5.3 无机非金属材料（能力训练）【四大能力点】- 2023-2024学年高一化学同步知识点解读与能力训练（人教版2019必修第二册）

5.3无机非金属材料（能力训练）【四大能力点】【能力点归纳】一．CO2与SiO2的比较（共5小题）二．硅及其化合物的特性（共5小题）三．硅及其化合物的相互转化（共5小题）四．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料（共5小题）【能力点训练】一．CO2与SiO2的比较（共5小题）1.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【答案】B【解析】A．SiO2能与氢氟酸反应生成四氯化硅和水，故A错误；B．SiO2和CO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应，故B正确；C．CO2熔、沸点较低，SiO2熔、沸点较高，故C错误；D．二氧化硅不溶于水，不能与水反应，故D错误；故答案为B。2．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()A．CO2、SiO2都能与一些碱性氧化物反应B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的【答案】A【解析】A．CO2、SiO2均为酸性氧化物，一定条件下能与一些碱性氧化物如Na2O等反应生成含氧酸盐，故A正确；B．CO2和水反应生成H2CO3，而SiO2和水不反应，用SiO2和NaOH溶液制备硅酸钠，然后用硅酸钠和HCl溶液反应制备硅酸，故B错误；C．CO2是酸性氧化物，而SiO2虽然能和HF反应，但生成产物不是盐和水，则二氧化硅仍然属于酸性氧化物，故C错误；D．SiO2属于原子晶体，是由原子构成的，所以二氧化硅中没有分子存在，故D错误；故答案为A。3．C和Si是同主族元素，最外层电子数相同，性质相似。下列关于CO2与SiO2说法中正确的是（

）A．CO2能与水反应生成对应的酸；SiO2也能与水反应生成对应的酸B．CO2的结构式是O=C=O；SiO2的结构式是O=Si=OC．CO2分子由1个C原子和2个O原子构成；SiO2分子由1个Si原子和2个O原子构成D．CO2具有氧化性，可作氧化剂；SiO2也具有氧化性，可作氧化剂【答案】D【分析】C和Si是同主族元素，最外层电子数相同，性质相似，CO2属于分子晶体，SiO2属于原子晶体，性质具有一定的相似性，如都属于酸性氧化物，但性质也有所不同，如CO2能溶于水，SiO2不溶于水；【解析】A、CO2能与水反应，生成H2CO3，SiO2不溶于水，不能与水反应生成硅酸，故A错误；B、CO2为分子晶体，CO2的结构式为O=C=O，SiO2是由Si和O原子组成，不含有SiO2分子，故B错误；C、SiO2不存在分子，二氧化硅是由原子组成，故C错误；D、CO2中C处于最高价，能与Mg反应生成MgO和C，CO2为氧化剂，SiO2与C在高温下反应生成Si和CO，SiO2中Si被还原，即SiO2为氧化剂，故D正确。4．下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是A．都是共价化合物B．SiO2可用于制造光导纤维，干冰可用于人工降雨C．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应D．都能溶于水且与水反应生成相应的酸【答案】D【解析】A.SiO2和CO2均由共价键结合而成的化合物，则均属于共价化合物，故A正确；B.SiO2可用于制造光导纤维，干冰可用于人工降雨，故B正确；C.SiO2和CO2均能与强碱反应生成盐和水，即SiO2和CO2属于酸性氧化物，故C正确；D.SiO2不能溶于水，故D错误；故选D。5．下列关于CO2和SiO2性质的说法中，不正确的是（

）A．CO2通入到水玻璃中可以得到硅酸B．CO2与SiO2在物理性质上差别很大C．SiO2与CaCl2溶液不反应，而CO2通入CaCl2溶液中可得到白色沉淀D．CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应【答案】C【解析】A．碳酸酸性强于硅酸，CO2通入到水玻璃中可以得到硅酸，故A正确；B．二氧化碳为分子晶体，二氧化硅为原子晶体，二者结构不同，所以物理性质不同，故B正确；C．盐酸的酸性强于碳酸，二氧化碳与氯化钙溶液不反应，故C错误；D．CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应，故D正确；答案选C。【名师归纳】CO2和SiO2性质比较二．硅及其化合物的特性（共5小题）1．下列关于硅及其化合物的说法中，不正确的是A．自然界中的硅元素全部是以化合态形式存在B．据SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．不能用二氧化硅跟水直接反应制取硅酸D．可用作黏合剂、木材防火剂的原料，实验室保存溶液应用橡胶塞【答案】B【解析】A．Si是亲氧元素，不能以单质形式存在于自然界中，主要以二氧化硅和硅酸盐形式存在，故A正确；B．反应只有在高温条件下进行，由于CO2是气体，逸出反应体系使反应得以继续进行，不能说明硅酸的酸性比碳酸强，比较硅酸和碳酸的酸性强弱要比较它们在水溶液中电离出H+的难易程度，故B错误；C．SiO2不溶于水，也不与水反应，不能用二氧化硅跟水直接反应制取硅酸，故C正确；D．可用作黏合剂、木材防火剂的原料，能够粘连玻璃，则实验室保存溶液应用橡胶塞，不能用玻璃塞，故D正确；故选B。2．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中正确的是A．溶液可与反应B．晶体硅主要用途是制造光导纤维C．属于酸性氧化物，不与任何酸反应D．硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在【答案】A【解析】A．二氧化碳和硅酸钠生成硅酸沉淀，A正确；B．光导纤维是用二氧化硅制造的，B错误；C．属于酸性氧化物，但是能和氢氟酸反应，C错误；D．Si在自然界中以SiO2、硅酸盐等化合态形式存在，D错误；故选A。3．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列关于硅及其化合物的说法中正确的是A．是一种酸性氧化物，所以不与任何酸反应B．高温下，工业制硅的反应的化学方程式为C．的水溶液呈碱性，故属于碱D．半导体材料是Si【答案】D【解析】A．是一种酸性氧化物，可以与HF反应，A错误；B．高温下，工业制硅的反应的化学方程式为，B错误；C．的水溶液呈碱性，但属于盐，C错误；D．半导体材料是Si，D正确；故选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①，反应②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料D．虽然能与、反应，但不是两性氧化物【答案】D【解析】A．硅酸钠属于粘性的物质，能将玻璃塞和试剂瓶粘结在一起而打不开，故A错误；B．反应①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，为气体，逸出可促使反应正向进行，故B错误；C．石英玻璃主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐材料，故C错误；D．虽然能与、反应，但只与酸中的反应，故不是两性氧化物，故D正确；故选D。5．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是A．在粗硅的制取中发生反应，硅元素被还原，所以碳的还原性比硅的还原性弱B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中C．用制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入D．由可知，硅酸的酸性强于碳酸的酸性【答案】C【解析】A．在反应中Si元素的化合价由+4价降到0价，为氧化剂，被还原，Si为还原产物，C元素的化合价由0价升到+2价，C为还原剂，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，所以碳的还原性比硅的还原性强，A项错误；B．因为溶液是一种黏合剂，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放溶液，B项错误；C．不能直接与水反应，所以制取硅酸可用可溶性硅酸盐与或盐酸反应：或，C项正确；D．反应能在高温下进行，主要是因为产物中有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，与酸性无关，D项错误；故答案为：C。【名师归纳】硅及其化合物性质“反常”小结(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。(3)Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高温))Si＋2CO↑。(4)非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(6)一般情况下，碱性氧化物＋酸→盐＋水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物)。(7)一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。(8)一般情况下，较强酸＋较弱酸的盐→较弱酸＋较强酸的盐(溶液中的反应)。因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。但在高温下，可发生反应Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up15(高温))Na2SiO3＋CO2↑(CO2离开反应体系促进反应的正向进行)。(9)一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高温))H2＋CO。(10)一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。三．硅及其化合物的相互转化（共5小题）1．下列有关硅及其化合物的说法中不正确的是A．在粗硅的提取中发生反应：2C+SiO22CO↑+Si，硅元素被还原B．Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2D．由Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸【答案】D【解析】A．该反应中SiO2中的Si得电子被还原，A正确；B．Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气，SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，B正确；C．二氧化硅无法直接与水反应生成硅酸，因此先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液再与二氧化碳反应生成硅酸，C正确；D．酸性强弱的比较需要在没有外界条件干扰的情况下才能比较，该反应的反应条件为高温，干扰了化学反应，且硅酸钠溶液中通入二氧化碳生成硅酸，可知碳酸酸性强于硅酸，D错误；故答案选D。2．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为：①②③下列有关上述反应的说法以及由上述反应得到的结论不正确的是A．三个反应均是氧化还原反应 B．反应①和③是置换反应C．反应②为硅重新被氧化的过程 D．H2的还原性强于HCl【答案】D【解析】A．三个反应均有化合价的变化，而有化合价变化的反应为氧化还原反应，故①②③均为氧化还原反应，故A正确；B．一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和化合物的反应为置换反应，故①③为置换反应，故B正确；C．当一种元素的化合价降低时则被还原，而在反应②中，硅元素的化合价由0价变为+4价，化合价升高被氧化，即硅元素被氧化，故C正确；D．反应③中，Cl的化合价没有变化，无法比较H2和HCl的还原性，故D错误。故选：D。3．工业上以石英砂(SiO2)为原料制取单质硅，其工艺流程图如下：流程一：流程二：已知SiH4中H为-1价。下列有关反应分类说法不正确的是A．①～④均属于氧化还原反应 B．只有①②③属于置换反应C．⑥既属于氧化还原反应又属于分解反应 D．⑤中的两个化学反应均属于复分解反应【答案】D【解析】A．①～③中，均发生置换反应，④中发生反应4Mg+SiO22MgO+Mg2Si，都发生元素化合价的变化，都属于氧化还原反应，A正确；B．只有①②③属于置换反应，⑤为复分解反应，⑥为分解反应，④不属于基本类型的反应，B正确；C．⑥中反应物只有SiH4，且生成两种单质，既属于氧化还原反应又属于分解反应，C正确；

D．⑤中，其中有一个反应为Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑，Si由-4价升高为+4价，则属于氧化还原反应，D不正确；故选D。4.由粗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中的主要反应是C．SiO2是将太阳能转化为电能的常用材料D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行【答案】C【解析】粗SiO2(含少量Fe2O3、Al2O3杂质)中加入足量NaOH溶液，SiO2转化为Na2SiO3、Al2O3转化为NaAlO2；过滤后，往滤液中加入过量H2SO4后，NaAlO2转化为Al2(SO4)3等，Na2SiO3转化为H2SiO3等；过滤出H2SiO3，洗涤、干燥，灼烧H2SiO3将生成SiO2。A．由分析可知，X为Na2SiO3及少量NaAlO2，Na2SiO3可用作木材防火剂，A正确；B．步骤Ⅱ中，Na2SiO3转化为H2SiO3，NaAlO2转化为Al2(SO4)3等，主要反应是，B正确；C．Si可用于生产太阳能电池，是将太阳能转化为电能的常用材料，SiO2主要用于生产光导纤维，C错误；D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，灼烧H2SiO3生成SiO2，一般在坩埚中进行，D正确；故选C。5.氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)：下列叙述正确的是A．“还原”时反应的方程式为SiO2＋CSi＋CO2B．“高温氮化”合成反应中N2是还原剂C．“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉D．“稀酸Y”选用稀硫酸除去产物中的杂质【答案】C【解析】用石英砂（粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物）和原料气（含N2和少量O2）制备Si3N4的操作流程，石英砂为SiO2，SiO2与焦炭在高温下发生反应SiO2+2CSi+2CO↑，粗硅与氮气反应生成Si3N4，再用稀酸Y进行酸洗，除去铁、铜，得到纯净的产物。A．焦炭与石英砂发生反应SiO2+2CSi+2CO↑，焦炭被氧化成CO，A错误；B．“高温氮化”合成反应中即3Si+2N2Si3N4，反应中N的化合价降低，被还原，故N2是氧化剂，B错误；C．“高温氮化”是Si与氮气反应，原料气中含有N2和少量的O2，氧气能与Si反应生成SiO2，需要除去氧气，操作X可以除去氧气得到纯净氮气，C正确；D．粗硅中含有少量Fe和Cu，即Si3N4中含有少量Fe和Cu，Fe与稀硫酸反应，得到可溶于水的FeSO4，但Cu与稀硫酸不反应，故应该用稀硝酸除去Si3N4中Fe和Cu，D错误；故答案为：C。【名师归纳】碳、硅及其化合物的相互转化四．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料（共5小题）1．现代社会的发展与进步离不开材料，下列说法不正确的是A．神舟12号飞船使用的氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B．碳纳米管有优良的电学性能、可用于生产电池C．工业生产玻璃、水泥和陶瓷，均需用石灰石作原料D．以高纯二氧化硅制成的光导纤维内窥镜可直接窥视有关器官部位的变化【答案】C【解析】A．氮化硅陶瓷硬度大、耐高温，是新型无机非金属材料，故A正确；B．碳纳米管有优良的电学性能，能导电，可用于生产电池和传感器，故B正确；C．工业生产陶瓷的原料主要是黏土，故C错误；D．制造光导纤维的原料是二氧化硅，故D正确；选C。2．下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是A．高纯硅可用作半导体材料B．门窗玻璃、混凝土桥墩、水晶镜片均含有C．碳化硅(SiC)俗称金刚砂，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温半导体材料D．用于北京冬奥会礼仪服智能发热的石墨烯属于无机非金属化合物【答案】D【解析】A．硅为良好的半导体材料，高纯硅常用作半导体材料，A正确；B．门窗玻璃、混凝土桥墩、水晶镜片均为硅酸盐产品，均含有，B正确；C．碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化，高纯度的碳化硅，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维，C正确；D．石墨烯为单质，不属于化合物，D错误；故选D。3．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