(预习课)2024年人教版高一化学寒假提升学与练 第03讲 无机非金属材料（解析版）

【淘宝店铺：向阳百分百】【淘宝店铺：向阳百分百】【淘宝店铺：向阳百分百】第03讲无机非金属材料目录新知导航：熟悉课程内容、掌握知识脉络基础知识：知识点全面梳理，掌握必备重点记忆：关键点快速记忆，提升能力小试牛刀：考点剖析+过关检测，合理应用课时1无机非金属材料一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料1.硅酸盐及其结构（1）硅酸盐的概念硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。（2）硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。（3）硅酸盐的特性硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。2.常见的硅酸盐材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土纯碱、石灰石、石英砂主要原料：石灰石、黏土辅助原料：适量的石膏设备—玻璃窑水泥回转窑主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维大量用于建筑和水利工程3.硅酸钠(俗名泡花碱)（1）硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。（2）硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓。（3）少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)。二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅（1）硅的存在与性质①硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在；②单质硅是应用最为广泛的半导体材料；③高温下，硅能与氧气反应生成SiO2，与氯气反应生成SiCl4。（2）二氧化硅的性质①二氧化硅硬度大、熔点高，不溶于水；②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；③具有氧化性：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑；④特性：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。2.新型陶瓷（1）新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有很大的变化，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。（2）常见新型陶瓷及其用途(连线)（3）高温结构陶瓷——碳化硅(SiC)碳化硅俗称金刚砂，它是由碳原子和硅原子通过共价键连接而形成，与金刚石的结构类似，具有硬度大和优异的高温抗氧化性能。3.碳纳米材料（1）富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。（2）碳纳米管是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，具有高强度和优良的电学性能。（3）石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。一、工业制备高纯硅的原理eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(1800～2000℃),\s\do5(①焦炭))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(300℃),\s\do5(②HCl))eq\x(SiHCl3)eq\o(→,\s\up7(1100℃),\s\do5(③H2))eq\x(高纯硅)（1）工业制备高纯硅反应的化学方程式：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑；②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl。（2）上述反应共同的反应类型是氧化还原反应(或置换反应)，反应①中焦炭的作用是还原剂，反应③中氢气的作用是还原剂。考点剖析考点一：传统无机非金属材料1．（2023上·辽宁·高一统考）下列属于传统无机非金属材料的是A．单晶硅 B．石墨烯 C．普通玻璃 D．二氧化硅【答案】C【解析】传统无机非金属材料包括普通玻璃，陶瓷，水泥；答案选C。考点二：新型无机非金属材料2．（2023下·河南开封·高一校联考期末）新型材料广泛用于我国载人航天器，下列不属于新型无机非金属材料的是A．氧化铝陶瓷 B．高纯单晶硅 C．石墨烯 D．玻璃【答案】D【解析】氧化铝陶瓷、高纯单晶硅、石墨烯都属于新型无机非金属材料，玻璃属于硅酸盐材料，硅酸盐材料属于传统的无机非金属材料，故D符合题意。综上所述，答案为D。考点三：硅的性质极其用途3.（2023上·辽宁葫芦岛·高一联考）最近，华为Mate60Pro上市，其搭载的新型麒麟9000s芯片，突破了美国的芯片封锁，实现了智能手机5G芯片国产化。下列有关说法正确的是A．硅是芯片的主要成分之一，晶体硅是一种性能优良的半导体材料，它属于非电解质B．晶体硅和无定形硅是硅元素的同素异形体，二者化学性质完全不同C．光刻胶是制造芯片的关键材料，金属氧化物纳米颗粒光刻胶由金属氧化物纳米簇和溶剂等组成，是一种胶体D．工业粗硅的冶炼方法为SiO2+2CSKIPIF1<0Si+2CO↑，在该反应中SiO2作还原剂【答案】C【解析】A．硅是单质，既不属于电解质也不属于非电解质，A错误；B．同素异形体化学性质相似，B错误；C．分散质的粒子直径1-100nm，属于胶体，C正确；D．SiO2中Si元素化合价降低，得电子，作氧化剂，D错误；故选C。考点四：二氧化硅的性质极其用途4.（2023下·四川南充·高一校考期中）二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料。下列说法正确的是A．同二氧化碳一样，二氧化硅分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的B．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物C．制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2CSKIPIF1<0Si＋2CO↑D．因为CaCO3＋SiO2SKIPIF1<0CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强【答案】C【解析】A．二氧化碳是分子晶体，二氧化硅是共价晶体，A错误；B．二氧化硅能和强碱反应，反应方程式为SiO2+2NaOH═Na2SiO3+H2O；虽然也能和特殊的酸氢氟酸反应，反应方程式为：SiO2+4HF═SiF4↑+2H2O，但二氧化硅是酸性氧化物，B错误；C．制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2CSKIPIF1<0Si＋2CO↑，C正确；D．反应只有在高温条件下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但并不能说明硅酸的酸性比碳酸强，D错误；故选C。过关检测1.（2023下·河南平顶山·高一统考期末）下列物品的主要成分为硅酸盐的是物品

选项A．电脑B．水缸C．电动车D．红灯笼【答案】B【解析】Ａ．电脑锌片主要是硅单质，故不选A;Ｂ．水缸主要为陶瓷，陶瓷的主要成分为硅酸盐，故选B；Ｃ．电动车的主要材质为塑料，故不选C；Ｄ．红灯笼主要材质主要是纸张，成分为纤维素，故不选D。故选B。2.（2023下·湖南张家界·高一张家界市民族中学校考）下列不是传统的无机非金属材料的是A．玻璃 B．水泥 C．碳纳米管 D．陶瓷【答案】C【解析】传统无机非金属材料是指主要成分为硅酸盐的无机非金属材料，包括：玻璃、陶瓷、水泥等，碳纳米管不属于传统无机非金属材料，属于新型无机非金属材料，故选C。3.（2023上·江苏盐城·高一统考期中）已知SKIPIF1<0，SKIPIF1<0属于A．酸 B．酸性氧化物 C．碱 D．盐【答案】B【解析】SKIPIF1<0能与碱反应生成盐和水，SKIPIF1<0属于酸性氧化物，故选B。4.（2023下·湖北武汉·高一湖北省武昌实验中学校考）下列说法正确的是A．高纯硅可用于制作光感电池B．二氧化硅导电能力强，可用于制造光导纤维C．盛装SKIPIF1<0溶液的试剂瓶可以使用玻璃塞D．利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品运用了SKIPIF1<0是两性氧化物的化学原理【答案】A【解析】A．高纯硅是太阳能电池材料，可用于制作光感电池，A正确；B．二氧化硅不能导电，B错误；C．SKIPIF1<0溶液具有粘性，盛装SKIPIF1<0溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，C错误；D．SKIPIF1<0是酸性氧化物，利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品运用了SKIPIF1<0和氢氟酸反应的性质，D错误；故选A。5.（2023下·广东东莞·高一校考期中）材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列有关物质的说法正确的是A．太阳能电池板广泛应用在航天器上，其材料是晶体硅B．石英玻璃、碳化硅陶瓷、水泥、石墨烯都是硅酸盐材料C．半导体行业中有一句话：“从沙滩到用户”，计算机芯片的材料是二氧化硅D．中国航天飞船外壳用到的是特种镁合金，属于新型无机非金属材料【答案】A【解析】A．晶体硅是良好的半导体材料，常用于制作太阳能电池板，故A正确；B．石墨烯是碳元素形成的单质，属于新型无机非金属材料，不是硅酸盐材料，故B错误；C．计算机芯片的材料是硅，不是二氧化硅，故C错误；D．特种镁合金是性能优良的金属材料，不属于新型无机非金属材料，故D错误；故选A。6.（2023下·重庆江津·高一校考期中）下列物质中对应的用途不正确的是A．单质硅--半导体材料 B．二氧化硅--光导纤维C．硅酸钠--光电池原料 D．硅酸凝胶--作干燥剂【答案】C【解析】A．单质硅可用作半导体材料，A正确；B．光导纤维的主要成分为二氧化硅，B正确；C．Si是制造光电池的原料而不是硅酸钠，C错误；D．硅酸凝胶具有强吸附性，可用来制作干燥剂，D正确；故选C。7.（2023下·四川自贡·高一统考期末）近年来，我国在航天、通信、环保等领域取得了举世瞩目的成就，科学技术的进步离不开化学。下列说法正确的是A．航天飞船使用的高温结构陶瓷，属于硅酸盐材料B．太阳能电池的材料是二氧化硅C．碳纳米管属于新型无机非金属材料D．用于通信的光导纤维，是用高纯硅制造的【答案】C【解析】A．航天飞船使用的高温结构陶瓷，属于新型无机非金属材料，不是硅酸盐材料，故A错误；B．太阳能电池的材料是硅单质，故B错误；C．碳纳米管属于新型无机非金属材料，故C正确；D．用于通信的光导纤维，是用二氧化硅制造的，故D错误；故选C。8.（2023下·山东临沂·高一统考期末）能正确表示下列反应的离子方程式为A．氯化铜溶液中通入硫化氢：SKIPIF1<0B．硅酸钠溶液中通入二氧化碳：SKIPIF1<0C．过量二氧化碳通入饱和碳酸钠溶液中：SKIPIF1<0D．碳酸氢铵溶液中加入过量的氢氧化钠溶液：SKIPIF1<0【答案】C【解析】A．氯化铜溶液中通入硫化氢生成硫化铜沉淀，硫化氢为弱酸不能拆：SKIPIF1<0，A错误；B．硅酸钠溶液中通入二氧化碳生成硅酸沉淀和碳酸钠：SKIPIF1<0，B错误；C．过量二氧化碳通入饱和碳酸钠溶液中生成溶解度较小的碳酸氢钠晶体：SKIPIF1<0，C正确；D．碳酸氢铵溶液中加入过量的氢氧化钠溶液，铵根离子和碳酸氢根离子均完全反应生成氨气和水、碳酸根离子：SKIPIF1<0，D错误；故选C。9.（2023下河北邯郸·高一校考）下列有关硅及其化合物的说法中正确的是A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B．反应①SKIPIF1<0，反应②Na2CO3+SiO2SKIPIF1<0Na2SiO3+CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生C．粗硅制备单晶硅涉及反应之一：SKIPIF1<0D．虽然SKIPIF1<0能与SKIPIF1<0、SKIPIF1<0反应，但SKIPIF1<0不是两性氧化物【答案】D【解析】A．硅酸钠属于粘性的物质，能将玻璃塞和试剂瓶粘结在一起而打不开，故A错误；B．反应①SKIPIF1<0强酸制弱酸，在溶液中反应，反应②Na2CO3+SiO2SKIPIF1<0Na2SiO3+CO2↑，是在高温条件下才能发生，为气体，逸出可促使反应正向进行，故B错误；C．粗硅制备单晶硅涉及反应之一：SKIPIF1<0，故C错误；D．SKIPIF1<0与HF反应生成的SKIPIF1<0不是盐，则SKIPIF1<0不是两性氧化物，故D正确；故选D。10.（2022下·山西朔州·高一校考）下列叙述正确的是A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似B．依据SKIPIF1<0，推测硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物【答案】C【解析】A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，化学性质相似，但物理性质差别很大，A错误；B．硅酸的酸性比碳酸弱，这个反应之所以发生，是因为CO2为气体，可以脱离反应体系，B错误；C．CO2和SiO2与碳反应时，CO2和SiO2中C、Si的化合价均下降，故都作氧化剂，C正确；D．SiO2与碱反应生成盐和水，与HF反应不能生成盐，所以SiO2没有两性，它属于酸性氧化物，D错误；故选C。11.（2023上·黑龙江哈尔滨·高一校考）工业上以石英砂(SiO2)为原料制取单质硅，其工艺流程图如下：流程一：SKIPIF1<0流程二：SKIPIF1<0已知SiH4中H为-1价。下列有关反应分类说法不正确的是A．①～④均属于氧化还原反应 B．只有①②③属于置换反应C．⑥既属于氧化还原反应又属于分解反应 D．⑤中的两个化学反应均属于复分解反应【答案】D【解析】A．①～③中，均发生置换反应，④中发生反应4Mg+SiO2SKIPIF1<02MgO+Mg2Si，都发生元素化合价的变化，都属于氧化还原反应，A正确；B．只有①②③属于置换反应，⑤为复分解反应，⑥为分解反应，④不属于基本类型的反应，B正确；C．⑥中反应物只有SiH4，且生成两种单质，既属于氧化还原反应又属于分解反应，C正确；

D．⑤中，其中有一个反应为Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑，Si由-4价升高为+4价，则属于氧化还原反应，D不正确；故选D。12.（2023下·江苏无锡·高一校考期中）下列关于硅及其化合物的说法中，不正确的是A．自然界中的硅元素全部是以化合态形式存在B．据SiO2+CaCO3SKIPIF1<0CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．不能用二氧化硅跟水直接反应制取硅酸D．SKIPIF1<0可用作黏合剂、木材防火剂的原料，实验室保存SKIPIF1<0溶液应用橡胶塞【答案】B【解析】A．Si是亲氧元素，不能以单质形式存在于自然界中，主要以二氧化硅和硅酸盐形式存在，故A正确；B．反应只有在高温条件下进行，由于CO2是气体，逸出反应体系使反应得以继续进行，不能说明硅酸的酸性比碳酸强，比较硅酸和碳酸的酸性强弱要比较它们在水溶液中电离出H+的难易程度，故B错误；C．SiO2不溶于水，也不与水反应，不能用二氧化硅跟水直接反应制取硅酸，故C正确；D．SKIPIF1<0可用作黏合剂、木材防火剂的原料，能够粘连玻璃，则实验室保存SKIPIF1<0溶液应用橡胶塞，不能用玻璃塞，故D正确；故选B。13.（2023上·江西南昌·高一统考）碳酸钙和二氧化硅常用作日常生活中牙膏的摩擦剂，下列说法正确的是A．常温下，碳酸钙易溶于水B．二氧化硅(SKIPIF1<0)中硅原子与氧原子的个数比为7：8C．工业上常采用煅烧碳酸钙的方法来制备SKIPIF1<0D．由反应SKIPIF1<0可知，SKIPIF1<0为碱性氧化物【答案】C【解析】A．常温下，碳酸钙难溶于水，故A错误；B．二氧化硅(SKIPIF1<0)中硅原子与氧原子的个数比为1：2，故B错误；C．碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，工业上常采用煅烧碳酸钙的方法来制备SKIPIF1<0，故C正确；D．由反应SKIPIF1<0可知，SKIPIF1<0为酸性氧化物，故D错误；故选C。14.（2023下·重庆江津·高一校联考期末）下列有关硅及其化合物的说法中不正确的是A．在粗硅的提取中发生反应：2C+SiO2SKIPIF1<02CO↑+Si，硅元素被还原B．Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2D．由Na2CO3+SiO2SKIPIF1<0CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸【答案】D【解析】A．该反应中SiO2中的Si得电子被还原，A正确；B．Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气，SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，B正确；C．二氧化硅无法直接与水反应生成硅酸，因此先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠，硅酸钠溶液再与二氧化碳反应生成硅酸，C正确；D．酸性强弱的比较需要在没有外界条件干扰的情况下才能比较，该反应的反应条件为高温，干扰了化学反应，且硅酸钠溶液中通入二氧化碳生成硅酸，可知碳酸酸性强于硅酸，D错误；故选D。15．（2023下·湖北武汉·高一校联考期末）高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，用SKIPIF1<0(SKIPIF1<0能与水强烈反应)与过量SKIPIF1<0在1000~1100℃温度下反应制备高纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)。下列相关说法错误的是

A．装置B中的试剂作用是干燥SKIPIF1<0B．装置D可使用石英玻璃管C．装置D中发生反应的SKIPIF1<0可用焦炭代替D．装置C中的烧瓶需要水浴加热，以更好的获得反应原料气【答案】C【分析】A中锌和硫酸生成氢气，通过B干燥，进入C中和SKIPIF1<0混合后进入D高温生成硅；【解析】A．SKIPIF1<0能与水强烈反应，故装置B中的试剂作用是干燥SKIPIF1<0，A正确；B．反应温度很高，故装置D可使用耐高温的石英玻璃管，B正确；C．装置D中发生反应的SKIPIF1<0不可用焦炭代替，会导致得到硅不纯，C错误；D．装置C中的烧瓶需要水浴加热使得SKIPIF1<0气化和氢气混合充分，以更好的获得反应原料气，D正确；故选C。16.（2023下·四川资阳·高一校考）I.按要求填空①陶瓷餐具②混凝土桥墩③玻璃④石英钟⑤水晶项链⑥硅太阳能电池⑦光导纤维⑧计算机芯片（1）使用了硅单质的是(填序号)。（2）使用了二氧化硅的是(填序号)。（3）使用了硅酸盐材料的是(填序号)。（4）工业上制粗硅的化学方程式。II.（5）浓SKIPIF1<0使蔗糖变黑，体现了浓SKIPIF1<0的性。黑色物质为炭粉，炭粉与浓硫酸继续反应的化学方程式为。【答案】（1）⑥⑧（2）②③④⑤⑦（3）①②③（4）SKIPIF1<0（5）脱水性SKIPIF1<0(浓)SKIPIF1<0【解析】（1）使用了硅单质的是⑥硅太阳能电池和⑧计算机芯片；（2）使用了二氧化硅的是②混凝土桥墩、③玻璃、④石英钟、⑤水晶项链、⑦光导纤维；（3）陶瓷、玻璃和水泥是传统的三大硅酸盐材料；（4）工业上制粗硅的化学方程式SKIPIF1<0；（5）浓SKIPIF1<0使有机物蔗糖变黑，体现了浓SKIPIF1<0的脱水性。黑色物质为炭粉，炭粉与浓硫酸继续反应的化学方程式为SKIPIF1<0(浓)SKIPIF1<0。17.（2023下·广东深圳·高一校考期中）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

（1）工业上用石英砂和过量焦炭在电弧炉中高温加热生成粗硅的化学方程式为；当有1molC参与反应时，该反应转移的电子数是。（2）还原炉中发生的化学反应方程式为：。（3）上述工艺生产中循环使用的物质除SKIPIF1<0