第三節無機非金屬材料【題型1硅酸鹽無機硅酸鹽材料】【題型2硅與二氧化硅的用途與轉化】【題型3新型陶瓷碳納米材料】【題型1硅酸鹽無機硅酸鹽材料】【例1】“高山流水覓知音”。下列中國古樂器中，主要由硅酸鹽材料制成的是

A．九霄環佩木古琴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．九霄環佩木古琴主要構成是木材，動物筋制得，A錯誤；B．裴李崗文化骨笛由動物骨骼構成，B錯誤；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錯誤；故選C。【變式1】下列物品或設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錯誤；C．陶瓷是用含有硅酸鹽的黏土制作而成，故C錯誤；D．玻璃的主要成分是SiO2，但制作玻璃時硅酸鹽也是原料之一，故D錯誤；故本題選A。【變式2】陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經高溫燒結而成C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽D．陶瓷化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點【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。陶瓷的傳統概念是指所有以黏土等無機非金屬礦物為原料的人工工業產品。【詳解】A項、氧化鐵為棕紅色固體，瓷器的青色不可能來自氧化鐵，故A錯誤；B項、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混煉、成形、煅燒而制成的，故B正確；C項、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品，故C正確；D項、陶瓷的主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽的化學性質不活潑，具有不與酸或堿反應、抗氧化的特點，故D正確。故選A。【點睛】本題考查物質的性質，側重分析與應用能力的考查，注意化學與生活的聯系，把握物質性質、反應與用途為解答的關鍵。【變式3】2020年，嫦娥五號月球探測器成功登陸月球，對月巖和月壤的成分進行探測發現，月巖主要含有輝石[CaMgSi2O6]、斜長石[KAlSi3O8]和橄欖石[Mg2Fe2Si2O8]等，下列說法正確的是A．沙、輝石、斜長石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦B．月球上游離態鐵與地球上游離態鐵的質子數不同C．橄欖石中鐵為+3價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、斜長石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦，選項A錯誤；B．月球上游離態鐵與地球上游離態鐵的質子數相同，選項B錯誤；C．化合物中化合價代數和為0，硅元素化合價是+4價，所以鐵元素化合價是+5價，選項C錯誤；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D正確；答案選D。【變式4】硅酸鹽具有特殊的性質與應用，回答下列問題：（1）硅酸鹽材料是傳統無機非金屬材料，下列產品屬于硅酸鹽的是（填序號）。①玻璃；②陶瓷；③石英玻璃；④硅芯片；⑤光導纖維；⑥水泥；⑦磚瓦（2）在水泥、玻璃的制備時，都需要的原料是。（3）磷酸鈣陶瓷是一種新型無機非金屬材料，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．電學特性 C．光學特性 D．生物功能（4）向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體，現象是，化學方程式為。（5）我國成功地發射了嫦娥一號探測衛星，對月球土壤中14種元素的分布及含量進行探測。月球上的主要礦物有輝石[CaMgSi2O6]、斜長石[KAlSi3O8]和橄欖石[Mg2Fe2SiO6]等，則橄欖石中鐵為價，斜長石的氧化物形式可表示為，輝石[CaMgSi2O6]（填“難”或“易”）溶于水。【答案】（1）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（二氧化碳量不同產物不同）；故答案為：生成白色沉淀；或；（5）橄石中Mg是+2價，Si是+4價，0是-2價，根據化合價代數和為0可判斷鐵為+2價，斜長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。【題型2硅與二氧化硅的用途與轉化】【例2】2023年《自然》刊載了我國科研人員研發的一種薄如紙、可彎曲折疊的太陽能電池的研究成果。下列物質用于制作太陽能電池的是A．二氧化硅 B．碳化硅 C．硅酸鈉 D．硅單質【答案】D【詳解】A．二氧化硅可用于生產光導纖維，A不符合題意；B．碳化硅可用于生產砂輪、砂紙等，B不符合題意；C．硅酸鈉可用于生產水泥、黏合劑等，C不符合題意；D．硅單質可用于生產半導體材料、太陽能電池等，D符合題意；故選D。【變式1】我國努力發展芯片產業，推進科技自立自強。制造芯片所用的單晶硅屬于A．單質 B．鹽 C．氧化物 D．混合物【答案】A【詳解】硅是最常見應用最廣的半導體材料，當熔融的單質硅凝固時，硅原子以金剛石晶格排列成晶核，其晶核長成晶面取向相同的晶粒，形成單晶硅。因此單晶硅屬于單質。故答案為：A。【變式2】如圖為世界上最小的房子，是由法國貝一研究所團隊用二氧化硅建造的長20微米的房子。該房子在下列某種溶液中會快速消失，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，SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，故可以用氫氟酸溶液溶解該房子，故答案為：D。【變式3】工業上以石英砂（SiO2）為原料制取單質硅，其工藝流程如圖所示。下列說法正確的是A．①②③均屬于氧化還原反應B．石英砂和C高溫條件下還可以生成金剛砂（SiC）和CO，該反應中氧化產物和還原產物的物質的量之比為1：2C．二氧化硅為良好的半導體材料，可用于制造芯片D．石灰石、純堿、石英砂是生產玻璃的原料，玻璃是一種新型無機非金屬材料【答案】A【分析】石英砂與碳在高溫條件下反應生成粗硅和CO，粗硅與氯氣在加熱條件下反應生成四氯化硅，四氯化硅與氫氣在高溫條件下反應生成純硅和氯化氫；【詳解】A．①中碳、硅元素化合價發生變化，②中硅、氯元素化合價發生變化，③中硅、氫元素化合價發生變化，均屬于氧化還原反應，選項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，則反應為，該反應中氧化產物CO和還原產物SiC的物質的量之比為2：1，選項B錯誤；C．硅的導電性介于導體與絕緣體之間是良好的半導體材料，所以晶體硅可以用于制造計算機芯片和太陽能電池，而不是二氧化硅，選項C錯誤；D．石灰石、純堿、石英砂是生產玻璃的原料，玻璃是一種傳統無機非金屬材料，選項D錯誤；答案選A。【變式4】中國高鐵對實現“一帶一路”的戰略構想有重要的作用。（1）建設高鐵軌道需要大量的水泥，生產水泥的主要原材料是。（2）高鐵上的信息傳輸系統使用了光導纖維，其主要成分是；乘務員使用的無線通話機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的化學方程式。（4）高鐵上的衛生間沒有任何異味，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品，向硅酸鈉溶液中加入稀鹽酸可產生硅酸膠體，該反應的離子方程式。【答案】（1）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）工業上生產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為二氧化硅與氫氟酸溶液反應生成四氟化硅和水，反應的化學方程式為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生的反應為硅酸鈉溶液與稀鹽酸反應硅酸膠體和氯化鈉，反應的離子方程式為2H++SiO=H2SiO3（膠體），故答案為：2H++SiO=H2SiO3（膠體）；【變式5】無機非金屬材料與人類社會的發展與進步息息相關，硅元素更是無機非金屬材料的主角，地殼質量的90%以上是二氧化硅和硅酸鹽。回答下列問題：（1）燒制普通玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂，它們在玻璃窯中發生化學變化生成CaSiO3和Na2SiO3的化學方程式為、。（2）工業上可利用水玻璃和鹽酸反應制備硅酸凝膠后，進一步脫水處理可得到硅膠，請設計實驗驗證水玻璃與鹽酸反應產生少量硅酸時，形成的分散系屬于膠體：（寫出實驗操作、現象和結論）。（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轉化為Si（粗）的化學方程式：。②SiHCl3被H2還原為Si（純）的基本反應類型為。③寫出高純度單晶硅在信息技術或新能源技術等領域的應用：（任寫一種）。（5）SiO2屬于氧化物，試用任一離子方程式說明。（6）向鹽酸中逐滴滴加制得的硅酸鈉溶液，當pH達到6~7時得到一種乳白色、半透明的分散系，其分散質為粒徑在5~100nm的SiO2·nH2O粒子。該分散系屬于（選填“溶液”“濁液”或“膠體”），可以通過來鑒別。（7）硅酸鹽材料是傳統無機非金屬材料，下列產品不屬于硅酸鹽的是（填序號）。①玻璃②石英玻璃③陶瓷④硅芯片⑤磚瓦⑥水泥⑦光導纖維（8）0.1mol與0.05mol在高溫下充分反應，可生成標準狀況下氣體L。【答案】（1）Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑（2）取一定量待測液于燒杯中，將燒杯置于暗處，用激光筆照射，液體中出現一條光亮的通路，證明此時的分散系屬于膠體（3）1：2：2（4）SiO2+2C2CO↑+Si置換反應芯片或太陽能電池（5）酸性（6）膠體丁達爾效應（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），它們在玻璃窯中發生化學變化生成CaSiO3和Na2SiO3的化學方程式為：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑；（2）可以用丁達爾效應來鑒別膠體，實驗操作、現象和結論為：取一定量待測液于燒杯中，將燒杯置于暗處，用激光筆照射，液體中出現一條光亮的通路，證明此時的分散系屬于膠體；（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單質反應生成Si（粗），化學方程式為：SiO2+2C2CO↑+Si；②SiHCl3被H2還原為Si（純）的方程式為：SiHCl3+H2Si+3HCl，該反應屬于置換反應；③高純度單晶硅在信息技術或新能源技術等領域的應用：芯片或太陽能電池。（5）二氧化硅能與堿反應生成鹽和水，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，可以用丁達爾效應鑒別；（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生成硅酸鈣和二氧化碳，反應的化學方程式為CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑，則0.1mol碳酸鈣與0.05mol二氧化硅反應時，碳酸鈣過量，0.05mol二氧化硅反應生成標準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，具有特殊性質的新型無機非金屬材料迅速發展，下列有關新型無機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機非金屬材料，可用于制造發動機部件，其化學式為Si3N4B．利用二氧化硅的半導體性能，可以制成太陽能電池C．碳化硅的硬度大、熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承D．富勒烯是由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，屬于新型無機非金屬材料【答案】B【詳解】A．氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料，可用于制造發動機部件，其化學式為Si3N4，A正確；B．利用硅的半導體性能，可以制成太陽能電池，B錯誤；C．碳化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承，C正確；D．富勒烯是由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，屬于新型無機非金屬材料，D正確；故答案選B。【變式1】下列材料中屬于新型無機非金屬材料的是A．聚氯乙烯塑料B．儲氫合金 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，屬于合成有機高分子材料，A錯誤；B．儲氫合金是合金，不是無機非金屬材料，B錯誤；C．碳納米管屬于新型無機非金屬材料，C正確；D．玻璃是傳統無機非金屬材料，D錯誤；故選C。【變式2】下列物質中，不屬于新型無機非金屬材料的是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．普通玻璃屬于傳統無機非金屬材料，A符合題意；B．碳化硅陶瓷是新型無機非金屬材料，B不符合題意；C．二氧化硅是新型無機非金屬材料，C不符合題意；D．碳納米管是新型無機非金屬材料，D不符合題意；故選A。【變式3】新型碳化硅（SiC）增強鋁基復合材料助力“天問一號”成功探火，首次在火星上留下了中國印跡！（1）列舉一個實驗事實說明C和Si的非金屬性強弱（2）該材料不具有的性質是___________。A．耐高溫 B．密度大 C．耐腐蝕 D．抗磨損（3）你認為采集火星表面的巖石樣品時，可用作鉆頭的材料是___________。A．鈉單質 B．NaCl晶體 C．蔗糖 D．金剛石【答案】（1）H2SiO3的酸性比H2CO3弱，說明Si的非金屬性比C弱（2）B（3）D【詳解】（1）非金屬性強弱可通過比較最高價氧化物的水化物的酸性強弱比較，H2SiO3的酸性比H2CO3弱，說明Si的非金屬性比C弱；（2）由碳化硅顆粒增強鋁基復合材料（其組成可表示為SiC/Al）應用于“天問一號”航空領域，該材料應該具備的特點是：耐高溫、耐腐蝕、抗磨損等，但由于從地球向太空發射時需克服地磁場強大的吸引作用，因此應該具有密度小、質量輕的特點，若材料的密度大，發射時就需消耗更高的能量，增大發射火箭的體積，無形會增加發射難度，故答案應選B。（3）作鉆頭的材料應具有高硬度，結合選項可知金剛石符合要求，故選D。【變式4】氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點