第四章非金屬及其化合物第15講無機非金屬材料課標解讀1.了解硅和二氧化硅的性質及用途，了解高純硅的制備。2．了解硅酸鹽材料和新型無機非金屬材料的性質及用途。3．能說明無機非金屬材料的應用對社會發展的價值。考點2提能訓練練案[15]考點1考點1硅和二氧化硅知識梳理1．硅單質的性質和用途[微點歸納]

硅在地殼中的含量占第二位，僅次于氧，是一種親氧元素，單質硅有晶體和無定形兩種。2．高純硅的制備工業上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅，原理圖示如下：3．二氧化硅[微點歸納]

光導纖維不導電，用來傳輸光信號。自主小練1．易錯辨析：正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)硅的性質不活潑，故自然界中存在游離態的硅元素。(

)(3)將SO2通入Na2SiO3溶液，產生膠狀沉淀，則酸性H2SO3>H2SiO3。(

)(4)石英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。(

)[提示]

硅可用于制光電池。×√√×(5)SiO2能與HF反應，因此可用氫氟酸刻蝕玻璃。(

)[提示]

氫氟酸可用于刻蝕玻璃。[提示]

應生成CO。(7)Si可用于制造太陽能電池，SiO2可用于制造光導纖維。(

)(8)玻璃中的SiO2能與NaOH溶液反應，故常用NaOH溶液刻蝕玻璃生產雕花玻璃。(

)√×√×(9)將CO2通入Na2SiO3溶液中，產生白色膠狀H2SiO3沉淀，則酸性：H2CO3>H2SiO3。(

)[提示]

硅酸鈉溶液中通入二氧化碳產生的白色沉淀為硅酸，根據強酸制弱酸，說明碳酸的酸性比硅酸強。(11)因為SiO2熔點高、硬度大，所以可用于制光導纖維。(

)[提示]

SiO2熔點高、硬度大，SiO2可用于制光導纖維均正確，但無因果關系。√××(12)因為HF與SiO2反應，故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標記。(

)[提示]

SiO2只與酸中的HF反應。(13)SiO2既能與NaOH溶液反應，又能與氫氟酸反應，因此SiO2是兩性氧化物。(

)(14)SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿(NaOH)，不溶于任何酸。(

)[提示]

SiO2能溶于氫氟酸。√××(15)二氧化硅溶于水可制備硅酸。(

)[提示]

SiO2難溶于水。(16)SiO2可與氫氟酸反應，所以氫氟酸不能保存在玻璃瓶中。(

)×√2．(1)從元素周期表的位置看，碳和硅均為ⅣA族元素，自然界中有碳的多種單質存在，自然界中有硅的單質嗎？為什么？[提示]

沒有。因為硅有很強的親氧性，在地殼形成時硅與氧易結合，難分離，因此硅在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽形式存在。(2)從元素周期表的位置看，硅的還原性比碳強，但碳能與SiO2反應制取Si，試從化學平衡的角度認識該反應發生的原因。(3)實驗室中要熔化燒堿固體，現有三種坩堝：石英坩堝、陶瓷坩堝及鐵坩堝。你認為選哪一種？[提示]

選擇鐵坩堝。鐵不與燒堿反應，而石英坩堝、陶瓷坩堝中都含有SiO2，能與NaOH反應使得坩堝受損。[提示]

不能。該反應是在高溫下進行，產物中CO2為氣體，生成后脫離反應體系，使反應能向右進行到底。(2024·河北衡水高三檢測)下列關于硅及其化合物的敘述錯誤的是(

)A．硅是良好的半導體材料B．二氧化硅屬于酸性氧化物C．硅酸的酸性比碳酸的酸性弱D．常溫下，硅的化學性質不活潑，不與任何物質反應微考點1硅及其化合物的性質和應用D[解析]

硅是良好的半導體材料，故A正確；二氧化硅能與強堿反應生成鹽和水，是酸性氧化物，故B正確；非金屬性：Si<C，硅酸的酸性比碳酸弱，故C正確；常溫下，硅的化學性質不活潑，但硅可與氫氧化鈉溶液和氫氟酸反應，故D錯誤。【對點訓練】(2024·云南昆明模擬)如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法或離子方程式正確的是(

)D1．(2024·河北邢臺名校聯盟聯考)高純度晶硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導體”材料。它的發現和使用曾引起計算機的一場“革命”。可以按下列方法制備：微考點2高純硅的工業制備流程及分析下列說法不正確的是(

)B．步驟①中每生成1molSi，轉移4mol電子C．高純硅是制造太陽能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導纖維的基本原料D．SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點57.6℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3A2．(2024·山東青島高三檢測)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芯片的主要原料。已知第三代工業制取多晶硅流程如圖所示：下列說法錯誤的是(

)A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅的過程中焦炭與石英會發生副反應生成碳化硅和一氧化碳，在該副反應中，氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶1C．SiHCl3極易水解，其完全水解的產物為H2SiO3、H2、HCl，據此推測SiHCl3中硅元素的化合價為＋4D．Y與SiHCl3制備多晶硅的反應屬于置換反應B[易錯警示]制備高純硅過程中的3個易錯點【對點訓練】1．(2024·河北衡水高三檢測)“中國芯”的發展離不開高純單晶硅。從石英砂(主要成分為SiO2)制取高純硅涉及的主要反應用流程表示如下：下列說法不正確的是(

)A．反應①中氧化劑和還原劑的物質的量之比為1∶2B．流程中HCl和H2可以循環利用C．反應①②③均為置換反應D．由②③反應推測，③為放熱反應D[解析]

①中SiO2與C反應生成Si和CO，氧化劑是SiO2，還原劑是C，根據得失電子守恒可知，SiO2和C的物質的量之比為1∶2，A正確；②中消耗HCl生成H2，③中消耗H2生成HCl，故流程中HCl和H2可以循環利用，B正確；反應①②③均符合“單質＋化合物―→新單質＋新化合物”，故屬于置換反應，C正確；反應③在1100℃下，SiHCl3與H2生成高純硅和HCl，應為吸熱反應，D錯誤。2．(2024·陜西西安模擬)高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域，工業上制備高純硅的一種工藝流程如圖所示，下列說法正確的是(

)A．硅在自然界中主要以單質形式存在C．硅位于元素周期表中第二周期第ⅣA族D．晶體硅具有金屬光澤，可以導電，屬于金屬材料B考點2無機非金屬材料知識梳理1．硅酸鹽材料

硅酸鹽材料大都是混合物(1)常見硅酸鹽材料比較硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷生產原料________________________________________黏______主要設備________________________陶瓷窯石灰石、黏土純堿、石灰石和石英砂土水泥回轉窯玻璃窯硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2硅酸鹽生產條件高溫(2)主要用途陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也廣泛應用于生活中。(2)玻璃中含有二氧化硅，因此氫氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氫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，但不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶。(4)硅酸鹽組成的表示方法通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成。①氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。②各元素的化合價保持不變，且滿足正負化合價代數和為零，各元素原子個數比符合原來的組成。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。③氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其結構，切不可認為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。(5)硅酸鹽大多難溶于水，常見的可溶性硅酸鹽是硅酸鈉，Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，與玻璃成分不同，水玻璃又稱泡花堿，但它卻是鹽溶液，而不是堿溶液。2．新型陶瓷的種類與用途材料類型主要特性示例用途高溫結構陶瓷耐高溫、抗氧化、耐磨蝕碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等燒結而成可用于火箭發動機、汽車發動機、高溫電極材料等壓電陶瓷能實現機械能與電能的相互轉化鈦酸鹽、鋯酸鹽可用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器、點火器等材料類型主要特性示例用途透明陶瓷優異的光學性能，耐高溫，絕緣性好氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氟化鈣可用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零—可用于電力、交通、醫療等領域3.碳納米材料(1)碳納米材料是一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等。(2)三類碳納米材料的比較納米材料結構特點主要性能重要應用富勒烯由__________構成的一系列________分子的總稱，C60是富勒烯的代表物—開啟碳納米材料研究和應用的新時代碳原子籠形納米材料結構特點主要性能重要應用碳納米管由________片卷成的管狀物，具有________尺度的直徑比表面積______，有相當高的強度和優良的________性能可用于生產復合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個__________直徑厚度的單層石墨電阻率______、熱導率______，具有很高的強度可用于生產光電器件、超級電容器、電池和復合材料等石墨納米大電學碳原子低高自主小練1．易錯辨析：正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)工業生產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)氮化硅陶瓷和氮化鋁陶瓷均為新型無機非金屬材料。(

)[提示]

二者均為新型無機非金屬材料。(3)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、瑪瑙都屬于硅酸鹽工業產品。(

)[提示]

水晶和瑪瑙主要成分是SiO2，不屬于硅酸鹽工業產品。√√×(4)玻璃是一種晶體，有較高的熔點。(

)[提示]

玻璃是一種非晶體，沒有固定熔點。(5)碳化硅(SiC)的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承。(

)(6)光導纖維是一種新型無機非金屬材料，其主要成分為SiO2。(

)×√√2．(2024·廣東東莞模擬)白炭黑(可用SiO2·nH2O表示其組成)廣泛應用于日用化工、橡膠制品、電子工業等許多領域。以硅酸鈉和二氧化碳為原料制備白炭黑的工藝流程如下：[提示]

硅酸鈉水溶液能黏合玻璃塞與玻璃瓶內頸，故不能用帶玻璃塞的試劑瓶盛裝，A項錯誤。A3．(2024·山東濱州高三檢測)下列關于硅酸鹽及新型無機非金屬材料的說法正確的是(

)A．漢代燒制出“明如鏡、聲如磬”的瓷器，其主要原料為黏土B．SiO2具有導電性且硬度大，所以可用于制作光導纖維和光電池C．傳統無機非金屬材料是指光導纖維、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料D．新型無機非金屬材料雖然克服了傳統無機非金屬材料的缺點，但強度比較差A[提示]

工業上以黏土為原料燒制瓷器，A正確；二氧化硅對光具有良好的全反射作用，故用于制作光導纖維，而Si為半導體材料，可作光電池材料，B錯誤；光導纖維是新型無機非金屬材料，C錯誤；新型無機非金屬材料具有高強度，D錯誤。1．(2024·河北衡水高三檢測)“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法正確的是(

)A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質穩定、熔點較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽微考點1傳統硅酸鹽材料及性能C[解析]

陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A錯誤；純堿、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錯誤；硅酸鹽制品性質穩定、熔點高，C正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D錯誤。2．(2024·河北邢臺模擬)文物是傳承文化的重要載體，下列主要成分不是硅酸鹽的文物是(

)[解析]

簡牘主要成分為纖維素，纖維素為有機高分子化合物，不是硅酸鹽，故A正確；陶彩繪女舞俑的主要成分為硅酸鹽，故B錯誤；霽紅釉瓷碗，材料為陶瓷，陶器主要成分為硅酸鹽，故C錯誤；梅瓶成分為陶瓷，陶瓷成分為硅酸鹽，故D錯誤。A【對點訓練】1．(2024·山東濰坊高三檢測)《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無砂黏土而為之”“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．黏土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料B．“燃薪舉火”使黏土發生復雜的物理化學變化C．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽D．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦C[解析]

制作磚瓦和陶瓷的主要原料是黏土，故A正確；黏土的主要成分為硅酸鹽，灼燒使黏土發生復雜的物理化學變化，故B正確；沙子的主要成分是二氧化硅，黏土的主要成分為硅酸鹽，故C錯誤；澆水轉釉(主要為青色)，與造磚同法，所以燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦，故D正確。2．(2024·湖南益陽模擬)下列實驗儀器的主要成分不是硅酸鹽材質的是(

)A．試管 B.酒精燈C．瓷坩堝 D.硬質石英管[解析]

試管材質為玻璃，屬于硅酸鹽材料，故A不選；酒精燈材質為玻璃，屬于硅酸鹽材料，故B不選；瓷坩堝材料為陶瓷，屬于硅酸鹽材料，故C不選；石英管材質為二氧化硅，二氧化硅為氧化物，不是硅酸鹽，不屬于硅酸鹽材料，故D選。D3．(2024·河北衡水高三檢測)青石棉是一種致癌物質，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一，其化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產物只有NO，下列說法不正確的是(

)A．青石棉是一種硅酸鹽產品B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉與足量稀硝酸反應，只能使1molHNO3被還原B[解析]

硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產品；雖然青石棉可用氧化物形式來表示，但不代表含有一定量的石英晶體；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反應時，失去3mol電子，而還原產物只有NO，故只能使1molHNO3被還原。1．(2024·湖南新高考聯盟聯考)科技發展改變生活，近幾年我國人工智能、航空航天、量子通信、生命科學大放異彩。下列說法不正確的是(

)A．“神舟”飛船航天員所使用的操縱桿采用碳纖維材料制作，碳纖維屬于新型無機非金屬材料B．清華大學打造的世界首款異構融合類腦芯片——天機芯的主要材料與光導纖維的不同C．“長征五號遙五”運載火箭中使用的氮化鋁陶瓷屬于新型硅酸鹽材料D．量子通信材料螺旋碳納米管與石墨烯互為同素異形體微考點2新型無機非金屬材料的性能及應用C[解析]

碳纖維是指含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維，碳纖維材料屬于新型無機非金屬材料，A正確；清華大學打造的世界首款異構融合類腦芯片——天機芯的主要材料是Si，光導纖維的主要材料為SiO2，B正確；氮化鋁陶瓷具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點，屬于新型無機非金屬材料，但不是硅酸鹽材料，C錯誤；量子通信材料螺旋碳納米管為碳單質，石墨烯也為碳單質，兩者是同種元素的不同單質，兩者互為同素異形體，D正確。2．(2024·湖南永州模擬)碳納米管是由石墨烯卷曲成的單層或多層的直徑為2～20nm的中空管狀結構。下列說法不正確的是(

)A．碳納米管是一種膠體B．石墨烯卷成管狀結構發生了化學變化C．石墨烯和碳納米管互為同素異形體D．根據碳納米管的形狀可推測它可以用作催化劑的載體A[解析]

膠體是分散系，是混合物，而碳納米管是純凈物，不是分散系，故不是膠體，故A錯誤；石墨烯和碳納米管是碳元素的兩種不同的單質，石墨烯卷成管狀結構變為碳納米管發生了化學變化，故B正確；石墨烯和碳納米管是碳元素的兩種不同的單質，兩者互為同素異形體，故C正確；碳納米管有較大的表面積，可以用作催化劑的載體，故D正確。【對點訓練】1．(2024·山東青島高三檢測)宋代五大名窯分別為：鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“入窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關于陶瓷的說法不正確的是(

)A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料C．高品質的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物D．陶瓷屬于硅酸鹽材料，耐酸堿腐蝕，但是不能用來盛裝氫氟酸C[解析]

不同的金屬氧化物顏色可能不同，在高溫下，釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化稱為窯變，A正確；氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料，B正確；瓷器主要是由黏土燒結而成，瓷器中含有多種硅酸鹽和二氧化硅，是混合物，C錯誤；HF能與二氧化硅反應，陶瓷的成分是硅酸鹽和二氧化硅，故陶瓷不能用來盛裝氫氟酸，D正確。2．(2024·河北衡水高三檢測)作為信息通信技術，5G在傳輸執行過程中離不開芯片的支撐。下列說法正確的是(

)A．水晶和陶瓷都是硅酸鹽制品B．CPU半導體芯片與光導纖維是同種材料C．高純硅、碳化硅(SiC)屬于新型無機非金屬材料C[易錯警示]有關無機非金屬材料的4個易錯點命

題

分

析高考對本講內容的考查主要體現在以下三個方面：(1)結合STSE，以能源、溫室效應等為背景，考查碳、硅及其重要化合物的性質、用途；(2)結合無機化工工藝流程，考查二氧化硅或硅酸鹽的性質。(3)結合化學反應原理，考查傳統硅酸鹽材料及新型無機非金屬材料的應用。真

題

演

練1．(2023·湖北卷，3,3分)工業制備高純硅的主要過程如下：B．1molSi含Si—Si鍵的數目約為4×6.02×1023C．原料氣HCl和H2應充分去除水和氧氣D．生成SiHCl3的反應為熵減過程B2．(2022·河北卷)定窯是宋代五大名窯之一，其生產的白瓷聞名于世。下列說法正確的是(

)A．傳統陶瓷是典型的絕緣材料B．陶瓷主要成分為SiO2和MgOC．陶瓷燒制的過程為物理變化D．白瓷的白色是因鐵含量較高[解析]

陶瓷是良好的絕緣體，可作為高壓輸電線路所使用的絕緣材料，A正確；陶瓷的主要成分為硅酸鹽而不是SiO2和MgO，B錯誤；黏土是制