高中化學(xué)同步講義必修第二冊：無機(jī)非金屬材料（精講）（原卷版）

5.3無機(jī)非金屬材料（精講）

思維導(dǎo)圖

晶體硅是一種帶有金屬光澤的灰黑色固體，晶體硅熔點(diǎn)高、硬度

物理大、有脆性，導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料

性質(zhì)

①與。2反應(yīng)：Si+O2一SiO2

②與C國反應(yīng)：Si+2cbSiCU

與非金屬單質(zhì)反應(yīng)

③與C鳳g：S1+C三區(qū)SIC

化

學(xué)④與氟氣反應(yīng)：Si+2F2===SiF4

一

性

與氫氟酸反應(yīng)：Si+4HF==SiT-+2H-

質(zhì)42

與NaO噓液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O==Na2SiOj+2H2'

R1①單質(zhì)硅常用二氯化硅來制取，主要分為兩個(gè)階段

①用碳還原二氧化硅制備粗硅SiO2+2C=§^Si(fl)+2CO:

②將粗珪先與氯氣反應(yīng)，其產(chǎn)物用氫

Si(fi)+2ChSiCh,SiCLi+2H#絲⑶(純)+4HCl

氣還原制備純珪

②工業(yè)制備商飩硅的原理

工業(yè)制備再繪墓的原理示意圖涉及的主委化學(xué)反應(yīng)

|石英砂1IIIMH機(jī)硅產(chǎn)

制XjSiHCl,沖

OSiO^ZC18。。*。％+2COT

備

|焦炭

@Si+3HC磔馬iHCb+H：

HCI一

?SiHCb+HJ馴USi+3HC1

1%L

1

結(jié)晶型_水晶、瑪瑙

r-存在形式無定型沙子、石英

硬度大、熔沸點(diǎn)高、常溫下為固體、不溶于水

物理性質(zhì)

。表示硅

?表示氧嵐(■

①二氧化硅晶體是原子晶體，是由硅原子和氧原子構(gòu)成的

-結(jié)構(gòu)

②二氧化硅晶體中硅原子和氧原于的個(gè)數(shù)比為1:2

氧

①SiOz與NaO端液反應(yīng)：SiO+2NaOH===NaSiOj+H0

化222

酸性氧化物的通性J習(xí)，

硅I②S16與俅性氧化物反應(yīng)：SKh+CaO速叁CaSQ

化

學(xué)

弱氧化性SiO:+2C=^^Si+2COt

性

質(zhì)

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

與氫獺(HF)反應(yīng)-------

用氫氟酸刻蝕玻璃

①沙子是基本的建筑材料

②純凈的SiCh是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本原料，可以制作光導(dǎo)纖維

?石英和瑪瑙制作飾物和工藝品④實(shí)驗(yàn)室中使用石英玷埸

⑤8102用于制備硅⑥SiOz用于制造各種玻璃制品

用途

2

白色膠狀沉淀

物理性質(zhì)

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變紅色

化學(xué):不穩(wěn)定性HzSiO.SiOz+H?。

性質(zhì)與堿溶液反應(yīng)H2SiO3+2NaOH===Na2SiOJ+2H2O

實(shí)驗(yàn)室常用可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制取硅酸

在試管中加入3、5mL、316溶液（飽和、a:SQ>溶液按1:2或1:3的體枳比用

實(shí)艙遼在水稀暮），滴入12滴的歆芾液，再用膠頭消管逐清加入稀鹽酸，邊加邊提箔，

至溶液紅色變淺并接近消失時(shí)停止.靜置.仔細(xì)觀察變化過程及其現(xiàn)象

?

制（-酚歆溶液

實(shí)總續(xù)作

備0!I滴

國-NaQiO將液JNgO擠液

實(shí)驗(yàn)蛻象溶液變?yōu)榧t色溶液由紅色變?yōu)闊o色，有白色膠狀沉淀物生成

實(shí)驗(yàn)結(jié)論、■:SKh溶液呈減性硅酸為不溶于水的白色固體

化學(xué)方衽式XI:SJOJ+2HdH：SK）K膠南+2N?CI

物質(zhì)

HCOHSiOj

比較項(xiàng)目:32

酸性

均為弱酸,且酸性：H：CO?>H2SiOJ

水溶性能溶于水難溶于水

常溫下易分睇生成co?和

樽定性

受熱易分解生成SiO：和H；O

HzO

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

）：（膠體）

轉(zhuǎn)化關(guān)系Na2SiO3+COX>'±+H:O=Na:CO3+HSiOj

H2CO3Na⑸03+2H:0+2cOX過量）-H:SiO4膠體）+2、aHCO3

H2SiO3

3

元素組成一般含有硅、氧元素

4

①碳化硅(SiC)：俗稱金剛砂，暖原子和硅原子通過共價(jià)鍵連接，具有類似金剛石的

結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。隈化硅還耐高溫，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)

材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等

②高溫結(jié)構(gòu)陶姿：高溫結(jié)構(gòu)陶姿一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫

下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適

應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)和高溫電極材料等

新③壓電陶餐：壓電陶姿主要有鈦酸鹽和錯酸鹽等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)

型化?？捎糜谟筒ㄆ?、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等

陶

④透明陶睿：透明陶窘主要有氧化鋁、氧化鋁等氧化物透明陶聾和氮化鋁、氟化鈣

聾等非氧化物透明陶姿，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好?？捎糜诟邏衡c

燈、激光器和高溫探測器等

⑤超導(dǎo)陶窘：超導(dǎo)陶鴛在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，可用于電力、交

通、醫(yī)療等領(lǐng)域

結(jié)構(gòu)掙點(diǎn)應(yīng)用

由球原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總代表物CM開啟碳納米材料研究和應(yīng)用的新

富勒件

稱時(shí)代

由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺

或妁米管用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等

度的直徑

應(yīng)用于光電器件、超級電容器、電池和復(fù)合

碳納石星煒只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨

材料等

米材

料

常見考點(diǎn)

考點(diǎn)一硅

考點(diǎn)二二氧化硅

考點(diǎn)三硝酸

無機(jī)非金屬材料

考點(diǎn)四睢及硅化合物的綜合運(yùn)用

考點(diǎn)五廢酸鹽材料及無機(jī)非金屬材料

考點(diǎn)一硅

5

【例1-1］（2022?全國?高一專題練習(xí)）下列關(guān)于硅的說法不正確的是

A.硅在地殼中的含量僅次于氧

B.硅在自然界中既有化合態(tài)，又有游離態(tài)

C.高純度的硅可用于制造計(jì)算機(jī)芯片

D.硅單質(zhì)的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間

【例1-2】（2022秋?遼寧葫蘆島?高一統(tǒng)考期末）硅是制造芯片的基礎(chǔ)材料。工業(yè)制備高純硅的流程如下圖

所示。下列說法不正確的是

A.上述制備工藝能耗高污染重

B.C和H?的還原性一定比Si強(qiáng)

C.流程主要反應(yīng)均屬于置換反應(yīng)

D.第2、3步的目的是提純產(chǎn)品

【一隅三反】

1.（2022甘肅武威）科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過

程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說法中正確的是

A.地殼中硅的含量稀少

B.自然界中存在大量單質(zhì)硅

C.高純度的硅可用于制造計(jì)算機(jī)芯片

D.光導(dǎo)纖維的主要成分是Si

2.（2022浙江）“中國芯”的發(fā)展離不開高純單晶硅。從石英砂（主要成分為SiCh）制取高純硅涉及的主要反

應(yīng)用流程圖表示如下：

6

石英砂

2000T②HCI

粗HHCI

3o(rc③IH,

SiHCb

no,rc

下列說法正確的是

流程圖中的是

A.XCO2

B.流程中HC1和1可以循環(huán)利用

C.步驟②③互為可逆反應(yīng)

D.硅太陽能電池、光導(dǎo)纖維和計(jì)算機(jī)芯片所用的材料都是Si

3.（2022秋?山西晉中）高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域，工業(yè)上制備高純硅的一種工藝

流程如圖:

下列說法正確的是

A.硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在

高溫小

B.制得粗硅的化學(xué)方程式為SiC>2+2C『Si+2cOf

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(dǎo)電，屬于金屬材料

考點(diǎn)二二氧化硅

【例2-1］（2022吉林長春）下列關(guān)于二氧化硅的說法中，正確的是

A.SiCh晶體易溶于水，水溶液呈酸性

B.二氧化硅熔點(diǎn)低，硬度小

C.不能用二氧化硅跟水直接反應(yīng)制取硅酸

D.二氧化硅既能與氫氟酸反應(yīng)，又能與氫氧化鈉反應(yīng)，所以它是兩性氧化物

【例2-2］（2022江西撫州）粗SiO2（含少量Fe。、AI2O3雜質(zhì)）制備純SiCh的流程如圖所示，下列說法錯

7

誤的是

粗Si。?|.熱呼1.螫岡―必華&一反1誓＞|SiC）2

A.X可用作木材防火劑

B.步驟n中的稀硫酸可用CO2代替

C.步驟II中的主要反應(yīng)是Na2SiO3+H2SO4=H2SiO.U+Na2SO4

D.若在實(shí)驗(yàn)室中完成步驟HI,一般在生堪中進(jìn)行

【一隅三反】

1.（2022.全國?高一假期作業(yè)）下列關(guān)于二氧化硅的說法中簿送的是

A.同二氧化碳一樣，二氧化硅分子是由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成的

B.通常狀況下，二氧化碳為氣態(tài)，二氧化硅為固體

C.SiO2同CO2一樣也能與CaO反應(yīng)生成鹽

D.SiO?僅用來表示二氧化硅的組成，其基本結(jié)構(gòu)單元為正四面體，不僅存在于二氧化硅晶體中，而且存

在于所有硅酸鹽礦石中。

2.（2022?山東）下列關(guān)于SiO^的敘述正確的是

①Si。?能與水反應(yīng)生成硅酸

②SiO2對應(yīng)的水化物是可溶性弱酸

③硅原子和碳原子的最外層電子數(shù)相同，Si。?和CO,的分子結(jié)構(gòu)也相同

@SiO2既能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)又能與氫氟酸反應(yīng)，故SiO2是兩性氧化物

⑤SiO?中硅元素為+4價(jià)，故SiO2具有氧化性

⑥在SiO?中，每個(gè)硅原子結(jié)合2個(gè)氧原子

A.①③⑤B.④⑥C.③D.⑤

3（2022?湖南長沙）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下裝置對焦炭還原二氧化硅的氣體產(chǎn)物的成分進(jìn)行探究。

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已知：PdCL溶液可用于檢驗(yàn)CO,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO+PdC12+H2O=CO2+2HCl+Pd1(產(chǎn)生黑色金屬鉗

粉末，使溶液變渾濁).

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)要通入足夠長時(shí)間的N2,其原因是o

(2)裝置B的作用是。

(3)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(jīng)檢測兩氣體產(chǎn)物

的物質(zhì)的量相等，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

(4)該裝置的缺點(diǎn)是。

(5)資料表明，上述反應(yīng)在焦炭過量時(shí)會生成副產(chǎn)物SiC.取36gsiO2,和16.8g焦炭充分反應(yīng)后收集到標(biāo)準(zhǔn)

狀況下的氣體26.88L,假定氣體產(chǎn)物只有CO,固體產(chǎn)物只有Si和SiC,則Si和SiC的物質(zhì)的量之比為

(6)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明碳酸的酸性比硅酸的強(qiáng)：.

考點(diǎn)三硅酸

【例3-1](2022湖南)下列關(guān)于硅酸的說法正確的是()

A.硅酸是一種不溶于水的含氧酸B.硅酸不溶于水，是一種非電解質(zhì)

C.硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)D.硅酸可由二氧化硅與水反應(yīng)制得

【例3-2】(2022山東)能證明碳酸的酸性比硅酸的強(qiáng)的依據(jù)是

A.CO,是氣體，Si。?是固體

B.高溫下能發(fā)生反應(yīng)：Na,C03+Si02—Na,Si03+C02t

C.CO。能溶于水生成碳酸，而SiO?卻不溶于水

D.將CO：通入NazSiO,溶液中有膠狀沉淀生成

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【例3-2]（2022山西）下列反應(yīng)能證明H2SiO3是一種弱酸的是（）

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廣西賀州）下列關(guān)于硅酸的敘述，錯誤的是

A.硅酸是一種很弱的酸

B.硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)

C.硅酸不穩(wěn)定，加熱脫水會生成二氧化硅

D.硅酸可以由可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)制得

2.（2022新疆伊犁）能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是（）

A.CO?溶于水形成碳酸，SiCh難溶于水

B.高溫下SiO2與碳酸鹽反應(yīng)生成CO2

C.HC1通可溶性碳酸鹽溶液中放出氣體，通可溶性硅酸鹽溶液中生成沉淀

D.CO?通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀

3.（2022江蘇蘇州）為了探究HC1、H2cCh和HzSiCh的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,

希望通過一次實(shí)驗(yàn)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模铝姓f法不正確的是

A.錐形瓶中可以盛放Na2co3

B.裝置B中的目的是除去揮發(fā)的HC1

C.裝置C的目的是尾氣處理

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D.該裝置可以得出HC1、H2co3、H2SQ3的酸性強(qiáng)弱順序

考點(diǎn)四硅及硅化合物的綜合運(yùn)用

【例4-1](2022山東濟(jì)南)華人科學(xué)家高銀以及兩名美國科學(xué)家因在光纖和半導(dǎo)體領(lǐng)域上的開創(chuàng)性研究而

獲得諾貝爾物理學(xué)獎。下列有關(guān)硅及其化合物的說法錯誤的是

①硅是制造光導(dǎo)纖維的材料

②盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能使用玻璃塞

③水玻璃可用作木材防火劑

④二氧化硅是制取粗硅的原料

⑤石英玻璃、瑪瑙、水泥和瓷器都是硅酸鹽制品

⑥光導(dǎo)纖維遇堿會"短路”

⑦因?yàn)闅浞峥膳cSi。?反應(yīng)，所以利用氫氟酸刻蝕石英制作藝術(shù)品

A.①⑤B.②③⑥C.②④⑥⑦D.0?④⑤⑦

【例4-2](2022?全國?高一專題練習(xí))硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在?；卮鹣铝袉?/p>

題：

(l)Si是良好的半導(dǎo)體材料，試寫出硅單質(zhì)的一種用途：。

(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，燒堿溶液對玻璃有腐蝕性，寫出SiO2與燒堿溶液反應(yīng)的離子方程式為

(3)Na2SiO3溶液俗稱,往Na2SiO3溶液中通入足量C02氣體發(fā)生的現(xiàn)象是：

(4)工業(yè)上常用焦炭和二氧化硅在高溫條件下制備粗硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

【一隅三反】

1.(2022黑龍江哈爾濱)下列有關(guān)硅及其化合物的說法都錯誤的是

①硅是制造光導(dǎo)纖維的材料

②因?yàn)闅浞峥膳cSiO?反應(yīng)，所以利用氫氟酸刻蝕石英制作藝術(shù)品

③水玻璃可用作木材防火

④硅是--種親氧元素，故自然界中無游離態(tài)的硅

⑤石英玻璃、瑪瑙、水泥和瓷器都是硅酸鹽制品

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⑥光導(dǎo)纖維遇堿會“斷路”

A.①⑤B.②③⑥C.①④⑥D(zhuǎn).①③④⑤

2.(2022浙江)下列反應(yīng)不能一步完成的是

A.SiO2^Na2SiO3B.SiO2^H2SiO3

C.NazSiO3TH2SiC>3D.H2SiO3->SiO2

3.(2022廣西)硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽占地殼質(zhì)量的90%以上。

(1)寫出地殼中含量最高的元素的符號：o

(2)寫出通信中硅的氧化物的一種用途：o

(3)科學(xué)家用金屬鈉、四氯化碳和四氯化硅制得了碳化硅納米棒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

8Na+CC14+SiCl4=SiC+8NaCl

①該反應(yīng)中Si元素的化合價(jià)為價(jià)。

②其中還原產(chǎn)物的化學(xué)式為O

③高溫真空環(huán)境中，C