2025高考化学总复习 第4章　第15讲　无机非金属材料

第四章非金属及其化合物第15讲无机非金属材料课标解读1.了解硅和二氧化硅的性质及用途，了解高纯硅的制备。2．了解硅酸盐材料和新型无机非金属材料的性质及用途。3．能说明无机非金属材料的应用对社会发展的价值。考点2提能训练练案[15]考点1考点1硅和二氧化硅知识梳理1．硅单质的性质和用途[微点归纳]

硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。2．高纯硅的制备工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅，原理图示如下：3．二氧化硅[微点归纳]

光导纤维不导电，用来传输光信号。自主小练1．易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。(1)硅的性质不活泼，故自然界中存在游离态的硅元素。(

)(3)将SO2通入Na2SiO3溶液，产生胶状沉淀，则酸性H2SO3>H2SiO3。(

)(4)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。(

)[提示]

硅可用于制光电池。×√√×(5)SiO2能与HF反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃。(

)[提示]

氢氟酸可用于刻蚀玻璃。[提示]

应生成CO。(7)Si可用于制造太阳能电池，SiO2可用于制造光导纤维。(

)(8)玻璃中的SiO2能与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液刻蚀玻璃生产雕花玻璃。(

)√×√×(9)将CO2通入Na2SiO3溶液中，产生白色胶状H2SiO3沉淀，则酸性：H2CO3>H2SiO3。(

)[提示]

硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强。(11)因为SiO2熔点高、硬度大，所以可用于制光导纤维。(

)[提示]

SiO2熔点高、硬度大，SiO2可用于制光导纤维均正确，但无因果关系。√××(12)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记。(

)[提示]

SiO2只与酸中的HF反应。(13)SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，因此SiO2是两性氧化物。(

)(14)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸。(

)[提示]

SiO2能溶于氢氟酸。√××(15)二氧化硅溶于水可制备硅酸。(

)[提示]

SiO2难溶于水。(16)SiO2可与氢氟酸反应，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。(

)×√2．(1)从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？[提示]

没有。因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因此硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。(2)从元素周期表的位置看，硅的还原性比碳强，但碳能与SiO2反应制取Si，试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。(3)实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚及铁坩埚。你认为选哪一种？[提示]

选择铁坩埚。铁不与烧碱反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH反应使得坩埚受损。[提示]

不能。该反应是在高温下进行，产物中CO2为气体，生成后脱离反应体系，使反应能向右进行到底。(2024·河北衡水高三检测)下列关于硅及其化合物的叙述错误的是(

)A．硅是良好的半导体材料B．二氧化硅属于酸性氧化物C．硅酸的酸性比碳酸的酸性弱D．常温下，硅的化学性质不活泼，不与任何物质反应微考点1硅及其化合物的性质和应用D[解析]

硅是良好的半导体材料，故A正确；二氧化硅能与强碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，故B正确；非金属性：Si<C，硅酸的酸性比碳酸弱，故C正确；常温下，硅的化学性质不活泼，但硅可与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应，故D错误。【对点训练】(2024·云南昆明模拟)如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法或离子方程式正确的是(

)D1．(2024·河北邢台名校联盟联考)高纯度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”。可以按下列方法制备：微考点2高纯硅的工业制备流程及分析下列说法不正确的是(

)B．步骤①中每生成1molSi，转移4mol电子C．高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料D．SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3A2．(2024·山东青岛高三检测)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：下列说法错误的是(

)A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅和一氧化碳，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋4D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应B[易错警示]制备高纯硅过程中的3个易错点【对点训练】1．(2024·河北衡水高三检测)“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表示如下：下列说法不正确的是(

)A．反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2B．流程中HCl和H2可以循环利用C．反应①②③均为置换反应D．由②③反应推测，③为放热反应D[解析]

①中SiO2与C反应生成Si和CO，氧化剂是SiO2，还原剂是C，根据得失电子守恒可知，SiO2和C的物质的量之比为1∶2，A正确；②中消耗HCl生成H2，③中消耗H2生成HCl，故流程中HCl和H2可以循环利用，B正确；反应①②③均符合“单质＋化合物―→新单质＋新化合物”，故属于置换反应，C正确；反应③在1100℃下，SiHCl3与H2生成高纯硅和HCl，应为吸热反应，D错误。2．(2024·陕西西安模拟)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所示，下列说法正确的是(

)A．硅在自然界中主要以单质形式存在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B考点2无机非金属材料知识梳理1．硅酸盐材料

硅酸盐材料大都是混合物(1)常见硅酸盐材料比较硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料________________________________________黏______主要设备________________________陶瓷窑石灰石、黏土纯碱、石灰石和石英砂土水泥回转窑玻璃窑硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2硅酸盐生产条件高温(2)主要用途陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。(2)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。(3)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。(4)硅酸盐组成的表示方法通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成。①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。②各元素的化合价保持不变，且满足正负化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。③氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。(5)硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是硅酸钠，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃成分不同，水玻璃又称泡花碱，但它却是盐溶液，而不是碱溶液。2．新型陶瓷的种类与用途材料类型主要特性示例用途高温结构陶瓷耐高温、抗氧化、耐磨蚀碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等烧结而成可用于火箭发动机、汽车发动机、高温电极材料等压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化钛酸盐、锆酸盐可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器等材料类型主要特性示例用途透明陶瓷优异的光学性能，耐高温，绝缘性好氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙可用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零—可用于电力、交通、医疗等领域3.碳纳米材料(1)碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。(2)三类碳纳米材料的比较纳米材料结构特点主要性能重要应用富勒烯由__________构成的一系列________分子的总称，C60是富勒烯的代表物—开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳原子笼形纳米材料结构特点主要性能重要应用碳纳米管由________片卷成的管状物，具有________尺度的直径比表面积______，有相当高的强度和优良的________性能可用于生产复合材料、电池和传感器等石墨烯只有一个__________直径厚度的单层石墨电阻率______、热导率______，具有很高的强度可用于生产光电器件、超级电容器、电池和复合材料等石墨纳米大电学碳原子低高自主小练1．易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。(1)工业生产水泥和玻璃均用到石灰石。(

)[提示]

石灰石是制作水泥和玻璃的原料。(2)氮化硅陶瓷和氮化铝陶瓷均为新型无机非金属材料。(

)[提示]

二者均为新型无机非金属材料。(3)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品。(

)[提示]

水晶和玛瑙主要成分是SiO2，不属于硅酸盐工业产品。√√×(4)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。(

)[提示]

玻璃是一种非晶体，没有固定熔点。(5)碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承。(

)(6)光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2。(

)×√√2．(2024·广东东莞模拟)白炭黑(可用SiO2·nH2O表示其组成)广泛应用于日用化工、橡胶制品、电子工业等许多领域。以硅酸钠和二氧化碳为原料制备白炭黑的工艺流程如下：[提示]

硅酸钠水溶液能黏合玻璃塞与玻璃瓶内颈，故不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装，A项错误。A3．(2024·山东滨州高三检测)下列关于硅酸盐及新型无机非金属材料的说法正确的是(

)A．汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土B．SiO2具有导电性且硬度大，所以可用于制作光导纤维和光电池C．传统无机非金属材料是指光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料D．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A[提示]

工业上以黏土为原料烧制瓷器，A正确；二氧化硅对光具有良好的全反射作用，故用于制作光导纤维，而Si为半导体材料，可作光电池材料，B错误；光导纤维是新型无机非金属材料，C错误；新型无机非金属材料具有高强度，D错误。1．(2024·河北衡水高三检测)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，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、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐微考点1传统硅酸盐材料及性能C[解析]

陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A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错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D错误。2．(2024·河北邢台模拟)文物是传承文化的重要载体，下列主要成分不是硅酸盐的文物是(

)[解析]

简牍主要成分为纤维素，纤维素为有机高分子化合物，不是硅酸盐，故A正确；陶彩绘女舞俑的主要成分为硅酸盐，故B错误；霁红釉瓷碗，材料为陶瓷，陶器主要成分为硅酸盐，故C错误；梅瓶成分为陶瓷，陶瓷成分为硅酸盐，故D错误。A【对点训练】1．(2024·山东潍坊高三检测)《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(

)A．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化C．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐D．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦C[解析]

制作砖瓦和陶瓷的主要原料是黏土，故A正确；黏土的主要成分为硅酸盐，灼烧使黏土发生复杂的物理化学变化，故B正确；沙子的主要成分是二氧化硅，黏土的主要成分为硅酸盐，故C错误；浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法，所以烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦，故D正确。2．(2024·湖南益阳模拟)下列实验仪器的主要成分不是硅酸盐材质的是(

)A．试管 B.酒精灯C．瓷坩埚 D.硬质石英管[解析]

试管材质为玻璃，属于硅酸盐材料，故A不选；酒精灯材质为玻璃，属于硅酸盐材料，故B不选；瓷坩埚材料为陶瓷，属于硅酸盐材料，故C不选；石英管材质为二氧化硅，二氧化硅为氧化物，不是硅酸盐，不属于硅酸盐材料，故D选。D3．(2024·河北衡水高三检测)青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(

)A．青石棉是一种硅酸盐产品B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉与足量稀硝酸反应，只能使1molHNO3被还原B[解析]

硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；虽然青石棉可用氧化物形式来表示，但不代表含有一定量的石英晶体；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反应时，失去3mol电子，而还原产物只有NO，故只能使1molHNO3被还原。1．(2024·湖南新高考联盟联考)科技发展改变生活，近几年我国人工智能、航空航天、量子通信、生命科学大放异彩。下列说法不正确的是(

)A．“神舟”飞船航天员所使用的操纵杆采用碳纤维材料制作，碳纤维属于新型无机非金属材料B．清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料与光导纤维的不同C．“长征五号遥五”运载火箭中使用的氮化铝陶瓷属于新型硅酸盐材料D．量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体微考点2新型无机非金属材料的性能及应用C[解析]

碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维，碳纤维材料属于新型无机非金属材料，A正确；清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料是Si，光导纤维的主要材料为SiO2，B正确；氮化铝陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，属于新型无机非金属材料，但不是硅酸盐材料，C错误；量子通信材料螺旋碳纳米管为碳单质，石墨烯也为碳单质，两者是同种元素的不同单质，两者互为同素异形体，D正确。2．(2024·湖南永州模拟)碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2～20nm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A[解析]

胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是分散系，故不是胶体，故A错误；石墨烯和碳纳米管是碳元素的两种不同的单质，石墨烯卷成管状结构变为碳纳米管发生了化学变化，故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，故C正确；碳纳米管有较大的表面积，可以用作催化剂的载体，故D正确。【对点训练】1．(2024·山东青岛高三检测)宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(

)A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸C[解析]

不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，A正确；氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，B正确；瓷器主要是由黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，故陶瓷不能用来盛装氢氟酸，D正确。2．(2024·河北衡水高三检测)作为信息通信技术，5G在传输执行过程中离不开芯片的支撑。下列说法正确的是(

)A．水晶和陶瓷都是硅酸盐制品B．CPU半导体芯片与光导纤维是同种材料C．高纯硅、碳化硅(SiC)属于新型无机非金属材料C[易错警示]有关无机非金属材料的4个易错点命

题

分

析高考对本讲内容的考查主要体现在以下三个方面：(1)结合STSE，以能源、温室效应等为背景，考查碳、硅及其重要化合物的性质、用途；(2)结合无机化工工艺流程，考查二氧化硅或硅酸盐的性质。(3)结合化学反应原理，考查传统硅酸盐材料及新型无机非金属材料的应用。真

题

演

练1．(2023·湖北卷，3,3分)工业制备高纯硅的主要过程如下：B．1molSi含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023C．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B2．(2022·河北卷)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MgOC．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[解析]

陶瓷是良好的绝缘体，可作为高压输电线路所使用的绝缘材料，A正确；陶瓷的主要成分为硅酸盐而不是SiO2和MgO，B错误；黏土是制