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第 9 讲 无机非金属材料
【练基础】
1．硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮
演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是( )
【答案】C
【解析】玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分都是SiO，硅单质可用来制造太阳能电池。
2
2．中华优秀传统文化涉及很多的化学知识。下列有关说法不正确的是( )
A．“自古书契多编以竹简，其用缣帛者(丝质品)谓之为纸”，这里的纸主要成分为纤维素
B．中国蓝是古代人工合成的蓝色化合物，其化学式为BaCuSi O ，可改写成BaO·CuO·4SiO
4 10 2
C．东汉魏伯阳在《周易参同契》中对汞的描述：“……得火则飞，不见埃尘，将欲制之，黄芽为
根。”这里的黄芽是指硫
D．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”。这里的瓦属于传统无
机非金属材料，主要成分为硅酸盐
【答案】A
【解析】“自古书契多编以竹简，其用缣帛者谓之为纸”，缣帛是丝织品，蚕丝的主要成分是蛋白
质，故A错误；硅酸盐改写成氧化物形式时：活泼的金属氧化物写在前面，再写SiO，含氢元素的HO写
2 2
在最后，所以BaCuSi O 用氧化物形式表示：BaO·CuO·4SiO ，故B正确；液态的金属汞，受热易变成汞
4 10 2
蒸气，汞属于重金属，能使蛋白质变性，属于有毒物质，但常温下，能和硫反应生成硫化汞，从而防止其
变成汞蒸气，黄芽指呈淡黄色的硫黄，故C正确；择取无沙黏土而为之得到“瓦”，是传统无机非金属材
料，主要成分为硅酸盐，故D正确。
3．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )
选项 材料 主要成分
A 刚玉、金刚石 三氧化二铝
B 大理石、石灰石 碳酸钙
C 普通水泥、普通玻璃 硅酸盐
D 沙子、石英 二氧化硅
【答案】A【解析】刚玉和金刚石的主要成分分别是三氧化二铝和碳；大理石和石灰石的主要成分都是碳酸钙；
普通玻璃和普通水泥都是常见的硅酸盐材料；沙子和石英的主要成分都是二氧化硅。
4．下列关于SiO 和CO 的叙述不正确的是( )
2 2
A．都是共价化合物
B．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D．SiO 可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
2
【答案】C
【解析】SiO 和CO 都是共价化合物，A正确；都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应产生盐和水，
2 2
B正确；SiO 不能溶于水且不能与水反应生成相应的酸，C错误；光在SiO 中可以全反射，因此SiO 可用
2 2 2
于制光导纤维，固态CO 容易升华，升华时吸收大量的热，因此干冰可用于人工降雨，D正确。
2
5．化学与社会、生活、科技有着密切的联系，下列说法正确的是( )
A．烧制陶瓷和石油的分馏均不涉及化学变化
B．明矾常用于水的净化和消毒杀菌
C．利用高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能
D．航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的特种钢缆，属于新型无机非金属材料
【答案】C
【解析】A项，烧制陶瓷时黏土中的成分在高温下发生复杂的物理和化学变化，而石油的分馏是利用
物质的沸点不同进行分离的一种实验操作，不涉及化学变化，错误；B项，明矾中的Al3＋发生水解生成
Al(OH) 胶体，能够吸附水中的颗粒状杂质，达到净化水的目的，但没有消毒杀菌作用，错误；C项，利用
3
高纯硅制造的太阳能电池板可将光能直接转化为电能，正确；D项，航空母舰上用于舰载机降落拦阻索的
特种钢缆需要有特别强的韧性和强度，耐高温、抗腐蚀，是一种金属材料，错误。
6．下列说法不正确的是( )
A．SiO 能与氢氟酸反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃
2
B．向NaSiO 溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶
2 3
C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si N
3 4
D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能
【答案】D
【解析】A项，SiO 能与氢氟酸反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃，正确；B项，向NaSiO 溶液中逐滴
2 2 3
加入稀盐酸制备硅酸凝胶，正确；C项，氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si N，正确；D
3 4
项，硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，不是石英，错误。7．碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是( )
A．碳是构成有机物的主要元素
B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程
C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一
D．石油的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志
【答案】D
【解析】有机物一定含有碳元素，所以碳是构成有机物的主要元素，A正确；光合作用是绿色植物将
二氧化碳和水合成葡萄糖和氧气的过程，是把太阳能转化为化学能的过程，B正确；化石燃料中含碳元
素，化石燃料的大量燃烧产生的二氧化碳气体是产生温室效应的原因之一，C正确；乙烯的年产量是衡量
一个国家石油化工发展水平的标志，D错误。
8．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( )
A．CO 溶于水形成碳酸，SiO 难溶于水
2 2
B．CO 通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
2
C．高温下SiO 与碳酸盐反应生成CO
2 2
D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，其气体通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
【答案】B
【解析】酸性强弱与水溶性没有关系，则无法据此比较酸性强弱，故A错误；CO 通入可溶性硅酸盐
2
中析出硅酸沉淀，反应方程式是NaSiO＋HO＋CO===Na CO＋HSiO↓，反应原理是强酸制弱酸，说明
2 3 2 2 2 3 2 3
碳酸比硅酸酸性强，故B正确；比较强酸制取弱酸是在溶液中进行的反应，则在高温下固体之间的反应不
能比较酸性强弱，故C错误；HCl通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，其气体通入可溶性硅酸盐溶液中生
成沉淀，根据强酸制弱酸，只能说明盐酸的酸性比碳酸强，可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀，可能为盐酸与
硅酸盐的反应，无法确定碳酸与硅酸酸性的强弱，故D错误。
9．新材料的新秀——石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结
构模型如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．石墨烯是一种新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素异形体
D．氧化石墨烯具有一定的亲水性
【答案】D
【解析】石墨烯是碳的单质，不是化合物，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的
氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以
具有一定的亲水性，D正确。
10．灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H、CO和少量CO，为了检验产物中的H 和CO(设气体均
2 2 2
被充分吸收)，设计如下实验装置，下列有关说法错误的是( )
A．为了实验安全，应先点燃①处酒精灯，后点燃④处酒精灯
B．②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水
C．④中黑色固体变红色，即可证明产物中一定含有H 和CO中的一种或两种
2
D．若用碱石灰替换无水硫酸铜，也可以达到检验H 和CO的目的
2
【答案】D
【解析】由图可知，①中C与水蒸气反应生成H、CO和少量CO，实验目的为检验产物中的H 和
2 2 2
CO，则②中NaOH溶液可除去CO，③中浓硫酸干燥气体，④中H 和CO均还原CuO，若无水硫酸铜变
2 2
蓝，则检验出含有氢气，⑤中澄清石灰水变浑浊可检验出含有CO，最后处理尾气。A项，H、CO不纯时
2
加热易发生爆炸，则为了实验安全性，应先点燃①处酒精灯，排出装置中空气后点燃④处酒精灯，正确；
B项，由上述分析可知，②、③、⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水，正确；C项，H 和
2
CO均还原CuO，当黑色氧化铜变红色，只能说明产物中一定含有H 和CO中的一种或两种，无法确定具
2
体是哪种气体，正确；D项，若用碱石灰替换无水硫酸铜，碱石灰可吸收水、二氧化碳，不能检验氢气，故D错误。
【练提升】
11．工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下：
已知：流化床反应的产物中，除SiCl 外，还有SiHCl 、SiHCl、SiHCl、FeCl 等。下列说法正确的
4 3 2 2 3 3
是( )
A．电弧炉中发生的反应为C＋SiO=====CO↑＋Si
2 2
B．SiCl 进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯
4
C．每生产1 mol高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl
2
D．该工艺Si的产率高，符合绿色化学要求
【答案】B
【解析】A项，二氧化碳与焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，则电弧炉中发生的反应为2C＋
SiO=====2CO↑＋Si，选项A错误；B项，在流化床反应器中除SiCl 外，还有SiHCl 、SiHCl、
2 4 3 2 2
SiHCl、FeCl 等，故SiCl 在进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯，选项B正确；C项，根据转化关系
3 3 4
Si→SiCl →Si，每生产1 mol高纯硅，需要44.8 L(标准状况)Cl ，由于含有其他副反应，消耗Cl 大于44.8
4 2 2
L，选项C错误；D项，该工艺中产生氯化氢气体且有氯气的参与，容易引起空气污染，不符合绿色化学
要求，选项D错误。
12．由二氧化硅制高纯硅的流程如图，下列判断中错误的是( )
A.①②③均属于氧化还原反应
B．氢气和氯化氢均可循环利用
C．二氧化硅是一种坚硬难熔的固体
D．三氯甲硅烷(SiHCl )摩尔质量为135.5 g
3
【答案】D
【解析】①②③反应前后元素化合价发生改变，故①②③发生的反应均是氧化还原反应，A正确；由
二氧化硅制高纯硅的流程图中反应过程中生成氢气和氯化氢，同时氯化氢和氢气也作为反应物参与化学反
应，故氢气和氯化氢均可循环利用，B正确；二氧化硅熔点比较高，硬度比较大，C正确；三氯甲硅烷
(SiHCl )摩尔质量为135.5 g·mol－1，D错误。
313．实验室用H 还原SiHCl (沸点：31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略
2 3
去)，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓硫酸、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C．为鉴定制得的硅中是否含有微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、KSCN溶液
D．该实验中制备氢气的装置也可用于饱和食盐水与电石反应制备乙炔
【答案】C
【解析】制备高纯硅的反应为H＋SiHCl =====Si＋3HCl，此反应应在装置 Ⅳ 中进行。装置 Ⅰ 的
2 3
目的是制取氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置 Ⅱ 的目的是除去氢气
中的水蒸气，即装置 Ⅱ 中盛放浓硫酸；装置 Ⅲ 的目的是使SiHCl 汽化，与氢气充分混合，因此应在热
3
水浴中加热，A项错误；实验时应先打开活塞K，通入氢气，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸，
B项错误；硅不能与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2＋，Fe2＋被HO 氧化成Fe3＋，遇KSCN溶液变红，可
2 2
以鉴定制得的硅中是否含有铁单质，C项正确；饱和食盐水与电石反应制备乙炔，反应迅速放出大量热且
生成微溶的氢氧化钙，因此不能用启普发生器进行实验，D项错误。
14．水玻璃(Na SiO 溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是
2 3
用稻壳灰(SiO：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
2
下列说法正确的是( )
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价未发生改变
D．反应器中发生的反应为氧化还原反应
【答案】AC
【解析】A项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中硅元素的化合价是＋4
价，硅酸钠中硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，正确；D项，反
应器中发生的反应为SiO＋2NaOH===Na SiO＋HO，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，
2 2 3 2
错误。
15．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________(填标号)。
A．陶瓷 B．玻璃
C．水泥 D．生石灰
(2)SiO 是玻璃的主要成分之一，SiO 与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为__________________，工艺
2 2
师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用NaSiO 水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明NaSiO 可用作______________。NaSiO 可通过
2 3 2 3 2 3
SiO 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________(填标号)。
2
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)工业上常用2C＋SiO=====Si＋2CO↑制备粗硅，该反应物中所含元素化合价升高的物质是
2
________(填化学式，下同)，氧化剂是________。
【解析】(1)生石灰(CaO)不含Si元素，不属于硅酸盐。(2)SiO 与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO
2 2
＋2NaOH===Na SiO＋HO，SiO 与HF反应，所以通常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na SiO 水溶液又称“水
2 3 2 2 2 3
玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。含有SiO 的坩埚可与NaCO 反应，Al O 也可与NaCO 反
2 2 3 2 3 2 3
应。
【答案】(1)D
(2)SiO＋2NaOH===Na SiO＋HO 氢氟酸
2 2 3 2
(3)防火剂 D (4)C SiO
2
16．为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置。
回答下列问题：
(1)A装置的作用是_______________________________________。(2)实验后处理尾气的方法为________，发生反应的化学方程式为_______________。
(3)若实验时观察到_____________________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。
【解析】(1)A装置的作用是吸收CO，以排除对后续实验的干扰。(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO
2 2
后才能排放到空气中。(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，且生成的气体(CO)能使澄清石灰
2
水变浑浊。
【答案】(1)吸收CO (2)点燃 2CO＋O=====2CO
2 2 2
(3)B中无明显现象，C装置中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊
17．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石
英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
――→――→――→――→――→
其中—NH 中各元素的化合价与NH 相同。请回答下列问题：
2 3
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：
________________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH ) 在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学
2 4
式为________。
(4)在高温下将SiCl 在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件
4
下化合生成A。写出SiCl 与B和C两种气体反应的化学方程式：
4
________________________________________________________________________。
【解析】(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO 与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石
2
英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl 发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目
2
信息运用质量守恒求得：3Si(NH )=====Si N＋8NH ↑。(4)结合题给信息，SiCl 与N、H 反应可得到
2 4 3 4 3 4 2 2
Si N 和HCl。
3 4
【答案】(1)SiO＋2NaOH===Na SiO＋HO
2 2 3 2
(2)①② (3)Si N
3 4
(4)3SiCl ＋2N＋6H=====Si N＋12HCl
4 2 2 3 4
18．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。以下是工业上
制取纯硅的一种方法：请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示)：
(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有________(填反应代号)。
(2)写出反应③的化学方程式_________________________________________________。
(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，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1 373～1 623 K反应，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)；分别通入W
溶液中能得到白色沉淀的气体是____________(填化学式)。
(5)工业上合成氨的原料H 的制法是先把焦炭与水蒸气反应生成水煤气，再提纯水煤气得到纯净的
2
H，提纯水煤气得到纯净的H 的化学方程式为____________________________________________。
2 2
【解析】反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO＋2C=====Si＋2CO↑，属于置换反
2
应；反应②是Si＋3HCl=====SiHCl ＋H，属于置换反应；反应③是SiHCl ＋H=====Si＋3HCl，属于置
3 2 3 2
换反应；反应④为特定条件下的反应：CO＋HO=====H＋CO，不属于置换反应。A、B、C分别为
2 2 2
CO、CO、HCl，其中CO 是温室气体，是节能减排的目标气体；CO 和HCl通入W(硅酸钠)溶液中能够生
2 2 2
成白色沉淀(硅酸)。
【答案】(1)①②③
(2)SiHCl ＋H=====Si＋3HCl
3 2
(3)SiO＋NaCO=====NaSiO＋CO↑
2 2 3 2 3 2
(4)CO CO 和HCl
2 2
(5)CO＋HO=====CO＋H、
2 2 2
CO＋Ca(OH) ===CaCO ↓＋HO
2 2 3 2
19．高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：
已知：①流化床反应器的主反应：Si＋3HCl=====SiHCl ＋H；
3 2②还原炉的主反应：SiHCl ＋H――→Si＋3HCl；
3 2
③SiHCl 极易水解：SiHCl ＋3HO===H SiO＋H↑＋3HCl↑。
3 3 2 2 3 2
回答下列问题：
(1)石英砂的主要成分为SiO，SiO 是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与
2 2
烧碱反应生成盐和水的是________(填标号)。
A．Al B．Al O C．CuO D．NaHCO
2 3 3
SiO 还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为____________。
2
(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为____________。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，
石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为____________。
(3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是_________________________________________
________________________________________________________________________(答出两条即可)。
(4)流化床反应器中除SiHCl 外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl 、SiHCl、SiHCl
3 4 2 2 3
等)，可以用分馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是
________________________________________________________________________。
(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是_____________________________________。
【解析】(1)铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，故A不符合题意；氧化铝与氢氧化钠溶液反
应生成偏铝酸钠和水，故B符合题意；氧化铜与氢氧化钠溶液不反应，故C不符合题意；碳酸氢钠与氢氧
化钠溶液反应生成碳酸钠和水，故D符合题意；SiO 还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物
2
质，这种酸为HF，HF属于共价化合物，其电子式为 。(2)二氧化硅与碳在高温下反应生成粗硅和
CO，对应的化学方程式为SiO＋2C=====Si＋2CO↑，石英砂和焦炭生成SiC的反应为SiO＋3C=====SiC
2 2
＋2CO↑，C元素化合价由0价降低为－4价，由0价升高为＋2价，C既是氧化剂又是还原剂，根据氧化还
原规则，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。(3)根据上述流程以及相关信息可知SiHCl 极易水解，反
3
应过程中会产生氢气，而空气中含有氧气和水蒸气，因此整个操作流程都需隔绝空气，原因是防止SiHCl
3
发生水解，防止硅被氧化，防止氢气与氧气反应而发生爆炸。(4)分馏或蒸馏主要是通过互溶液体混合物沸
点不同进行物质分离的方法，因此分馏操作的理论依据是各组分沸点相差较大。(5)根据流程转化示意图分
析可知上述操作流程中可以循环利用的物质是H、HCl。
2
【答案】(1)BD (2)SiO＋2C=====Si＋2CO↑ 1∶2 (3)防止SiHCl 发生水解、防止硅被氧
2 3
化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸 (4)各组分沸点相差较大 (5)H 、HCl
2
