第四講無機非金屬材料

【課標要求】1.結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解碳、硅及其

重要化合物的主要性質，認識這些物質在生產中的應用和對生態環境的影響。

2.結合實例認識碳、硅及其化合物的多樣性，了解通過化學反應可以探索物質的

性質，實現物質的轉化，認識物質及其轉化在促進社會文明進步、自然資源綜合

利用和環境保護中的重要價值。

夯-必備知識

一、碳、硅及其氧化物

1.碳、硅的結構與物理性質

⑴三種常見的碳單質

①金剛石

?碳原子的排列方式：正四面體的空間網狀結構

碳原子的雜化方式：sp3雜化

礴醺人物理性質：熔點高，硬度大，不導電

②石墨

碳原子的排列方式：層狀結構，每層為正六邊形的

平面網狀結構

碳原子的雜化方式：Sp2雜化

物理性質：熔點高，硬度小，能導電

③足球烯(C60)

碳原子的排列方式：“足球”狀分子，由正五邊形和

正六邊形排列而成

物理性質：不導電

(2)硅的結構與物理性質

熔點高、硬度大、脆性

2.碳、硅的化學性質

⑴碳單質的化學性質——還原性

①與02反應

占燃占燃

。2足量：C+O2====CO2；02不足：2C+02^^2(20。

②與氧化物反應

高溫

Si02：SiCh+2C=三Si+2cot(制取粗硅);

高溫

H20：C+H2O(g)三三CO+H2(制取水煤氣)。

③與強氧化性酸反應

如木炭與濃H2so4、濃HNO3在加熱條件下的反應。

⑵硅單質的化學性質——還原性

一△

①與02反應(用化學方程式表示，下同)：Si+O2=^=SiO2；

②與氫氟酸反應：Si+4HF=SiF4t+2H21；

③與NaOH溶液反應:Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2f。

3.碳和硅的氧化物

(1)一氧化碳：無色無味的有毒氣體，不溶于水，可用作氣體燃料和冶金工業的還

原劑。

(2)二氧化碳和二氧化硅的比較

物質二氧化硅二氧化碳

所屬類別均為酸性氧化物

結構硅氧四面體相連構成的螺旋鏈由C02分子構成

硬度大，熔、沸點高，常溫下熔、沸點低，常溫下為氣體，

物理性質

為固體，不溶于水能溶于水

化與水反應不反應CO2+H2OH2c。3

學只與氫氟酸反應：SiCh+

與酸反應不反應

性4HF=SiF4t+2H2O

質生成正鹽（CO，）：82+

SiC>2+2NaOH=Na2SiC)3+

與堿(NaOH)2NaOH=Na2CC）3+H2O；

3(盛堿液的試劑瓶用橡膠

反應生成酸式鹽：（HC0F）C02±

塞)

NaOH===NaHCO3

如與Na2SiO3反應:C02（少量）

如與Na2cCh反應:SiO2+

與鹽反應

+Na2SiO3+H2O=H2SiO31

Na2CO3^^Na2SiO3+CO2t

+Na2cO3

如與反應：

與堿性氧CaOSiO2+如與Na?O反應：Na?O+

化物反應CaO8返CaSiChCO2=Na2CO3

光導纖維、光學儀器、電子部

用途制飲料、制碳酸鹽等

件等

【診斷1】判斷下列敘述的正誤(正確的劃“J”，錯誤的劃“X”)。

(1)碳、硅在自然界中的存在形式既有游離態又有化合態(X)

(2)晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導體材料(X)

(3)SiO2具有導電性，故可用于制備光導纖維(X)

(4)NaOH溶液貯存在帶橡膠塞的玻璃試劑瓶中(V)

二、硅酸、硅酸鹽和新型無機非金屬材料

1.硅酸

酸性比碳酸魁

弱酸性

NazSiO^+CCV少量）+凡0=凡$2：,1+Na2CO3

不穩定性H2SiO3=SiO2+H2O

可溶性硅酸鹽與鹽酸等反應制得：

制備

Na2SiO3+2HCl=H:iSiO.)l+2NaCl

硅膠可用作催化劑的載體和袋裝食

用途

品、瓶裝藥品等的干燥劑

|提醒

硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠，經干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為硅

膠，硅膠是一種干燥劑。

2.硅酸鹽一一硅酸鈉

⑴性質

硅酸鈉是白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液

顯堿性。寫出下列反應的離子方程式：

與鹽酸反應：SiO歹+2H===H2SiO3I。

與C02水溶液反應：SiO文+H2O+CO2(少量)===H2SiO3I+COA。

(2)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。

3.無機非金屬材料

(1)傳統無機非金屬材料主要包括水泥、普通玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料(如下表)。

材料水泥普通玻璃陶瓷

生產原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英砂黏土

主要設備水泥回轉窯玻璃窯陶瓷窯

(2)玻璃的生產

①反應原理

CaCO3+SiO2====CaSiO3+C02t

高溫

Na2co3+SiO2==Na2SiO3+CC)2」。

②主要成分：SiO2、CaSiCh、Na2SiO3o

4.新型無機非金屬材料

⑴新型陶瓷

工不再限于傳統的硅酸鹽體系

新特性和在光學、熱學、電學、磁學等方面

型功能具有很多新的特性和功能

陶化學式SiC

瓷

金剛砂

碳「碳原子和硅原子通過些位鍵連

實結構

化接具有類似金剛石的結構、屬

例

硅L于共價晶體

性能、

-硬度大，用作砂紙、砂輪的磨料

用途

優異的高溫抗氧化性能，用作

-耐高溫結構材料、耐高溫半導

體材料

(2)碳納米材料

碳納米材料在能源、信息、醫藥等領域有廣闊的前景。

富勒烯

碳納

米管

石墨烯

【診斷2】判斷下列敘述的正誤(正確的劃“J”，錯誤的劃“X”)。

(1)氮化硅陶瓷、超導陶瓷、透明陶瓷是新型無機非金屬材料(V)

(2)合成纖維與光導纖維都是新型無機非金屬材料(X)

(3)瓷土甘煙可用于加熱熔化燒堿或純堿(X)

(4)傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽(X)

考點一碳、硅及其氧化物的性質與應用

【典例】(2021.聊城模擬)某實驗小組設計了如圖裝置對焦炭還原二氧化硅的氣

體產物的成分進行探究。

已知：PdC12溶液可用于檢驗CO,反應的化學方程式為CO+PdC12+H2O===CO2

+2HC1+Pd(產生黑色金屬鋁粉末，使溶液變渾濁)。

⑴實驗時要通入足夠長時間的N2,其原因是

(2)裝置B的作用是。

⑶裝置C、D中所盛試劑分別為

,若裝置C、D中溶液均變渾濁，且經檢測兩氣體產物的物質的量

相等，則該反應的化學方程式為__________________________________________

(4)該裝置的缺點是____________________________________________________

【圖解分析】

兩個裝置分別檢驗

由元素分析可以生成CO和CO2,由于檢

CO,也可以生成co2驗co的反應產生

Vco2,故先檢驗COz

活塞K||焦炭與二氧化硅

通N2排空酒精

氣，防止噴燈

焦炭與

反應A

安全瓶可CO有毒必須

以防倒吸進行尾氣處理

答案(1)要用N2將裝置中的空氣排盡，避免空氣中的02、C02、水蒸氣對實驗

產生干擾(2)作安全瓶，防止倒吸

(3)澄清石灰水PdCb溶液

3SiO2+4C皇堂C02t+2C0t+3Si

(4)沒有尾氣吸收裝置將CO吸收

解析(1)碳與二氧化硅反應需在高溫下進行，高溫下，碳與空氣中氧氣也能反應，

所以實驗時要將裝置中的空氣排盡，則需要通入足夠長時間的N2；(2)根據裝置圖

可知，B裝置可以作安全瓶，防止倒吸；(3)根據元素守恒，碳與二氧化硅反應可

能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C裝置用來檢驗是否有二氧化碳，D

裝置用來檢驗是否有一氧化碳，裝置C、D中所盛試劑分別為澄清石灰水、PdCl2

溶液；若裝置C、D中溶液均變渾濁，說明既有二氧化碳又有一氧化碳，且經檢

測兩氣體產物的物質的量相等，根據原子守恒可知，化學方程式為3SiO2+

4c直遑2cO2t+2c0t+3Si；(4)一氧化碳有毒，不能排放到空氣中，而該裝置

沒有尾氣吸收裝置將CO吸收。

|規律方法，

檢驗C02中是否存在co的裝置及作用

E

各裝置的作用是：

A——除去混合氣體中的CO2

B—檢驗混合氣體中CO2是否除盡

C——干燥氣體

D——CO還原CuO：C0+CU0=2=CU+C02

E——安全瓶，防倒吸

F——驗證CO的氧化產物CO2

G—除去尾氣中的CO,防止污染環境

確定混合氣體中含有CO的實驗現象：

D中的物質由黑色變成光亮的紅色，B中無明顯現象，F中的澄清石灰水變渾濁。

題組一碳及其氧化物的性質與應用

L新材料的新秀—石墨烯和氧化石墨烯正成為物理、化學、材料科學研究的國

際熱點課題。其結構模型如圖所示。

下列有關說法正確的是（）

A.石墨烯是一種新型化合物

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異形體

D.氧化石墨烯具有一定的親水性

答案D

解析石墨烯是碳的單質，A錯誤；氧化石墨烯因為還含有氫元素，故不是石墨

烯的氧化物，也不是碳的同素異形體，B、C錯誤；由于氧化石墨烯結構中含有

羥基和羚基等親水基團，所以它具有一定的親水性，D正確。

2.用四種溶液進行實驗，下表中“操作及現象”與“溶液”對應關系正確的是

()

選項操作及現象溶液

A通入CO2至過量，溶液一直不出現渾濁現象飽和Na2c03溶液

通入C02,溶液變渾濁，繼續通入C02至過量，渾

BNa2SiO3溶液

濁消失

通入C02,溶液變渾濁，繼續通入C02至過量，渾

CCa(C10)2溶液

濁不消失，再加入品紅溶液，紅色褪去

通入C02,溶液變渾濁，繼續通入C02至過量，渾

DCa(OH)2溶液

濁消失，再加入足量NaOH溶液，又變渾濁

答案D

解析飽和Na2cCh溶液中通入C02發生反應：Na2c03+H20+

CO2=2NaHCO3I,故出現渾濁，A項錯誤；NazSiCh溶液中通入C02生成H2SiO3

沉淀，該沉淀不溶于H2co3,B項錯誤；Ca(C10)2溶液中通入C02,發生反應：

Ca(C10)2+H2O+CO2===CaCO3I+2HC10,繼續通入CO2,CaC03轉化成

Ca(HCO3)2,沉淀溶解，C項錯誤；Ca(0H)2溶液中通入過量C02生成Ca(HCO3)2,

Ca(HCO3)2與過量NaOH反應又生成CaCO3沉淀，D項正確。

題組二硅及其氧化物的性質與應用

3.有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在

太陽能發電過程中具有重要的作用。下列有關硅的說法中，不正確的是()

A.高純度的硅廣泛用于制作計算機中的芯片

B.硅可由二氧化硅還原制得

C.低溫時，硅與水、空氣和一般酸不反應，但能與氫氟酸反應

D.自然界中硅的儲量豐富，自然界中存在大量的單質硅

答案D

解析硅是重要的半導體材料，可用于生產制造計算機中的芯片，A正確；2C+

高溫

SiO2==Si+2COt,B正確；常溫下，Si的性質穩定，但可以與F2、HF、強

堿溶液反應，C正確；自然界中不存在單質硅，D錯誤。

4.下列關于硅及其化合物的描述中正確的是（）

A.SiCh硬度大，故可用于制造光導纖維

離歸SiC）2

B.在給定條件下，下列物質間轉化可實現：CaC03回嗎CaO=CaSiO3

高溫

C.硅太陽能電池工作時，光能轉化成電能，該過程與氧化還原反應有關

D.在給定條件下，下列物質間轉化可實現：SiO2咚幽）SiC14-1^Si

高溫

答案B

解析SiO2可用于制造光導纖維的原因是其導光性能好，與硬度無對應關系，A

錯誤；CaCCh高溫分解生成CaO,CaO與SiCh在高溫時反應生成CaSiO3,B正

確；硅太陽能電池工作時，利用半導體的光電效應，將光能轉化為電能，與氧化

還原反應無關，C錯誤；SiO2不能與鹽酸反應，D錯誤。

|易錯提醒

?一般情況下，非金屬單質為絕緣體，但石墨為導體、硅為半導體。

?非金屬單質一般不與酸反應，但Si既能與NaOH溶液反應又能與HF反應：Si

+4HF=SiF4t+2H2t。

?Si02既能與酸（HF）反應，又能與堿（NaOH）反應，但SiCh不是兩性氧化物，SiO2

屬于酸性氧化物。

?SiO2能與氫氟酸反應，故不能用玻璃容器盛放氫氟酸，可以用氫氟酸刻蝕玻璃。

?SiO2是H2SiO3的酸酎，但SiO2不與水反應，不能用SiO2直接與水作用制備

H2SiO3o

考點二硅酸鹽、新型無機非金屬材料的應用

題組一傳統無機非金屬材料

1.（2021?合肥模擬）《天工開物》記載：“凡蜒泥造瓦，掘地二尺余，擇取無沙黏

土而為之”“凡坯既成，干燥之后，則堆積窖中燃薪舉火”“澆水轉釉（主要為青

色），與造磚同法”。下列說法錯誤的是（）

A.沙子和黏土的主要成分為硅酸鹽

B.“燃薪舉火”使黏土發生了復雜的物理和化學變化

C.燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦

D.黏土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料

答案A

解析沙子的主要成分為二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不屬于硅酸鹽，A項錯

誤；黏土燒制成瓦的過程中發生了復雜的物理和化學變化，B項正確；由“澆水

轉釉（主要為青色），與造磚同法”可知，C項正確；黏土是制作磚瓦和陶瓷的主

要原料，D項正確。

2.（2021-1月湖北適應性考試）水泥是人類最偉大的發明之一，主要成分為硅酸三鈣

（3CaOSiO2）o將其與適量的水反應，形成相互交聯的結構，反應式如下

2（3CaOSiO2）+6H2O=3CaO-2SiO2-3H2O+3Ca（OH）2AH<0

但是，需要避免交聯過程熱膨脹及產生的水蒸氣在建筑結構中造成空隙。我國三

峽大壩的建設者在全世界首創了以冰代水的澆灌方法，有效解決了這一問題，保

證了大壩建筑質量。下列說法錯誤的是（）

A.水泥由黏土和石灰石等研磨、般燒制得

B.水泥生產過程中加入石膏，可以調節水泥的硬化速率

C.水的作用是提供結晶水以穩定交聯結構

D.以冰代水的優點是減少了熱膨脹及水蒸氣的產生

答案C

解析A.水泥由黏土和石灰石等混合、研磨，經高溫煨燒制得，正確；B.水泥生

產過程中加入石膏的目的是為了調節水泥的凝結硬化速率，從而調整水泥的凝結

時間，正確；C.水與硅酸三鈣發生化學反應，生成的產物形成相互交聯的結構，

錯誤；D.以冰代水可吸收反應放出的熱量，減少了熱膨脹及水蒸氣的產生，保證

了建筑質量，正確。

題組二新型無機非金屬材料

3.（2021.金華模擬）碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構的一維量子材料，

具有許多異常的力學、電學和化學性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的

深入，其廣闊的應用前景也不斷地展現出來。下列關于納米管說法不正確的是

A.納米管孔徑較大，可以摻雜各種金屬原子，體現特殊的催化活性

B.碳納米管擁有極高的熔點

C.納米管是一種新型有機納米材料

D.納米管可以由石墨烯在特定條件下卷曲而成

答案C

解析A.納米管孔徑較大，有很強的吸附作用，可以摻雜各種金屬原子，體現特

殊的催化活性，故A正確；B.碳納米管上每個碳原子采取sp2雜化，相互之間以

碳一碳。鍵結合起來，所以熔點高，故B正確；C.碳納米管只由碳原子構成，屬

于單質，不是有機化合物，故C錯誤；D.碳納米管可以看做是石墨烯片層卷曲而

成，故D正確。

I易錯提醒

硅及其化合物用途的易錯點

?用作半導體材料的是晶體硅而不是SiO2,用于制作光導纖維的是SiO2而不是

Si,計算機芯片的成分是晶體硅而不是SiO2。

?水晶、石英、瑪瑙、硅石的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽。

?晶體硅、晶體二氧化硅、新型陶瓷（如SiC）、壓電陶瓷、超導陶瓷、碳納米材料

等均為新型無機非金屬材料。

1.下列說法正確的是（）

A.Q021.廣東卷）用氫氟酸刻蝕石英制作藝術品的原因是氫氟酸可與SiO2反應

B.（2021.浙江6月選考）硅酸鈉是一種難溶于水的硅酸鹽

C.（2020.浙江7月選考）單晶硅和石英互為同素異形體

D.（2020.浙江1月選考）二氧化硅導電能力強，可用于制造光導纖維

答案A

解析Na2SiO3能溶于水，B錯誤；單晶硅是單質，石英的主要成分是SiO2,二

者不是同素異形體，C錯誤；二氧化硅不導電，D錯誤。

2.化學與生活密切相關。下列敘述錯誤的是（）

A.（2019?全國卷HI）高純硅可用于制作光感電池

B.（2019?全國卷HI）活性炭具有除異味和殺菌作用

C.（2019?天津卷）無水CoCL呈藍色，吸水會變為粉紅色，可用于判斷變色硅膠是

否吸水

D.（2019?浙江4月選考）天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅

答案B

解析活性炭具有吸附性，能除異味，但不能殺菌消毒，B項錯誤。

3.（2020?山東卷）下列關于C、Si及其化合物結構與性質的論述錯誤的是（）

A.鍵能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,因此C2H6穩定性大于Si2H6

B.立方型SiC是與金剛石成鍵、結構均相似的共價晶體，因此具有很高的硬度

C.S1H4中Si的化合價為+4,CH4中C的化合價為一4,因此SiH4還原性小于CH4

D.Si原子間難形成雙鍵而C原子間可以,是因為Si的原子半徑大于C,難形成p—p

n鍵

答案C

解析化合物中鍵能越大，該物質越穩定，由于鍵能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,

故可判斷穩定性：C2H6>Si2H6,A項正確；SiC與金剛石均為立體網狀的共價晶

體，二者成鍵和結構均相似，均具有很高的硬度，B項正確；根據非金屬性OSi,

可知還原性：SiH4>CH4,C項錯誤；由于原子半徑：Si>C,Si原子間難形成p—p

兀鍵，故決定了Si原子間很難形成雙鍵，D項正確。

4.（2020?浙江7月選考）Ca3SiO5是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關性質的說法

不正確的是（）

A.可發生反應：Ca3SiO5+4NH4Cl==^=CaSiO3+2CaCh+4NH3t+2H2O

B.具有吸水性，需要密封保存

C.能與S02反應生成新鹽

D.與足量鹽酸作用，所得固體產物主要為Si02

答案D

解析加熱時氯化核分解生成HC1和氨氣，HC1與Ca3SiO5反應得到硅酸鈣、氯

化鈣和水，A項正確；水泥吸水會變硬，需密封保存，B項正確；Ca3SiO5能與二

氧化硫反應得到亞硫酸鈣，C項正確；由上述分析可知，Ca3SiO5與足量鹽酸反應

得不到二氧化硅，D項錯誤。

5.（2021.浙江1月選考）鋁硅酸鹽型分子篩中有許多籠狀空穴和通道（如圖），其骨架

的基本結構單元是硅氧四面體和鋁氧四面體，化學組成可表示為

Ma［（AIO2）MSiO2）#zH2O（M代表金屬離子）。

下列推測不正確的是（）

A.常采用水玻璃、偏鋁酸鈉在強酸溶液中反應后結晶制得分子篩

B.若。=力2,則M為二價陽離子

C.調節y/x（硅鋁比）的值，可以改變分子篩骨架的熱穩定性

D.分子篩中的籠狀空穴和通道，可用于篩分分子

答案A

解析在強酸溶液中反應生成H2SiO3沉淀和AF+溶液,得不到分子篩,A不正確。

成-學科素養

超級圣礎里0

1.（2021.南開區一模）下列物品所使用的主要材料不屬于無機非金屬材料的是

（）

A.石墨烯超輕海綿B.宣紙

C.瓷器D.碳化硅陶瓷軸承

答案B

解析A.石墨烯超輕海綿為碳單質，屬于無機非金屬材料，故A不符合題意；B.

宣紙成分為纖維素，屬于有機高分子材料，故B符合題意；C.陶瓷屬于硅酸鹽材

料，屬于無機非金屬材料，故C不符合題意；D.碳化硅陶瓷軸承是新型無機非金

屬材料，故D不符合題意。

2.大多數物質的俗名是根據其特殊的物理性質或用途得來的。下列物質的俗名與

化學式或用途不相符的一組是（）

選項俗名主要成分（化學式）用途

A石英SiO2集成電路板

B純堿Na2cO3制備玻璃

C水玻璃Na2SiO3制備硅膠

D鐵紅Fe?O3用作油漆和涂料

答案A

解析石英主要用于生產玻璃，也可用于制造光導纖維，晶體硅才用于制作集成

電路板。

3.（2021?試題重組）下列物質轉化正確的是（）

.?.NaOH.?NaOH℃HC1

A.Si------>Se1O2----->NKTa2sle）3------>HTT2sle）3

占燃H?O

B.Si公必SiO2衛幺H2SiO3

C.H2S1O3--&-SiO2吧四）SiC14

炭Cl_2TT_

D.石英砂三一粗硅二-$（143二高純度硅

高溫高溫

答案D

解析硅與氫氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉和氫氣，A錯誤；二氧化硅不溶于水，

且不與水反應，B錯誤；二氧化硅與鹽酸不反應，C錯誤。

4.（2021.肇慶模擬）化學與生活、人類生產、社會發展密切相關，下列有關化學知

識的說法錯誤的是（）

A.高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導纖維，光導纖維遇強堿會“斷路”

B.“中國天眼”的鏡片材料為SiC,屬于新型無機非金屬材料

C.“蛟龍”號潛水器所使用的鈦合金材料具有強度大、密度小、耐腐蝕等特性

D.北斗導航專用ASIC硬件結合國產處理器打造出一顆“中國芯”，其主要成分

為SiCh

答案D

解析A.二氧化硅具有良好的光學特性，光導纖維主要成分為二氧化硅，可與強

堿反應而“斷路”，故A正確；B.SiC屬于共價晶體，熔點高、硬度大，不是傳統

的硅酸鹽材料，是新型無機非金屬材料，故B正確；C.“蛟龍”號潛水器所使用

的鈦合金材料具有強度大、密度小、耐腐蝕等特性，故C正確；D.晶體硅為良好

的半導體，是制造芯片主要材料，二氧化硅不具有此用途，故D錯誤。

5.下列關于SiO2和C02的說法中正確的是（）

A.C02、SiCh對應的含氧酸分別是H2c。3、H2SiO3

B.常溫下，鹽酸、氫氟酸均能與SiO2反應

C.C02是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物

D.C02和SiCh都是由相應的分子構成的

答案A

解析常溫下鹽酸與二氧化硅不反應，B錯誤；二氧化硅也是酸性氧化物，C錯

誤；二氧化硅是共價晶體，所以二氧化硅是由硅原子和氧原子構成的，D錯誤。

6.近年來科學家制造出大量的新物質，對下列三種物質的相關說法錯誤的是（）

石墨烯：從石墨中分離出石墨煥：平面網狀結構的納米碳管：具有優良的場

來，是最薄、最堅硬的納全碳分子，具有優良的化發射性能，制作陰極顯像

米材料學穩定性管、儲氫材料

A.石墨烯具有良好的導電性

B.上述三種物質與金剛石互為同素異形體

C.石墨煥孔徑略大于H2分子的直徑，可作H2的提純薄膜

D.上述三種物質與濃硫酸都能發生反應，但反應產物不同

答案D

解析石墨烯具有良好的導電性，A正確；題述三種物質均為碳的單質，與金

剛石互為同素異形體，B正確；石墨族孔徑大于H2分子的直徑，可以容納H2分

子，則石墨烘是理想的H2提純薄膜，C正確；題述三種物質都是碳的單質，在加

熱條件與濃硫酸都能發生反應，且反應產物相同，D錯誤。

7.（2021.南通模擬）硅及其化合物在日常生活和工業生產中有重要的作用，下列說

法中不正確的是（）

A.SiCh能與HF反應，因此可用HF刻蝕玻璃

B.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠

C.石英是良好的半導體材料，可以制成光電池

D.氮化硅是一種重要的結構陶瓷材料，其化學式為Si3N4

答案C

解析A.氫氟酸與二氧化硅反應生成四氟化硅和水，能夠腐蝕玻璃，用于刻蝕玻

璃，故A正確；B.鹽酸的酸性強于硅酸，所以向NazSiCh溶液中逐滴加入稀鹽酸

制備硅酸凝膠，故B正確；C.晶體硅是良好的半導體材料，可以制成光電池，將

光能直接轉化成電能，而不是二氧化硅，故C錯誤；D.據化合物中正負化合價的

代數和為0的原則，N為一3價，Si為+4價，則氮化硅的化學式為Si3N4,故D

正確。

8.SiO2是一種化工原料，可以制備一系列物質（見下圖）。下列說法中錯誤的是

（）

SiCl,,.H?「Si（單晶硅）

二「（粗硅）俞sei,前LHCI

lc：c?高溫CaO?------------.

IS。產------r|CaSiO3h

督會一一-co21硅酸鹽制品

Na2CO3

—dNazSiOj

A.圖中所涉及反應都不屬于氧化還原反應

B.純凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產業的重要基礎材料

C.用鹽酸可除去石英砂（主要成分為Si02）中少量的碳酸鈣

D.盛放氫氧化鈉溶液的試劑瓶不能用玻璃塞

答案A

解析二氧化硅與碳反應、硅和氯氣反應、四氯化硅和氫氣反應都屬于氧化還原

反應，A錯誤；光導纖維的主要成分是二氧化硅，做半導體芯片的是單晶硅，純

凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產業的重要基礎材料，B正確；SiCh不與鹽酸反

應，鹽酸與碳酸鈣反應生成氯化鈣，可溶于水而除去，C正確；二氧化硅能與氫

氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉和水，使瓶塞和瓶口粘連在一起，所以盛放氫氧化鈉

溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，D正確。

9.科學家最近用金屬鈉還原CC14和SiC14制得一種一維SiC納米棒，相關反應的

化學方程式為8Na+CC14+SiC14=SiC+8NaCl。下列說法不正確的是（）

A.SiC和SiO2中Si元素的化合價相同

B.上述反應中SiC既是氧化產物又是還原產物

C.SiCh制備單質Si、單質Si制備SiC14均涉及氧化還原反應

D.一維SiC納米棒比表面積大，對微小粒子有較強的吸附能力

答案B

解析SiC和SiO2中Si元素的化合價均為+4價，A項正確；SiC是還原產物，

NaCl是氧化產物，B項錯誤；SiO2制備單質Si需加入還原劑，單質Si制備SiC14

需加入氧化劑，C項正確；一維粒子上下表面均能與其他物質接觸，比表面積大，

對微小粒子有較強的吸附能力，D項正確。

10.科技的進步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說法錯誤的是

()

A.CO2是自然界碳循環中的重要物質

B.CO2加氫轉化為乙烯，CO2被還原

C.CO2電催化時，在陽極轉化為燃料

D.CO2與環氧丙烷可合成可降解塑料

答案c

解析含碳燃料燃燒以及動植物呼吸都會產生二氧化碳，植物光合作用消耗二氧

化碳，所以CO2是自然界碳循環中的重要物質，故A正確；CO2加氫轉化為乙烯，

C的化合價降低，CO2得電子，被還原，故B正確；CO2中C為+4價，只能發

生得電子的還原反應，CO2在陰極得電子轉化為燃料，陽極為失電子的氧化反應，

故C錯誤；CO2與環氧丙烷發生加聚反應，可合成可降解塑料，故D正確。

1L光纖通訊是光導纖維傳送信號的一種通迅手段，合成光導纖維及氮化硅(一種

無機涂層)的工藝流程如下：

T氯氣

反

石百I?光導纖箋成應書15ici?

英

應fSiCl”1500^、氫氧焰

砂

I制備

Ifln|$反應N一Si：N,

一表面涂層■A

麗I1400t

NH3

回答下列問題。

(1)反應I的化學方程式為

氧化劑為(填化學式)。

⑵經反應n所得的四氯化硅粗品中所含的物質如下:

組分名稱S1C14SiHChS1H2CI2HC1BChPCI3

質量分數0.5450.4050.0460.00030.001930.00157

沸點/℃57.631.88.2-8512.575.5

圖中“操作X”的名稱為;PC13的電子式為

(3)反應ni和w中尾氣的用途為；反應w的化學方程式為

答案(l)SiO2+2C^^Si+2COtSiO2

：Cl：P：ci:

:ci:

(2)精儲(或蒸儲)

(3)制取鹽酸(或其他合理答案)3SiC14+4NH3=^=^Si3N4+12HC1

高溫

解析⑴反應I是焦炭還原S1O2,化學方程式為SiO2+2C==Si+2COt；氧

化劑是所含元素化合價降低的物質，根據反應方程式可知，二氧化硅中硅的化合

價由+4價一0價，即SiO2是氧化劑。

(2)根據表格數據，除HC1、BCb和SiH2c12常溫下是氣體外，其余為液體，因此

采用精僭(或蒸鐳)的方法得到SiC14,PCI3是共價化合物，最外層都滿足8電子穩

：C1：P：C1:

：C1:

定結構，其電子式為

（3）反應HI中得到的物質為SiO2和HC1,尾氣是HC1,反應IV中發生的反應是3S1C14

+4NH3以絲Csi3N4+12HCL尾氣是HC1,因此尾氣的用途是制備鹽酸。

12.硅是信息技術的關鍵材料，在工業中可利用鎂制取硅：2Mg（過量）+SiO2/=

2MgO+Si,2Mg+Si金=Mg2Si（副反應）。查資料得：

①Mg2Si遇鹽酸迅速反應生成SiH4（硅烷）；②SiH4在常溫下是一種不穩定、易分

解、易自燃的氣體；③Mg在加熱時能與CO2、N2反應。

I.如圖1是實驗室進行Mg與SiCh反應的裝置。

開關A

NaOH溶液

圖2

（1）盛放稀硫酸的裝置為,由于氧氣的存在對該實驗有較大影響,

實驗中應通入氣體X作為保護氣，試管中的固體藥品可選用o（填字母）

a.石灰石b.鋅粒c.純堿

⑵反應結束后，待冷卻至常溫時，往反應后的混合物中加入稀鹽酸。可觀察到閃

亮的火星，產生此現象的原因用化學方程式表示為①；②

n.利用如圖2裝置（量氣管“o”刻度在刻度線的最上方）可測定生成物的純度。

（3）實驗開始前應先。

（4）若反應結束時讀數前未調節量氣裝置兩邊液面高度相平（右邊的液面高于左邊

液面），則會導致實驗結果。（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）

答案I.⑴分液漏斗b（2）①Mg2Si+4HCl=2MgCL+SiH4t②SiH4+

2O2=SiO2+2H2O

n.⑶檢查裝置的氣密性

(4)偏低

解析1.(1)由裝置和儀器可知，盛稀硫酸的儀器是分液漏斗，Mg可以與C02發

生化學反應，Mg與氫氣不能發生反應，因此可用氫氣作為保護氣，選用的藥品

為稀硫酸和鋅粒；(2)Mg2Si遇鹽酸迅速反應生成SiH4(硅烷)，其反應的方程式為

Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4t,SiH4常溫下是一種不穩定、易自燃的氣體，反

應的方程式為SiH4+2O2=SiO2+2H2O,所以往反應后的混合物中加入稀鹽酸,

可觀察到閃亮的火星；n.(3)實驗開始前，應先檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；

(4)讀數前右邊的液面高于左邊液面，則測得V(H2)偏小一”(H2)偏小一機(Si)偏小，

所以測得Si的純度偏低。

[B級熊力提我

13.(2021.信陽模擬)中國科學院空天信息創新研究院藥盛博士等人根據玉兔二號

提供的一個暗綠色閃光的“石塊”信息進行分析，發現石塊主要由約45%的斜長

石(CaAbSi2O8)、7%的輝石(XYAI2—2〃Si2O6)(X、Y為單核離子，0<〃Wl)和6%的

橄欖石(M2SiO4,M為Mg、Fe)組成。下列關于上述“三石”的說法正確的是()

A.含硅元素，屬于硅酸鹽；含金屬元素，屬于金屬材料

B.斜長石可以寫為CaSiO3-A12(SiO3)3的形式

C.若輝石中”=1、Y為V3+時，X可以是Na+或Li+等一價離子

D.橄欖石的氧化物形式一定為MgOFeOSiO2

答案C

解析A.上述三種“石塊”的主要成分斜長石、輝石、橄欖石的主要成分中都含

硅元素，屬于硅酸鹽；盡管含金屬元素，但不屬于金屬材料，A錯；B.硅酸鹽在

用不同形式表示時要遵循質量守恒定律，即各種元素的原子個數比不變，根據化

學式書寫可知該表示中O原子個數與原式子不符合，不能表示斜長石，B錯；C.

若〃=1,則其中不含A1元素，。元素的負化合價為(-2)X6=—12；2個Si為

2X(+4)=+8,所以當〃=1、Y為V3+時，根據化合物中正負化合價代數和為0,

可知X為+1價的金屬，X可以是Na+或Li+等+1價離子，C正確；D.橄欖石屬

于硅酸鹽，可以用鹽的形式表示，也可以用氧化物的形式表示，當用氧化物形式

表示時，若M只表示Mg,則氧化物表示為2MgOSiCh,因此不一定為

MgOFeOSiO2,D錯。

14.（雙選）（2021德州模擬）多晶硅是單質硅的一種形態，是制造硅拋光片、太陽能

電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業制取流程如圖所示。下列

說法錯誤的是（）

LX

|飽和食鹽水呼~Y-|點燃|SiHCl3[^y^a^|

I焦炭+石英聲叫麗烏曼[siHci,+少量si可

粉碎

A.Y、Z分別為H2、C12

I富）日

B.制取粗硅過程可能發生反應：SiO2+3C====SiC+2COt

C.提純SiHCh可采用萃取、分液的方法

D.SiHCh和SiC14形成的晶體均為共價晶體

答案CD

解析A.電解飽和食鹽水得到氫氣、氯氣和氫氧化鈉，其中H2在C12中燃燒，而

局溫

Y具有還原性，所以Y、Z分別為H2、Ch,故A正確；B.SiO2+3C==SiC+

2COt中，C元素的化合價由0升高為+2價,C元素的化合價由0降低為一4價，

符合氧化還原反應規律，可能發生，故B正確；C.三氯硅烷與四氯硅烷沸點不同，

利用沸點的不同提純SiHCh屬于蒸鐳，故C錯誤；D.SiHCh和SiC14都是分子晶

體，故D錯誤。

15.二氯二氫硅（SiH2c12）常用于外延法工藝中重要的硅源。二氯二氫硅易燃、有毒、

與水接觸易水解，沸點為8.2℃o在銅催化作用下，HC1與硅在250?260℃反應

可以制得SiH2c12。

⑴以濃硫酸、濃鹽酸為原料,選用A裝置制取HC1,利用了濃硫酸的

性。

⑵D裝置中生成二氯二氫硅的化學方程式為

（3）按照氣體從左到右的方向制取SiH2c12的裝置（h處用止水夾夾好）連接次序為

a-（）一（）一（）一（）一（）一（）一（）（填儀器接口的字母,

其中裝置C用到2次）。

（4）按從左到右的順序，前面裝置C中裝的藥品為,后面裝置C的作

用為。

（5）反應除生成二氯二氫硅之外，還會生成比和、等。

（6）制取SiH2c12的新方案：往硅粉中先通入C12,在300?350℃反應生成SiCl4

然后SiC14再與HC1在250?260℃反應，可以大大提高產率。如果通入氣體次序

相反，結果會_______________________________________________________

（用化學方程式表示）。

250?260℃

答案（1）吸水（2）Si+2HC1=--------==SiH2c12（3）defgbcd

銅

（4）P2O5或CaC12尾氣處理和防止空氣中的水蒸氣進入B中（5）SiC14SiHCh

（6）SiH2c12+2Cl2=^=SiC14+2HC1（或SiH2cb+Cl2=^=SiHCl3+HC1）

解析（1）濃硫酸有吸水性，使濃鹽酸更易揮發出HC1,（3）A裝置制取HC1,連接

C裝置干燥，從f進入D中反應，SiH2c12從g處揮發出來，在B裝置中收集，

SiH2c12的密度比空氣大，導氣管應長進短出，為防止空氣中的水進入B中，則

應在B后接干燥管。（4）前面的裝置C是用來干燥氯化氫氣體的，應選用P2O5或

CaCl2,后面的裝置C的作用為尾氣處理和防止空氣中的水進入B中，應選堿石

灰。（6）如果通入氣體次序相反，SiH2c12會與C12繼續反應,生成SiC14、SiHCho