高中化学人教必修第二册2026步步高学习第五章　第三节　无机非金属材料

无机非金属材料第三节第五章1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。2.了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。3.知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。核心素养

发展目标课时对点练内容索引一、硅酸盐材料二、新型无机非金属材料<一>硅酸盐材料1.硅酸盐的结构与性质(1)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧

结构(如图所示)，每个Si结合

个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。四面体4(2)硅酸盐的性质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

、

溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。高难2.传统硅酸盐材料项目陶瓷普通玻璃普通水泥原料__________________________________________________主要原料：_____________；辅料：适量的石膏设备陶瓷窑___________________主要成分含水的铝硅酸盐______________________________________________—黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)石灰石、黏土玻璃窑水泥回转窑硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)项目陶瓷普通玻璃普通水泥用途用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维等大量用于建筑和水利工程思考普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。写出其中发生反应的化学方程式。提示Na2CO3+SiO2

CO2↑+Na2SiO3、CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑。1.判断正误(1)铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成(2)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一(3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行√√√√2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，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。(1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是_____________________。(2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是_______________________________________。

+2H+===H2SiO3↓

3.“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂C.硅酸盐制品的性质稳定、耐高温D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐√陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、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项错误；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。硅酸(H2SiO3)的性质(1)难溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液变红。(2)与碱反应：H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。(3)不稳定，受热易分解：H2SiO3

H2O+SiO2。归纳总结返回<二>新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅(1)硅硅元素位于元素周期表第

周期、第

族，处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的_______材料。(2)粗硅的制备工业上用焦炭还原石英砂可以制得含少量杂质的粗硅，化学方程式：_____________________。三ⅣA半导体SiO2+2C

Si+2CO↑思考1高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：石英砂

粗硅

SiHCl3高纯硅其中涉及的主要反应的化学方程式是什么？提示①SiO2+2C

Si+2CO↑；②Si+3HCl

SiHCl3+H2；③SiHCl3+H2

Si+3HCl。思考2阅读情境素材，回答下列问题：素材1

SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。素材2

氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。(1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？提示SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。(2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸？若不能，写出化学方程式，简述理由。提示不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生反应的化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。(3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？提示

NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应，生成具有黏性的Na2SiO3，把瓶塞与瓶口黏结在一起。(4)SiO2属于酸性氧化物，能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？由SiO2如何来制取H2SiO3？(用化学方程式表示)。提示不能，因为SiO2与水不反应。SiO2

Na2SiO3

H2SiO3。化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O，Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓。SiO2的性质归纳总结(3)硅和二氧化硅的用途①高纯硅用于制造

和

。②

用于生产光导纤维。芯片硅太阳能电池二氧化硅2.新型陶瓷(1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。(2)特性和功能：在

、

、

、磁学等方面具有很多新的特性和功能。(3)碳化硅(SiC)俗称

，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，还具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。(4)常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。光学热学电学金刚砂3.碳纳米材料碳纳米材料主要包括

、

、

等，广泛应用于能源、信息、医药等领域。富勒烯碳纳米管石墨烯新型材料结构性能用途富勒烯由

构成的一系列笼形分子的总称，如C60—制碳纳米材料碳纳米管由

卷成的管状物，具有纳米尺度的直径比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能生产复合材料、电池和传感器等碳原子石墨片层新型材料结构性能用途石墨烯只有_______________厚度的单层石墨电阻率低、热导率高，具有很高的强度在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究正在不断深入一个碳原子直径1.判断正误(1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料(2)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维(3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可与水反应生成硅酸(4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料(5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性强于硅(6)用瓷坩埚加热熔化NaOH固体√√××××2.(2025·黑龙江期中)新材料的蓬勃发展，彰显化学学科的魅力。下列说法正确的是A.“北斗”导航卫星的太阳能电池材料的主要成分是二氧化硅B.“祝融”号火星车使用的芯片的主要成分是晶体硅C.“天和”核心舱电推进系统中使用的氮化硼陶瓷属于传统无机非金属

材料D.制造“蛟龙”号潜水器载人球舱的钛合金比纯金属钛熔点高、硬度大√太阳能电池材料为Si，芯片的主要成分是晶体硅，A错误、B正确；氮化硼陶瓷基复合材料由B、N元素组成，具有耐高温、强度高、耐腐蚀等优良性能，是新型无机非金属材料，C错误；钛合金比纯金属钛熔点低、硬度大，D错误。3.(2025·黑龙江期中)工业上制备高纯硅的流程如图。下列说法不正确的是

A.硅元素在自然界中均以化合态形式存在B.步骤①中的反应为SiO2+C

Si+CO2↑C.步骤②产生的H2与步骤③产生的HCl可循环使用D.步骤①、②和③均属于置换反应√自然界中不存在游离态硅，只能以化合态形式存在，A正确；反应①的化学方程式为SiO2+2C

Si+2CO↑，B错误；步骤①SiO2与焦炭高温条件下反应生成硅和CO；步骤②为粗硅中硅与氯化氢高温条件下发生置换反应生成三氯硅烷和氢气，步骤③为三氯硅烷与氢气高温条件下发生置换反应生成硅和氯化氢，均为置换反应，D正确。返回课时对点练题号12345678答案DBDCAADC题号91011答案DBC对一对答案123456789101112131412.

答案123456789101112131413.(1)排尽装置中的空气，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰(2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水PdCl2溶液3SiO2+4C

2CO2↑+2CO↑+3Si

(4)无尾气吸收装置(5)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊答案123456789101112131414.

答案1234567891011121314题组一硅酸盐材料1.(2025·天津期中)文物承载灿烂文明，传承历史文化。下列文物的主要材质属于硅酸盐的是A.战国水晶杯B.北朝彩绘菩萨石膏像C.兽首玛瑙杯D.三彩载乐骆驼俑√对点训练答案1234567891011121314A项，水晶杯的主要材质为二氧化硅；B项，石膏像的主要成分为CaSO4·2H2O；C项，玛瑙杯的主要材质为SiO2。答案12345678910111213142.(2024·哈尔滨高一期中)下面关于硅及其化合物的叙述错误的是A.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料在玻璃窑中熔融制成B.玻璃、陶瓷、水泥、碳化硅都属于传统的硅酸盐材料C.因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液D.太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、

节能√答案1234567891011121314玻璃、陶瓷、水泥属于传统的硅酸盐材料，碳化硅属于新型无机非金属材料，故选B。3.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是A.水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质√答案1234567891011121314水玻璃为硅酸钠的水溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。题组二新型无机非金属材料4.(2025·长沙期中)近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述正确的是A.氮化硅陶瓷是一种新型硅酸盐材料，可用于制造发动机部件，其化学

式为Si3N4B.利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池C.碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承D.富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于有机材料√答案1234567891011121314答案1234567891011121314氮化硅陶瓷化学式为Si3N4，不属于硅酸盐材料，A错误；利用硅的半导体性能，可以制成太阳能电池，B错误；富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，是碳单质，不是有机材料，D错误。5.(2025·济南期中)下列说法不正确的是A.CO2和SiO2均能和水反应生成相应的酸B.CO2与SiO2均能和氢氧化钠溶液反应C.二氧化硅具有酸性氧化物的通性D.SiO2是酸性氧化物，但能和氢氟酸反应√答案1234567891011121314CO2能与水反应生成碳酸，但SiO2不溶于水，也不能直接与水反应生成硅酸，生成硅酸通常需SiO2先与强碱(如NaOH)反应生成硅酸盐，再通过酸化得到，故选A。6.碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2~20nm的中空管状结构。下列说法不正确的是A.碳纳米管是一种胶体B.石墨烯是新型无机非金属材料C.石墨烯和碳纳米管互为同素异形体D.根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体√答案1234567891011121314答案1234567891011121314胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是胶体，A错误；石墨烯和碳纳米管是碳元素的两种不同的单质，两者互为同素异形体，C正确；碳纳米管有较大的表面积，可以用作催化剂的载体，D正确。7.(2025·西安段考)纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法错误的是A.二氧化硅和焦炭反应生成粗硅的化学方程式为SiO2+2C

Si+2CO↑B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替D.SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物√答案1234567891011121314答案1234567891011121314SiO2和NaOH反应生成硅酸钠和水，X为Na2SiO3溶液；Na2SiO3与稀硫酸反应生成硅酸和硫酸钠；灼烧硅酸，硅酸分解得SiO2。Na2SiO3与稀硫酸反应生成硅酸，所以步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4，B正确；碳酸、硫酸的酸性都强于硅酸，能够与Na2SiO3溶液反应生成硅酸，C正确；SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，但与氢氟酸反应的生成物不是盐，所以SiO2不是两性氧化物，而是酸性氧化物，D错误。8.(2025·沈阳段考)化学在生产和日常生活中有着重要的应用，下列各项的物质用途与性质或原理对应关系正确的个数是①碳化硅的熔点高，可用作砂纸和砂轮的磨料②富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料都属于新型无机非金属材料③制备玻璃和水泥都用到石灰石④工业上用氢氟酸溶液腐蚀玻璃生产磨砂玻璃A.1个 B.2个 C.3个 D.4个√答案1234567891011121314综合强化①碳化硅硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料，错误。9.(2025·北京丰台段考)下面有关含有Si元素的物质，说法正确的是A.CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似B.制作玻璃时会发生反应SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑，由此可知H2SiO3酸性比H2CO3强C.由反应SiO2+2C

Si+2CO↑可知C的非金属性比Si强D.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂答案1234567891011121314√答案1234567891011121314CO2是由分子构成的化合物，SiO2是由原子构成的化合物，二者物理性质不同，A错误；反应SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑能够发生，是因为CO2是气体，脱离体系使反应进行，不能直接判断两种酸的相对强弱，B错误；该反应中碳作还原剂将SiO2还原成硅单质，碳表现还原性，不能说明非金属性强弱，C错误。10.(2025·四川资阳段考)用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含有少量Fe2O3和单质Cu)：下列叙述正确的是A.“还原”过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1B.“操作X”是将原料气通过灼热的铜粉C.“高温氮化”反应中N2是还原剂D.“稀酸Y”选用稀硫酸除去产物中的杂质√答案1234567891011121314答案1234567891011121314“还原”

过程发生反应：SiO2+2CSi+2CO↑，SiO2是氧化剂，C是还原剂，氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶2，A错误；“操作X”

是将原料气通过灼热铜粉，O2与Cu反应生成CuO，从而除去O2，防止Si被O2氧化，B正确；“高温氮化”

反应为3Si+2N2Si3N4，N元素化合价从0价降低到-3价，N2是氧化剂，C错误；稀硫酸不与Cu反应，应选用稀硝酸除去杂质，稀硝酸可与Cu等反应，D错误。11.(2024·重庆高一期中)实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85℃，密度为1.34g·cm-3)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是A.装置Ⅲ的烧杯中盛装的是冰水B.实验时，应先加热管式炉，再打

开活塞KC.该实验中滴加13.55mLSiHCl3，

制得高纯硅2.814g，则SiHCl3的利用率为75%D.为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾

溶液√答案1234567891011121314答案1234567891011121314装置Ⅰ制备氢气，氢气中含有水蒸气，会对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，应在水浴中加热，A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危险，B错误；答案1234567891011121314

12.如图是硅及其化合物的“价—类”二维图，根据要求完成下列化学(或离子)方程式。(1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为____________

。答案1234567891011121314(2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为

。(3)硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为

。2C+SiO2

2CO↑+SiSiO2+4HF===SiF4↑+2H2O

答案1234567891011121314(4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为

。(5)石英与石灰石在玻璃窑里加强热发生反应的化学方程式为__________

。SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2OCaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑13.某实验小组设计了如图装置探究焦炭还原二氧化硅。已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O===CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是________________________

。(2)装置B的作用是

。答案1234567891011121314排尽装置中的空气，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰作安全瓶，防止倒吸(3)装置C、D中所盛试剂分别为

、

，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则焦炭还原二氧化硅的化学方程式为

。答案1234567891011121314澄清石灰水PdCl2溶液3SiO2+4C

2CO2↑+2CO↑+3Si答案1234567891011121314根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液。(4)该装置的缺点是

。答案1234567891011121314无尾气吸收装置一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：__________________________

。答案1234567891011121314

向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊验证碳酸、硅酸的酸性强弱，先将产生的CO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应：CO2+H2O+Na2SiO3===Na2CO3+H2SiO3↓，说明酸性：H2CO3>H2SiO3。14.(2025·江西段考)硅是无机非金属材料的主角。请根据所学知识回答下列问题：Ⅰ.高纯