第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料【題型1硅酸鹽無(wú)機(jī)硅酸鹽材料】【題型2硅與二氧化硅的用途與轉(zhuǎn)化】【題型3新型陶瓷碳納米材料】【題型1硅酸鹽無(wú)機(jī)硅酸鹽材料】【例1】“高山流水覓知音”。下列中國(guó)古樂器中，主要由硅酸鹽材料制成的是

A．九霄環(huán)佩木古琴B．裴李崗文化骨笛C．商朝后期陶塤D．曾侯乙青銅編鐘A．A B．B C．C D．D【答案】C【詳解】A．九霄環(huán)佩木古琴主要構(gòu)成是木材，動(dòng)物筋制得，A錯(cuò)誤；B．裴李崗文化骨笛由動(dòng)物骨骼構(gòu)成，B錯(cuò)誤；C．商朝后期陶塤屬于陶瓷，由硅酸鹽制成，C正確；D．曾侯乙青銅編鐘主要由合金材料制成，D錯(cuò)誤；故選C?！咀兪?】下列物品或設(shè)施未使用硅酸鹽材料的是A．石英鐘 B．混凝土橋墩 C．陶瓷餐具 D．門窗玻璃【答案】A【詳解】A．石英鐘的石英的主要成分是SiO2，不含硅酸鹽，故A正確；B．混凝土中含有大量的硅酸鹽，故B錯(cuò)誤；C．陶瓷是用含有硅酸鹽的黏土制作而成，故C錯(cuò)誤；D．玻璃的主要成分是SiO2，但制作玻璃時(shí)硅酸鹽也是原料之一，故D錯(cuò)誤；故本題選A?！咀兪?】陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來(lái)自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)【答案】A【分析】陶瓷是以天然粘土以及各種天然礦物為主要原料經(jīng)過粉碎混煉、成型和煅燒制得的材料的各種制品。陶瓷的傳統(tǒng)概念是指所有以黏土等無(wú)機(jī)非金屬礦物為原料的人工工業(yè)產(chǎn)品?！驹斀狻緼項(xiàng)、氧化鐵為棕紅色固體，瓷器的青色不可能來(lái)自氧化鐵，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)、秦兵馬俑是陶制品，陶制品是由粘土或含有粘土的混合物經(jīng)混煉、成形、煅燒而制成的，故B正確；C項(xiàng)、陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物，陶瓷的主要成分是硅酸鹽，與水泥、玻璃等同屬硅酸鹽產(chǎn)品，故C正確；D項(xiàng)、陶瓷的主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)不活潑，具有不與酸或堿反應(yīng)、抗氧化的特點(diǎn)，故D正確。故選A?！军c(diǎn)睛】本題考查物質(zhì)的性質(zhì)，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意化學(xué)與生活的聯(lián)系，把握物質(zhì)性質(zhì)、反應(yīng)與用途為解答的關(guān)鍵。【變式3】2020年，嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器成功登陸月球，對(duì)月巖和月壤的成分進(jìn)行探測(cè)發(fā)現(xiàn)，月巖主要含有輝石[CaMgSi2O6]、斜長(zhǎng)石[KAlSi3O8]和橄欖石[Mg2Fe2Si2O8]等，下列說(shuō)法正確的是A．沙、輝石、斜長(zhǎng)石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦B．月球上游離態(tài)鐵與地球上游離態(tài)鐵的質(zhì)子數(shù)不同C．橄欖石中鐵為+3價(jià)D．輝石的氧化物形式可表示為CaO?MgO?2SiO2【答案】D【詳解】A．沙的成分為二氧化硅、斜長(zhǎng)石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．月球上游離態(tài)鐵與地球上游離態(tài)鐵的質(zhì)子數(shù)相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．化合物中化合價(jià)代數(shù)和為0，硅元素化合價(jià)是+4價(jià)，所以鐵元素化合價(jià)是+5價(jià)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．硅酸鹽的氧化物表示方法：先寫活潑金屬氧化物，然后是不活潑的金屬氧化物，再是非金屬氧化物二氧化硅，最后是水，輝石[CaMgSi2O6]的氧化物形式可表示為：CaO?MgO?8SiO2，選項(xiàng)D正確；答案選D?！咀兪?】硅酸鹽具有特殊的性質(zhì)與應(yīng)用，回答下列問題：（1）硅酸鹽材料是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，下列產(chǎn)品屬于硅酸鹽的是（填序號(hào)）。①玻璃；②陶瓷；③石英玻璃；④硅芯片；⑤光導(dǎo)纖維；⑥水泥；⑦磚瓦（2）在水泥、玻璃的制備時(shí)，都需要的原料是。（3）磷酸鈣陶瓷是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，可用于制造人造骨骼，這是利用了這類材料的___________（填字母）。A．耐高溫的特性 B．電學(xué)特性 C．光學(xué)特性 D．生物功能（4）向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體，現(xiàn)象是，化學(xué)方程式為。（5）我國(guó)成功地發(fā)射了嫦娥一號(hào)探測(cè)衛(wèi)星，對(duì)月球土壤中14種元素的分布及含量進(jìn)行探測(cè)。月球上的主要礦物有輝石[CaMgSi2O6]、斜長(zhǎng)石[KAlSi3O8]和橄欖石[Mg2Fe2SiO6]等，則橄欖石中鐵為價(jià)，斜長(zhǎng)石的氧化物形式可表示為，輝石[CaMgSi2O6]（填“難”或“易”）溶于水?！敬鸢浮浚?）①②⑥⑦（2）碳酸鈣或CaCO3（3）D（4）生成白色沉淀或（5）+2難【詳解】（1）玻璃、陶瓷、水泥、磚瓦的主要成分是硅酸鹽，石英玻璃、光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，硅芯片的是晶體硅。故答案為：①②⑥⑦；（2）制備玻璃的原料是石灰石、純堿、石英砂，制備水泥的原料是石灰石、黏土和其他輔助原料，所以共同的原料是黏土，故答案為：碳酸鈣或CaCO3；（3）“人造骨骼”所以是生物功能的特性。故答案為：D；（4）向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體，生成硅酸沉淀（二氧化碳量不同產(chǎn)物不同）；故答案為：生成白色沉淀；或；（5）橄石中Mg是+2價(jià)，Si是+4價(jià)，0是-2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0可判斷鐵為+2價(jià)，斜長(zhǎng)石的氧化物形式可表示為，輝石是硅酸鈣鹽和硅酸鎂鹽，因此難溶于水；故答案為：+2、、難?！绢}型2硅與二氧化硅的用途與轉(zhuǎn)化】【例2】2023年《自然》刊載了我國(guó)科研人員研發(fā)的一種薄如紙、可彎曲折疊的太陽(yáng)能電池的研究成果。下列物質(zhì)用于制作太陽(yáng)能電池的是A．二氧化硅 B．碳化硅 C．硅酸鈉 D．硅單質(zhì)【答案】D【詳解】A．二氧化硅可用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維，A不符合題意；B．碳化硅可用于生產(chǎn)砂輪、砂紙等，B不符合題意；C．硅酸鈉可用于生產(chǎn)水泥、黏合劑等，C不符合題意；D．硅單質(zhì)可用于生產(chǎn)半導(dǎo)體材料、太陽(yáng)能電池等，D符合題意；故選D?！咀兪?】我國(guó)努力發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)科技自立自強(qiáng)。制造芯片所用的單晶硅屬于A．單質(zhì) B．鹽 C．氧化物 D．混合物【答案】A【詳解】硅是最常見應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料，當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格排列成晶核，其晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，形成單晶硅。因此單晶硅屬于單質(zhì)。故答案為：A。【變式2】如圖為世界上最小的房子，是由法國(guó)貝一研究所團(tuán)隊(duì)用二氧化硅建造的長(zhǎng)20微米的房子。該房子在下列某種溶液中會(huì)快速消失，該溶液是A．酸性高錳酸鉀溶液 B．濃硝酸C．氨水 D．氫氟酸【答案】D【詳解】SiO2與酸性高錳酸鉀溶液、濃硝酸和氨水均不反應(yīng)，SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，故可以用氫氟酸溶液溶解該房子，故答案為：D?！咀兪?】工業(yè)上以石英砂（SiO2）為原料制取單質(zhì)硅，其工藝流程如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A．①②③均屬于氧化還原反應(yīng)B．石英砂和C高溫條件下還可以生成金剛砂（SiC）和CO，該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：2C．二氧化硅為良好的半導(dǎo)體材料，可用于制造芯片D．石灰石、純堿、石英砂是生產(chǎn)玻璃的原料，玻璃是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料【答案】A【分析】石英砂與碳在高溫條件下反應(yīng)生成粗硅和CO，粗硅與氯氣在加熱條件下反應(yīng)生成四氯化硅，四氯化硅與氫氣在高溫條件下反應(yīng)生成純硅和氯化氫；【詳解】A．①中碳、硅元素化合價(jià)發(fā)生變化，②中硅、氯元素化合價(jià)發(fā)生變化，③中硅、氫元素化合價(jià)發(fā)生變化，均屬于氧化還原反應(yīng)，選項(xiàng)A正確；B．石英砂和C高溫條件下還可以生成金剛砂（SiC）和CO，則反應(yīng)為，該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物CO和還原產(chǎn)物SiC的物質(zhì)的量之比為2：1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間是良好的半導(dǎo)體材料，所以晶體硅可以用于制造計(jì)算機(jī)芯片和太陽(yáng)能電池，而不是二氧化硅，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．石灰石、純堿、石英砂是生產(chǎn)玻璃的原料，玻璃是一種傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；答案選A?！咀兪?】中國(guó)高鐵對(duì)實(shí)現(xiàn)“一帶一路”的戰(zhàn)略構(gòu)想有重要的作用。（1）建設(shè)高鐵軌道需要大量的水泥，生產(chǎn)水泥的主要原材料是。（2）高鐵上的信息傳輸系統(tǒng)使用了光導(dǎo)纖維，其主要成分是；乘務(wù)員使用的無(wú)線通話機(jī)的芯片材料所含元素在元素周期中的位置。（3）高鐵上安裝有許多玻璃，氫氟酸可以處理玻璃表面的微裂紋，氫氟酸與玻璃中的二氧化硅反應(yīng)的化學(xué)方程式。（4）高鐵上的衛(wèi)生間沒有任何異味，是由于所使用的馬桶、地漏和洗手盆下水口都是納米硅膠的高科技產(chǎn)品，向硅酸鈉溶液中加入稀鹽酸可產(chǎn)生硅酸膠體，該反應(yīng)的離子方程式?！敬鸢浮浚?）黏土和石灰石（2）SiO2第三周期ⅣA族（3）4HF+SiO2=SiF4+2H2O（4）2H++SiO=H2SiO3（膠體）【詳解】（1）工業(yè)上生產(chǎn)水泥的主要原材料是黏土和石灰石，故答案為：黏土和石灰石；（2）光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅；芯片的主要成分為二氧化硅，硅元素的原子序數(shù)為14，位于元素周期表第三周期ⅣA族，故答案為：SiO2；第三周期ⅣA族；（3）氫氟酸與玻璃中的二氧化硅的反應(yīng)為二氧化硅與氫氟酸溶液反應(yīng)生成四氟化硅和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4HF+SiO2=SiF4+2H2O，故答案為：4HF+SiO2=SiF4+2H2O；（4）向硅酸鈉溶液中加入稀鹽酸發(fā)生的反應(yīng)為硅酸鈉溶液與稀鹽酸反應(yīng)硅酸膠體和氯化鈉，反應(yīng)的離子方程式為2H++SiO=H2SiO3（膠體），故答案為：2H++SiO=H2SiO3（膠體）；【變式5】無(wú)機(jī)非金屬材料與人類社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步息息相關(guān)，硅元素更是無(wú)機(jī)非金屬材料的主角，地殼質(zhì)量的90%以上是二氧化硅和硅酸鹽?；卮鹣铝袉栴}：（1）燒制普通玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂，它們?cè)诓ＡЦG中發(fā)生化學(xué)變化生成CaSiO3和Na2SiO3的化學(xué)方程式為、。（2）工業(yè)上可利用水玻璃和鹽酸反應(yīng)制備硅酸凝膠后，進(jìn)一步脫水處理可得到硅膠，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證水玻璃與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生少量硅酸時(shí)，形成的分散系屬于膠體：（寫出實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和結(jié)論）。（3）制備陶瓷和普通水泥都需要以黏土為原料，黏土的主要成分是鋁硅酸鹽。某種黏土的主要成分為Al2Si2O5（OH）4，將其表示為氧化物的形式為aAl2O3·bSiO2·cH2O，則a：b：c=。（4）高純度單晶硅可以按下列方法制備：SiO2Si（粗）SiHCl3高純度單晶硅①寫出SiO2轉(zhuǎn)化為Si（粗）的化學(xué)方程式：。②SiHCl3被H2還原為Si（純）的基本反應(yīng)類型為。③寫出高純度單晶硅在信息技術(shù)或新能源技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用：（任寫一種）。（5）SiO2屬于氧化物，試用任一離子方程式說(shuō)明。（6）向鹽酸中逐滴滴加制得的硅酸鈉溶液，當(dāng)pH達(dá)到6~7時(shí)得到一種乳白色、半透明的分散系，其分散質(zhì)為粒徑在5~100nm的SiO2·nH2O粒子。該分散系屬于（選填“溶液”“濁液”或“膠體”），可以通過來(lái)鑒別。（7）硅酸鹽材料是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，下列產(chǎn)品不屬于硅酸鹽的是（填序號(hào)）。①玻璃②石英玻璃③陶瓷④硅芯片⑤磚瓦⑥水泥⑦光導(dǎo)纖維（8）0.1mol與0.05mol在高溫下充分反應(yīng)，可生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體L?！敬鸢浮浚?）Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑（2）取一定量待測(cè)液于燒杯中，將燒杯置于暗處，用激光筆照射，液體中出現(xiàn)一條光亮的通路，證明此時(shí)的分散系屬于膠體（3）1：2：2（4）SiO2+2C2CO↑+Si置換反應(yīng)芯片或太陽(yáng)能電池（5）酸性（6）膠體丁達(dá)爾效應(yīng)（7）②④⑦（8）11.2【詳解】（1）燒制普通玻璃的原料是純堿（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）和石英砂（SiO2），它們?cè)诓ＡЦG中發(fā)生化學(xué)變化生成CaSiO3和Na2SiO3的化學(xué)方程式為：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑；（2）可以用丁達(dá)爾效應(yīng)來(lái)鑒別膠體，實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和結(jié)論為：取一定量待測(cè)液于燒杯中，將燒杯置于暗處，用激光筆照射，液體中出現(xiàn)一條光亮的通路，證明此時(shí)的分散系屬于膠體；（3）某種黏土的主要成分為Al2Si2O5（OH）4，將其表示為氧化物的形式為Al2O3·2SiO2·2H2O，則a：b：c=1：2：2；（4）①SiO2和C單質(zhì)反應(yīng)生成Si（粗），化學(xué)方程式為：SiO2+2C2CO↑+Si；②SiHCl3被H2還原為Si（純）的方程式為：SiHCl3+H2Si+3HCl，該反應(yīng)屬于置換反應(yīng)；③高純度單晶硅在信息技術(shù)或新能源技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用：芯片或太陽(yáng)能電池。（5）二氧化硅能與堿反應(yīng)生成鹽和水，因此它屬于酸性氧化物，離子方程式為；（6）分散質(zhì)為粒徑在5~100nm的SiO2·nH2O粒子形成的分散系為膠體，可以用丁達(dá)爾效應(yīng)鑒別；（7）玻璃、陶瓷、水泥、磚瓦主要成分為硅酸鹽；石英玻璃、光導(dǎo)纖維主要成分為二氧化硅；硅芯片主要成分為硅，則不屬于硅酸鹽的是②④⑦；（8）碳酸鈣與二氧化硅高溫下反應(yīng)生成硅酸鈣和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑，則0.1mol碳酸鈣與0.05mol二氧化硅反應(yīng)時(shí)，碳酸鈣過量，0.05mol二氧化硅反應(yīng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳的體積為0.05mol×22.4L/mol=1.12L；【題型3新型陶瓷碳納米材料】【例3】近年來(lái)，具有特殊性質(zhì)的新型無(wú)機(jī)非金屬材料迅速發(fā)展，下列有關(guān)新型無(wú)機(jī)非金屬材料的敘述不正確的是A．氮化硅陶瓷是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其化學(xué)式為Si3N4B．利用二氧化硅的半導(dǎo)體性能，可以制成太陽(yáng)能電池C．碳化硅的硬度大、熔點(diǎn)高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承D．富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料【答案】B【詳解】A．氮化硅陶瓷是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其化學(xué)式為Si3N4，A正確；B．利用硅的半導(dǎo)體性能，可以制成太陽(yáng)能電池，B錯(cuò)誤；C．碳化硅硬度大、熔點(diǎn)高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承，C正確；D．富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料，D正確；故答案選B?！咀兪?】下列材料中屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是A．聚氯乙烯塑料B．儲(chǔ)氫合金 C．碳納米管 D．玻璃【答案】C【詳解】A．聚氯乙烯塑料是塑料的一種，屬于合成有機(jī)高分子材料，A錯(cuò)誤；B．儲(chǔ)氫合金是合金，不是無(wú)機(jī)非金屬材料，B錯(cuò)誤；C．碳納米管屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料，C正確；D．玻璃是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，D錯(cuò)誤；故選C。【變式2】下列物質(zhì)中，不屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是A．普通玻璃 B．碳化硅陶瓷 C．二氧化硅 D．碳納米管【答案】A【詳解】A．普通玻璃屬于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，A符合題意；B．碳化硅陶瓷是新型無(wú)機(jī)非金屬材料，B不符合題意；C．二氧化硅是新型無(wú)機(jī)非金屬材料，C不符合題意；D．碳納米管是新型無(wú)機(jī)非金屬材料，D不符合題意；故選A。【變式3】新型碳化硅（SiC）增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料助力“天問一號(hào)”成功探火，首次在火星上留下了中國(guó)印跡?。?）列舉一個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)說(shuō)明C和Si的非金屬性強(qiáng)弱（2）該材料不具有的性質(zhì)是___________。A．耐高溫 B．密度大 C．耐腐蝕 D．抗磨損（3）你認(rèn)為采集火星表面的巖石樣品時(shí)，可用作鉆頭的材料是___________。A．鈉單質(zhì) B．NaCl晶體 C．蔗糖 D．金剛石【答案】（1）H2SiO3的酸性比H2CO3弱，說(shuō)明Si的非金屬性比C弱（2）B（3）D【詳解】（1）非金屬性強(qiáng)弱可通過比較最高價(jià)氧化物的水化物的酸性強(qiáng)弱比較，H2SiO3的酸性比H2CO3弱，說(shuō)明Si的非金屬性比C弱；（2）由碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（其組成可表示為SiC/Al）應(yīng)用于“天問一號(hào)”航空領(lǐng)域，該材料應(yīng)該具備的特點(diǎn)是：耐高溫、耐腐蝕、抗磨損等，但由于從地球向太空發(fā)射時(shí)需克服地磁場(chǎng)強(qiáng)大的吸引作用，因此應(yīng)該具有密度小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，若材料的密度大，發(fā)射時(shí)就需消耗更高的能量，增大發(fā)射火箭的體積，無(wú)形會(huì)增加發(fā)射難度，故答案應(yīng)選B。（3）作鉆頭的材料應(yīng)具有高硬度，結(jié)合選項(xiàng)可知金剛石符合要求，故選D?！咀兪?】氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)