2022秋·浙江嘉兴·高一校考阶段练习）下列属于新型无机非金属材料的是A．光学玻璃 B．水泥 C．压电陶瓷 D．陶瓷卫生洁具【答案】C【解析】光学玻璃、水泥、陶瓷卫生洁具都属于传统无机非金属材料，压电陶瓷属于新型无机非金属材料，故选C。【一隅三反】1．（2022浙江湖州·高一校联考期中）下列关于硅材料的说法正确的是A．玛瑙的主要成分是硅酸盐B．制普通玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英砂C．电脑芯片的主要成分是二氧化硅D．水晶项链、玻璃、水泥和陶瓷都是硅酸盐制品【答案】B【解析】A．玛瑙的主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐，故A错误；B．根据玻璃的组成可知，制玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英，故B正确；C．电脑芯片的主要成分是单质硅，故C错误；D．水晶的主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐，故D错误；故选B。