高中化学同步讲义必修第二册：无机非金属材料（精讲）（原卷版）

5.3无机非金属材料（精讲）

思维导图

晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，晶体硅熔点高、硬度

物理大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料

性质

①与。2反应：Si+O2一SiO2

②与C国反应：Si+2cbSiCU

与非金属单质反应

③与C凤g：S1+C三区SIC

化

学④与氟气反应：Si+2F2===SiF4

一

性

与氢氟酸反应：Si+4HF==SiT-+2H-

质42

与NaO嘘液反应：Si+2NaOH+H2O==Na2SiOj+2H2'

R1①单质硅常用二氯化硅来制取，主要分为两个阶段

①用碳还原二氧化硅制备粗硅SiO2+2C=§^Si(fl)+2CO:

②将粗珪先与氯气反应，其产物用氢

Si(fi)+2ChSiCh,SiCLi+2H#丝⑶(纯)+4HCl

气还原制备纯珪

②工业制备商饨硅的原理

工业制备再绘墓的原理示意图涉及的主委化学反应

|石英砂1IIIMH机硅产

制XjSiHCl,冲

OSiO^ZC18。。*。％+2COT

备

|焦炭

@Si+3HC磔马iHCb+H：

HCI一

©SiHCb+HJ驯USi+3HC1

1%L

1

结晶型_水晶、玛瑙

r­存在形式无定型沙子、石英

硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水

物理性质

。表示硅

•表示氧岚(■

①二氧化硅晶体是原子晶体，是由硅原子和氧原子构成的

-结构

②二氧化硅晶体中硅原子和氧原于的个数比为1:2

氧

①SiOz与NaO端液反应：SiO+2NaOH===NaSiOj+H0

化222

酸性氧化物的通性J习，

硅I②S16与俅性氧化物反应：SKh+CaO速叁CaSQ

化

学

弱氧化性SiO:+2C=^^Si+2COt

性

质

SiO2+4HF==SiF<*+2H20

与氢獭(HF)反应-------

用氢氟酸刻蚀玻璃

①沙子是基本的建筑材料

②纯净的SiCh是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维

©石英和玛瑙制作饰物和工艺品④实验室中使用石英玷埸

⑤8102用于制备硅⑥SiOz用于制造各种玻璃制品

用途

2

白色胶状沉淀

物理性质

不溶于水［唯一不溶于水的酸］的二元弱酸（酸性比

弱酸性臻酸的酸性弱,硅酸不能使紫色石英溶液变红色

化学:不稳定性HzSiO.SiOz+H?。

性质与碱溶液反应H2SiO3+2NaOH===Na2SiOJ+2H2O

实验室常用可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸

在试管中加入3、5mL、316溶液（饱和、a:SQ>溶液按1:2或1:3的体枳比用

实舱辽在水稀暮），滴入12滴的歆芾液，再用胶头消管逐清加入稀盐酸，边加边提箔，

至溶液红色变浅并接近消失时停止.静置.仔细观察变化过程及其现象

।

制（-酚歆溶液

实总续作

备0!I滴

国-NaQiO将液JNgO挤液

实验蜕象溶液变为红色溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀物生成

实验结论、■:SKh溶液呈减性硅酸为不溶于水的白色固体

化学方衽式XI:SJOJ+2HdH：SK）K胶南+2N«CI

物质

HCOHSiOj

比较项目:32

酸性

均为弱酸,且酸性：H：CO?>H2SiOJ

水溶性能溶于水难溶于水

常温下易分睇生成co?和

樽定性

受热易分解生成SiO：和H；O

HzO

制备COI+HIO^H'COJNa2SiOj+2HCI=2NaCI+H6iC>3（胶体）

）：（胶体）

转化关系Na2SiO3+COX>'±+H:O=Na:CO3+HSiOj

H2CO3Na⑸03+2H:0+2cOX过量）-H:SiO4胶体）+2、aHCO3

H2SiO3

3

元素组成一般含有硅、氧元素

4

①碳化硅(SiC)：俗称金刚砂，暖原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的

结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。隈化硅还耐高温，可用作耐高温结构

材料、耐高温半导体材料等

②高温结构陶姿：高温结构陶姿一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温

下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适

应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等

新③压电陶餐：压电陶姿主要有钛酸盐和错酸盐等，能实现机械能与电能的相互转

型化。可用于油波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等

陶

④透明陶睿：透明陶窘主要有氧化铝、氧化铝等氧化物透明陶聋和氮化铝、氟化钙

聋等非氧化物透明陶姿，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好。可用于高压钠

灯、激光器和高温探测器等

⑤超导陶窘：超导陶鸳在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交

通、医疗等领域

结构挣点应用

由球原子构成的一系列笼形分子的总代表物CM开启碳纳米材料研究和应用的新

富勒件

称时代

由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺

或妁米管用于生产复合材料、电池和传感器等

度的直径

应用于光电器件、超级电容器、电池和复合

碳纳石星炜只有一个碳原子直径厚度的单层石墨

材料等

米材

料

常见考点

考点一硅

考点二二氧化硅

考点三硝酸

无机非金属材料

考点四睢及硅化合物的综合运用

考点五废酸盐材料及无机非金属材料

考点一硅

5

【例1-1］（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

【例1-2】（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H?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

【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

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SiCh）制取高纯硅涉及的主要反

应用流程图表示如下：

6

石英砂

2000T②HCI

粗HHCI

3o(rc③IH,

SiHCb

no,rc

下列说法正确的是

流程图中的是

A.XCO2

B.流程中HC1和1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

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

高温小

B.制得粗硅的化学方程式为SiC>2+2C『Si+2cOf

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

考点二二氧化硅

【例2-1］（2022吉林长春）下列关于二氧化硅的说法中，正确的是

A.SiCh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

【例2-2］（2022江西抚州）粗SiO2（含少量Fe。、AI2O3杂质）制备纯SiCh的流程如图所示，下列说法错

7

误的是

粗Si。?|.热呼1.螫冈―必华&一反1誓＞|SiC）2

A.X可用作木材防火剂

B.步骤n中的稀硫酸可用CO2代替

C.步骤II中的主要反应是Na2SiO3+H2SO4=H2SiO.U+Na2SO4

D.若在实验室中完成步骤HI,一般在生堪中进行

【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簿送的是

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.SiO?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。

2.（2022•山东）下列关于SiO^的叙述正确的是

①Si。?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，Si。?和CO,的分子结构也相同

@SiO2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

⑤SiO?中硅元素为+4价，故SiO2具有氧化性

⑥在SiO?中，每个硅原子结合2个氧原子

A.①③⑤B.④⑥C.③D.⑤

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。

8

已知：PdCL溶液可用于检验CO,反应的化学方程式为CO+PdC12+H2O=CO2+2HCl+Pd1(产生黑色金属钳

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o

(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16.8g焦炭充分反应后收集到标准

状况下的气体26.88L,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：.

考点三硅酸

【例3-1](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

【例3-2】(2022山东)能证明碳酸的酸性比硅酸的强的依据是

A.CO,是气体，Si。?是固体

B.高温下能发生反应：Na,C03+Si02—Na,Si03+C02t

C.CO。能溶于水生成碳酸，而SiO?却不溶于水

D.将CO：通入NazSiO,溶液中有胶状沉淀生成

9

【例3-2]（2022山西）下列反应能证明H2SiO3是一种弱酸的是（）

A.SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

B.H2SiO3.-.SiOz+HzO

C.Na2SiO3+C02+H2O=H2SiO.4+Na2cCh

D.SiO2+CaCO3_i*_CaSiO3+CO2

【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

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.CO?溶于水形成碳酸，SiCh难溶于水

B.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2

C.HC1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.CO?通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀

3.（2022江苏苏州）为了探究HC1、H2cCh和HzSiCh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Na2co3

B.装置B中的目的是除去挥发的HC1

C.装置C的目的是尾气处理

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D.该装置可以得出HC1、H2co3、H2SQ3的酸性强弱顺序

考点四硅及硅化合物的综合运用

【例4-1](2022山东济南)华人科学家高银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NaOH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Si。?反应，所以利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品

A.①⑤B.②③⑥C.②④⑥⑦D.0©④⑤⑦

【例4-2](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：

(l)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C02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。

【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SiO?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--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

11

⑥光导纤维遇碱会“断路”

A.①⑤B.②③⑥C.①④⑥D.①③④⑤

2.(2022浙江)下列反应不能一步完成的是

A.SiO2^Na2SiO3B.SiO2^H2SiO3

C.NazSiO3TH2SiC>3D.H2SiO3->SiO2

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：o

(2)写出通信中硅的氧化物的一种用途：o

(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

。

8Na+CC14+SiCl4=SiC+8NaCl

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O

③高温真空环境中，C