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第五章 化工生产中的重要非金属元素
第3节 无机非金属材料
（第1课时，共1课时）
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是
A．自然界中的硅元素全部是以化合态形式存在
B．单质硅是制备光导纤维的原料
C．玻璃中含二氧化硅，所以可以用盐酸刻蚀玻璃
D．石英、陶瓷和水泥均属于硅酸盐
【答案】A
【解析】
A．硅元素在自然界中主要是以硅酸盐、二氧化硅的形式存在，没有游离态的硅，故A正确；
B．二氧化硅是制备光导纤维的原料，故B错误；
C．玻璃中含二氧化硅，可以用氢氟酸刻蚀玻璃，故C错误；
D．石英的主要成分是二氧化硅，陶瓷和水泥属于硅酸盐，故D错误；
选A。
2．下列有关材料的说法错误的是
A．大理石的主要成分是碳酸钙 B．海边的铁制品比较容易生锈
C．光导纤维的主要成分是硅 D．铝合金质轻、抗腐蚀性强
【答案】C
【解析】
A．碳酸钙（CaCO ）是一种难溶于水的白色固体，大理石的主要成分是碳酸钙，A正确；
3
B．因为海边空气潮湿，所含盐分多，故钢铁表面的水膜的导电能力强，钢铁更容易发生电化学腐蚀，B
正确；
C．光导纤维的主要成分是二氧化硅，C错误；
D．铝与空气中的氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化，另外铝的相对原子质量较小，
所以铝合金质轻、抗腐蚀性强，D正确；
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3．下列物质之间的转化都能一步实现的是（ ）
A．HS→S→SO →HSO B．Si→SiO →HSiO →Na SiO
2 3 2 4 2 2 3 2 3
C．FeS →SO →Na SO →Na SO D．N→NH →NO →HNO →NO
2 2 2 3 2 4 2 3 2 3 2
【答案】C
【解析】
A.硫与氧气反应只能生成二氧化硫，不能一步反应生成三氧化硫，故A错误；
B.二氧化硅不能一步生成硅酸，可由可溶性的硅酸盐与酸反应生成硅酸，故B错误；
C.FeS 在高温条件下与氧气反应生成SO ，SO 与氢氧化钠溶液反应生成NaSO ，NaSO 被氧气氧化为
2 2 2 2 3 2 3
NaSO ，各物质之间的转化均能一步完成，故C正确；
2 4
D.氨气催化氧化得到一氧化氮，不能一步生成二氧化氮，故D错误。
故选C。
4．（2022·云南·高二学业考试）我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。
制造太阳能电池板的核心材料是
A．Al B．C C．Si D．Fe
【答案】C
【解析】
我国“玉兔2号”是世界上最先进的月球车之一，由太阳能电池板提供能量。制造太阳能电池板的核心材料
是晶体硅，故合理选项是C。
5．下列有关材料的说法错误的是
A．大理石的主要成分是碳酸钙 B．海边的铁制品比较容易生锈
C．光导纤维的主要成分是硅 D．铝合金质轻、抗腐蚀性强
【答案】C
【解析】
A．碳酸钙（CaCO ）是一种难溶于水的白色固体，大理石的主要成分是碳酸钙，A正确；
3
B．因为海边空气潮湿，所含盐分多，故钢铁表面的水膜的导电能力强，钢铁更容易发生电化学腐蚀，B
正确；
C．光导纤维的主要成分是二氧化硅，C错误；
D．铝与空气中的氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化，另外铝的相对原子质量较小，
所以铝合金质轻、抗腐蚀性强，D正确；
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司答案选C。
6．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，
则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和粘土主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
【答案】A
【解析】沙子的主要成分是SiO ，粘土的主要成分是硅酸盐，A错误；“燃薪举火”烧制粘土，发生一系
2
列复杂的物理化学变化，制得砖、瓦等硅酸盐产品，B正确；据“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”
可知，烧制后浇水冷却成青瓦，C正确；粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料，D正确。
7．下列反应的化学方程式或离子方程式书写正确的是
A．常温下，新切开的钠表面很快变暗：2Na+O =Na O
2 2 2
B．氧化铝与氢氧化钠溶液反应：Al O+2OH-=2AlO +H O
2 3 2
C．向硅酸钠溶液中通入过量CO ：CO +Na SiO +H O=2Na++CO +H SiO ↓
2 2 2 3 2 2 3
D．炽热的铁水不能注入未经干燥的模具，是为防止：2Fe+3HO(g) FeO+3H
2 2 3 2
【答案】B
【解析】
A．常温下，新切开的钠表面很快变暗是因为生成氧化钠，反应方程式是4Na+O=2Na O，故A错误；
2 2
B．氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，反应的离子方程式是Al O+2OH-=2AlO +H O，故B正确；
2 3 2
C．向硅酸钠溶液中通入过量CO 生成硅酸沉淀和碳酸氢钠，反应的离子方程式是2CO+SiO
2 2
+2H O=2HCO +H SiO↓，故C错误；
2 2 3
D．炽热的铁水不能注入未经干燥的模具，是因为铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式是
3Fe+4H O(g) Fe O+4H ，故D错误；
2 3 4 2
选B。
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司8．下列物质能用玻璃试剂瓶(细口瓶)和玻璃塞保存的是
A．NaOH溶液 B．浓硝酸 C．氢氟酸溶液 D．Na SiO 溶液
2 3
【答案】B
【解析】
A．NaOH溶液与磨口玻璃塞中二氧化硅反应生成硅酸钠，硅酸钠具有黏性，因此只用用橡皮塞，故A不
符合题意；
B．浓硝酸与二氧化硅不反应，可以用玻璃塞，故B符合题意；
C．氢氟酸溶液与二氧化硅反应，只能用塑料瓶盛装，故C不符合题意；
D．NaSiO 溶液具有黏性，会将玻璃塞与试剂瓶黏住，只能用橡皮塞，故D不符合题意。
2 3
综上所述，答案为B。
9．传统文化是中华文明的重要组成部分。下列相关的化学解读错误的是
选项 传统文化摘录 化学解读
A 有硇水者，翦银块投之，则旋而为水 “硇水”指盐酸
B 白墙黑瓦青石板，烟雨小巷油纸伞 “黑瓦”的主要成分是硅酸盐
C 纷纷灿烂如星陨，火霍火霍喧豗似火攻 焰色反应是物理变化
D 千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金 涉及到物质的分离与提纯
A．A B．B C．C D．D
【答案】A
【解析】
A．“硇水”能将银溶解，盐酸与银不反应，故可知“硇水”为硝酸，故A错误；
B．“黑瓦”主要是黏土烧制而成，主要成分是硅酸盐，故B正确；
C．焰色反应是核外电子的跃迁所放出的光能，该过程无化学键断裂与形成，属于物理变化，故C正确；
D．“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金” 沙里淘金是利用黄金和沙子的密度的不同，用水洗的方法将沙
子和黄金分离，涉及到物质的分离与提纯，故D正确；
故答案为：A
10．2021年，我国研制的九章二号量子计算机，在求解高斯玻色取样数学问题上，比目前世界上最快的计
算机“超算”要快亿亿亿倍。计算机芯片的主要材料是
A．硅 B．碳 C．铁 D．锰
【答案】A
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司【详解】
硅是半导体，计算机芯片的主要材料是硅，故选A。
11．下列试剂的保存方法正确的是
A．少量的金属钠保存在石蜡油或煤油中
B．氢氟酸(HF)保存在带磨口玻璃塞的细口瓶中
C．漂白粉可放置在空气中保存
D．新制的氯水保存在无色带橡胶塞的玻璃试剂瓶中
【答案】A
【详解】
A． 钠的密度比煤油大，且不反应，少量的金属钠保存在石蜡油或煤油中，以隔绝空气，故A正确；
B． 氢氟酸(HF)能与玻璃成分中的二氧化硅反应，保存在塑料瓶中，故B错误；
C． 漂白粉能与空气中的水和二氧化碳反应生成次氯酸，次氯酸不稳定发生分解而失效，所以不可放置在
空气中保存，故C错误；
D． 新制的氯水具有不稳定性、强氧化性，应保存在棕色带磨口玻璃塞的细口瓶中，故D错误；
故选A。
12．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硅，下列有关硅及其化合物叙述正
确的是
A．陶瓷、玻璃、水泥的主要成分都是硅酸盐
B．光导纤维的主要成分是高纯硅
C．可用石英坩埚加热熔融氢氧化钠固体
D．二氧化硅不和任何酸反应
【答案】A
【详解】
A．陶瓷、玻璃、水泥的主要成分都是硅酸盐，属于传统硅酸盐材料，故A正确；
B．光导纤维的主要成分是高纯二氧化硅，故B错误；
C．二氧化硅和氢氧化钠反应生成硅酸钠，不能用石英坩埚加热熔融氢氧化钠固体，故C错误；
D．二氧化硅能和氢氟酸反应生成四氟化硅和水，故D错误；
选A。
13．下列离子方程式书写正确的是
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司A．氯气通入水中，溶液呈酸性：Cl + H O 2H+ + Cl-+ClO-
2 2
B．向FeBr 溶液中通入少量Cl ：Cl +2Br-= 2Cl-+ Br
2 2 2 2
C．硅酸钠溶液与盐酸混合产生浑浊： +2H+=H SiO ↓
2 3
D．氯化铁溶液与铁粉反应：Fe3++Fe=2Fe2+
【答案】C
【详解】
A．氯气与水反应生成的HClO为弱酸，应写化学式，正确的离子方程式为：Cl + H O H+ + Cl-
2 2
+HClO，故A错误；
B．Fe2+的还原性大于Br-，向FeBr 溶液中通入少量Cl，只有Fe2+被氧化，离子方程式为：Cl+2Fe2+= 2Cl-+
2 2 2
2Fe3+，故B错误；
C．硅酸钠与盐酸反应生成硅酸沉淀，离子方程式正确，故C正确；
D．氯化铁溶液与铁粉反应：2Fe3++Fe=3Fe2+，故D错误；
故选C。
14．下列说法正确的是
A．硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应
B．据SiO +CaCO CaSiO +CO↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强
2 3 3 2
C．硅太阳能电池、石英光导纤维和计算机芯片所用的材料都是Si
D．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料经高温烧结而制成的
【答案】D
【详解】
A．硅酸不溶于水，但是二氧化硅可以与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，故A错误；
B．反应高温下进行，生成的二氧化碳是气体，SiO+CaCO CaSiO +CO ↑的反应，是高沸点的物质制
2 3 3 2
取低沸点的物质，不能说明硅酸的酸性比碳酸强，故B错误；
C．石英光导纤维所用的材料是SiO，故C错误；
2
D．普通玻璃是以纯碱、石灰石、石英为原料高温烧结而成，故D正确；
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司故选D。
15．下列有关物质应用的说法正确的是
A．小苏打可以治疗胃酸过多
B．明矾可用于自来水杀菌消毒
C．硅可用于制造光纤
D．硅胶用作食品抗氧化剂
【答案】A
【详解】
A．小苏打的水溶液碱性较弱，可以和盐酸反应，常用于治疗胃酸过多，故A正确；
B．明矾水解可用于自来水的净化，但不能杀菌消毒，故B错误；
C．硅可用于制造半导体，二氧化硅制造光纤，故C错误；
D．硅胶用作食品吸水干燥剂，铁粉可用于食品的抗氧化剂，故D错误；
故答案为A
二、非选择题
16．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。如图所示流程是工
业上制取纯硅的一种方法。
请回答下列问题：
(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有______(填标号)。
(2)写出反应①的化学方程式：______。
(3)化合物W的用途很广，可用于制备硅胶和木材防火剂等，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将
石英砂和纯碱按一定比例混合加热至 反应，可生成化合物W，其化学方程式是______。
(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是______(填化学式，下同)；分别通入W
溶液中能得到白色沉淀的气体是______。
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司【答案】①②③
、
【详解】
根据流程中物质之间的反应，利用原子和电子守恒写出方程式，根据置换反应特点，单质和化合物反应生
成单质和化合物进行判断反应类型。二氧化碳是温室效应的主要气体，也是节能减排的目标气体。
（1）反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应： ，属于置换反应；
反应②是 ，属于置换反应；反应③是 ，属于置换反应；反
应④为特定条件下的反应，反应物中没有单质，不属于置换反应。故属于置换反应的有：①②③。
（2）反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应： 。
（3）石英砂和纯碱按一定比例混合加热至 反应，石英砂是二氧化硅，纯碱是碳酸钠，反应为：
。
（4）气体A、B、C分别为 、 、 ，其中 是温室气体，是减排的目标气体； 和 通
入W(硅酸钠)溶液中能够生成白色沉淀(硅酸)。
【点睛】
此题主要是考查反应方程式，注意氧化还原反应方程式一般利用化合价的升降守恒进行配平，对于非氧化
还原反应需要判断出反应机理。
17．根据信息书写反应的方程式：
(1)工业上用Mg和TiCl 在800℃反应冶炼金属Ti，写出该置换反应的化学方程式：_______。
4
(2)NiO属于碱性氧化物，能溶于稀HSO ，写出该反应的化学方程式：________。
2 4
(3)向饱和NaClO 溶液加入一定量的NH Cl固体会有NH ClO 析出，写出该反应的化学方程式：______。
4 4 4 4
(4)已知SiO 和CO 一样属于酸性氧化物，HSiO 是难溶于水的弱酸。一种以SiO 为原料制取HSiO 的流
2 2 2 3 2 2 3
程如下：
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司①写出反应I的化学方程式：__________。
②写出反应II的化学方程式：_________。
【答案】2Mg＋TiCl 2MgCl ＋Ti NiO＋HSO ＝NiSO ＋HO NaClO＋NH Cl＝NH ClO ↓＋
4 2 2 4 4 2 4 4 4 4
NaCl SiO＋2NaOH＝NaSiO＋HO NaSiO＋2HCl＝HSiO↓＋2NaCl
2 2 3 2 2 3 2 3
【详解】
(1)Mg与TiCl 在800℃发生置换反应，则生成MgCl 和Ti，化学方程式为2Mg＋TiCl 2MgCl ＋Ti；
4 2 4 2
(2)NiO属于碱性氧化物，能溶于稀HSO ，应生成水和NiSO ，化学方程式为NiO＋HSO ＝NiSO ＋HO；
2 4 4 2 4 4 2
(3)向饱和NaClO 溶液加入一定量的NH Cl固体会有NH ClO 析出，则还应有NaCl生成，化学方程式为
4 4 4 4
NaClO＋NH Cl＝NH ClO ↓＋NaCl；
4 4 4 4
(4)①SiO 为酸性氧化物，与NaOH反应生成硅酸钠和水，化学方程式为SiO＋2NaOH＝NaSiO＋HO；
2 2 2 3 2
②盐酸比硅酸酸性强，所以硅酸钠与盐酸反应可以生成硅酸沉淀和NaCl，化学方程式为NaSiO＋2HCl＝
2 3
HSiO↓＋2NaCl。
2 3
18．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地亮质量的90%以上。
（1）下列物质不属于硅酸盐材料的是___________。
A．陶瓷 B．玻璃 C．水泥 D．生石灰
（2） 是玻璃的主要成分之一， 与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为___________，工艺师常用
___________(填物质名称)来雕刻玻璃。
（3）用 水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明 可用作___________。 可通过
与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是___________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
（4）工业上常利用反应 制备硅单质，该反应中氧化剂是___________。
（5）根据如图所示装置回答以下问题。
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司若要用此装置证明酸性： ，从以下所给物质中选出甲同学设计的实验所用到的物质：
①稀 ②稀盐酸 ③碳酸钙 ④ 溶液 ⑤ 。试剂A与C分别为___________(填序号)；
试管中发生反应的离子方程式为___________。有同学认为此实验不能说明酸性强弱，你认为原因是
___________。
【答案】
（1）D
（2） 氢氟酸
（3）防火剂 D
（4）
（5） ①④ 有挥发性，也会和硅酸钠反应生成硅酸
【解析】
（1）陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐材料，生石灰是氧化钙，不属于硅酸盐，答案选D。
（2）二氧化硅是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水，与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：
。
（3）硅酸钠是矿物胶，不燃烧，而将硅酸钠浸泡棉花就阻隔了棉花与空气中氧气的直接接触，可用作防
火剂的原料；普通玻璃坩埚、石英玻璃坩埚都含有二氧化硅，能够与纯碱反应，氧化铝与纯碱能够发生反
应（生成偏铝酸钠和二氧化碳），铁和碳酸钠在高温下不会反应，所以高温熔融纯碱时可选用的是铁坩埚。
（4）氧化剂具有氧化性，化合价降低，反应中硅元素化合价降低，因此氧化剂是二氧化硅。
（5）证明酸性：HNO>H CO>H SiO，试剂A、B、C分别为稀硝酸、碳酸钠和硅酸钠溶液；试管中发生
3 2 3 2 3
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司反应的离子方程式为： ；有同学认为此实验不能说明酸性强弱，原因是硝酸
具有挥发性，也会和硅酸钠反应生成硅酸。
19．高纯二氧化硅可用来制造光纤。某蛇纹石的成分见下表：
组分 SiO MgO NaO KO Fe O
2 2 2 2 3
质量分数/% 59.20 38.80 0.25 0.50 0.8
通过下图流程可由蛇纹石制备较纯净的二氧化硅。
（1）蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有____________（写化学式）。
（2）步骤①中涉及SiO 反应的离子方程式为________________。
2
（3）滤渣A 的成分有______________________（填化学式）。
（4）步骤②中洗涤沉淀的方法是_____________________。
（5）步骤③反应的化学方程式为______________________；实验室进行步骤③需要用到的仪器有坩埚、
泥三角、酒精灯、玻璃棒、和________________。
【答案】
(1)Na O、KO
2 2
(2) SiO+2OH-=SiO 2-+H O
2 3 2
(3)MgO和Fe O
2 3
(4)向漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2至3次
(5) HSiO SiO+H O 坩埚钳、三脚架
2 3 2 2
【分析】
蛇纹石(含SiO、MgO、NaO、KO、Fe O)加入足量氢氧化钠进行碱浸溶解，SiO 可与氢氧化钠反应生成
2 2 2 2 3 2
硅酸钠，NaO、KO可与氢氧化钠溶液中的水反应生成氢氧化钠和氢氧化钾；MgO、Fe O 不与氢氧化钠
2 2 2 3
溶液反应，也不溶于水，则滤渣A为MgO、Fe O，滤液A主要含有K+、Na+、OH-、SiO2-，加入过量盐
2 3 3
学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司酸中和滤液A中的碱，同时SiO2-在酸性条件下转化为HSiO 沉淀，经过滤、洗涤，得到滤渣B为
3 2 3
HSiO，对其煅烧分解生成SiO，据此分析解答。
2 3 2
【详解】
(1)根据分析，蛇纹石中含有的可溶性金属氧化物有NaO和KO，它们能与水反应生成氢氧化钠和氢氧化
2 2
钾；
(2)二氧化硅属于酸性氧化物，可与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，反应的离子方程式为：SiO+2OH-
2
=SiO 2-+H O；
3 2
(3)氧化钠与氧化钾属于可溶性氧化物，氧化铝属于两性氧化物，二氧化硅属于酸性氧化物，上述四种物质
都能溶解在氢氧化钠溶液中，氧化镁和氧化铁属于碱性氧化物且难溶于水，因此，滤渣A的成分有MgO
和Fe O；
2 3
(4)步骤②生成沉淀的成分是硅酸，洗涤过滤出的沉淀的方法是：向过滤器中注入蒸馏水至浸没沉淀，待水
自然流出后，重复上述操作两到三次；
(5)步骤③用灼烧的方法使硅酸分解生成二氧化硅，化学方程式为：HSiO SiO+H O，实验室灼烧固体时
2 3 2 2
需要用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、玻璃棒、坩埚钳和三脚架。
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