文档内容
无机非金属材料
重难点 题型 分值
1. 掌握硅、二氧化硅的存在、结构特点和性质；
2. 了解硅在无机非金属材料中的生产和应用；
重点
3. 重点掌握二氧化硅的化学性质 选 择 和
4-6分
4. 了解硅酸钠的性质和主要用途 填空
掌握硅、二氧化硅的存在、结构特点和性质；
难点
了解硅酸钠的性质和主要用途
核心知识点一：
一、硅酸盐材料
硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一大类
结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳定。
1. 硅酸
（1）物理性质
不溶于水、无色透明、胶状（硅胶）。
硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可
以用催化剂的载体。
（2）化学性质
第1页①弱酸性：所以在与碱反应时只能与强碱反应
HSiO + 2NaOH＝NaSiO + H O HSiO + 2OH－＝SiO2－ + 2H O
2 3 2 3 2 2 3 3 2
比碳酸酸性弱：NaSiO+CO +H O＝NaCO+ HSiO
2 3 2 2 2 3 2 3
②硅酸的热稳定性较弱，受热易分解为SiO 和水：HSiO HO＋SiO
2 2 3 2 2
（3）制备方法
由于SiO 不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般用可溶性硅酸盐+酸制得。
2
在试管中加入3~5mL Na SiO 溶液（饱和NaSiO 溶液按1∶2或1∶3的体积比
2 3 2 3
实验步骤 用水稀释），滴入1~2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振
荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象
滴加酚酞溶液后，溶液显红色；滴加盐酸后，溶液的红色逐渐消失，生成软而
实验现象
透明的胶冻状的凝胶
实验结论 硅酸钠溶液显碱性，可与酸反应；硅酸为白色固体，难溶于水
NaSiO + 2HCl＝2NaCl + H SiO ↓ SiO 2－+ 2H+＝HSiO ↓
2 3 2 3 3 2 3
【注意】①硅酸不溶于水，不能用SiO 与水反应制取硅酸
2
②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO 也可以制取硅
2
酸：
NaSiO＋CO＋HO＝NaCO＋HSiO ↓ SiO 2－＋CO＋HO＝CO2－＋HSiO ↓
2 3 2 2 2 3 2 3 3 2 2 3 2 3
③如前所述，SiO ＋NaCO NaSiO ＋CO↑，该反应在高温条件下进行，有利
2 2 3 2 3 2
于CO 从体系中挥发出来，而SiO 为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难
2 2
挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理；而上述反应“NaSiO+CO +H O＝NaCO+ H SiO↓”
2 3 2 2 2 3 2 3
可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛
盾
【想一想】碳酸和硅酸的酸性比较
2. 硅酸钠
（1）物理性质：最简单的硅酸盐是硅酸钠（NaSiO ），可溶于水，其水溶液俗称水
2 3
玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装，但是不能用玻璃塞，应用橡胶塞或木塞。
第2页②玻璃中含有二氧化硅，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。
（2）化学性质
①硅酸钠水溶液呈碱性，使酚酞溶液变红。
②硅酸钠与酸反应生成硅酸
由于硅酸是比碳酸还弱的酸，所以水玻璃易跟碳酸（CO＋HO）及更强的酸反应，生
2 2
成难溶于水的硅酸，如：
①通入少量的CO：NaSiO＋CO＋HO＝NaCO＋HSiO ↓
2 2 3 2 2 2 3 2 3
SiO2－＋CO＋HO＝CO2－＋HSiO ↓
3 2 2 3 2 3
由此可知NaSiO 水溶液在空气中易变质
2 3
②通入过量的CO：NaSiO＋2CO＋2HO＝2NaHCO ＋HSiO ↓
2 2 3 2 2 3 2 3
SiO2－＋2CO＋2HO＝2HCO －＋HSiO ↓
3 2 2 3 2 3
（3）硅酸盐的组成
①表示方法：与其他盐不同，硅酸盐的组成相当复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物
的形式表示他们的组成，其通式为aMO •bSiO•cHO。式中aMO 表示金属氧化物。
x y 2 2 x y
②书写方式：找出组成元素→写成氧化物形式→原子守恒→检查有无遗漏→氧化物之
间用“•”隔开。
③书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
例如：NaSiO 可表示为NaO·SiO ； CaSiO 可表示为CaO·SiO ；
2 3 2 3 2
石棉可表示为CaO·3MgO·4SiO
2
【注意】低价金属氧化物写在前，高价金属氧化物写在后；活泼金属的氧化物写在前，
不活泼金属的氧化物写在后。
3. 硅酸盐材料
水泥 玻璃 陶瓷
原料 黏土、石灰石 石灰石、石英、纯碱 黏土
设备 水泥回转窑 玻璃熔炉 陶瓷窑
复杂的物理、化学变化过程。 主 要 反 应 ： NaCO 与
2 3
（加入适量石膏，调节水泥的硬 CaCO 各自与SiO 在高温 加水混合→成型→干
3 2
变化
化速度。研成细粉就得到普通水 条件下反应生成 NaSiO 燥→烧结→冷却
2 3
泥，熔融制得水泥具有水硬性） 与CO、CaSiO 与CO
2 3 2
硅酸三钙（3CaO·SiO）
2
硅酸钠、硅酸钙和二氧化
组成 硅酸二钙（2CaO·SiO） 硅酸盐
2
硅
铝酸三钙（3CaO·AlO）
2 3
第3页在工农业、科技生
玻璃瓶、化学实验用的玻
用途 重要的建筑材料 活、实验室中使用广
璃仪器、窗玻璃等
泛
核心知识点二：
二、新型无机非金属材料
1. 硅单质
（1）存在
硅在地壳中的含量为26. 3％，仅次于氧。硅元素在自然界全部以化合态存在。单质硅
有晶体和无定形两种，硅是构成矿物和岩石的主要元素。
（2）物理性质
①硅在元素周期表中处理金属与非金属的过渡位置。晶体硅的导电性介于导体和绝缘
体之间，是良好的半导体材料。
带有金属光泽的灰黑色固体，晶体硅的熔点高（1410℃）、硬度大、有脆性。
②用途：晶体硅的用途广泛，可以用来制造晶体管、光电池，硅芯片是各种计算机、
微电子产品的核心。
（3）化学性质
硅和碳是元素周期表里ⅣA族的元素，并且是上下邻居，它们原子结构的共同点是最
外层是4个电子，但电子层数不同，碳原子和硅原子都既不容易失电子又不容易得电子，
主要通过共用电子对形成正四价的化合物。碳单质和硅单质的主要化学性质既有相似性又
有差异性
（1）常温下化学性质不活泼，除与O 、F 、Cl 、HF、NaOH反应，一般不与其它物
2 2 2
质反应
Si＋2 O SiO
2 2
Si＋2F＝SiF
2 4
Si＋2 Cl SiCl
2 4
Si + 4HF＝SiF↑ + 2H ↑
4 2
Si + 2NaOH+H O＝NaSiO + 2H ↑
2 2 3 2
第4页（2）加热时可与O、Cl 等非金属反应
2 2
2. 二氧化硅
（1）存在
二氧化硅是硅最重要的化合物
地球上存在的天然二氧化硅，其存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。
存在形式：硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子等（硅元素的亲氧性）
（2）结构
SiO 晶体具有多种晶型，其基本结构单元是如图所示的四面体，每个 Si周围结合4个
2
O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个
四面体所共有，即每个O跟2个Si相结合。实际上，SiO 晶体是由 S i 和 O 按 1 ∶ 2 的比例
2
所构成的立体网状结构的原子晶体，因此，通常用 SiO 来表示二氧化硅的组成，但并不存
2
在单独的 SiO 分子。
2
SiO 的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上 SiO 在自然界的广泛存在，
2 2
从古到今都被人类广泛地应用着
（3）物理性质
熔点高、硬度大、难溶于水
（4）用途
光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、建筑材料、饰品等；
但人长期吸入含有SiO 的粉尘就会患硅肺病（旧称为矽肺病）
2
（5）化学性质
①二氧化硅的化学性质很不活泼，氢氟酸（HF）是唯一可以与之发生反应的酸：
SiO+4HF=SiF ↑+2H O
2 4 2
②SiO 是酸性氧化物，它可能发生哪些反应呢？
2
与碱性氧化物反应生成盐：SiO＋CaO CaSiO
2 3
③与强碱反应生成盐：SiO＋2NaOH＝NaSiO＋HO（在常温下反应进行得比较慢）
2 2 3 2
SiO＋2OH－＝SiO2－＋HO
2 3 2
实验室盛装 NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？
是因为该反应生成的NaSiO 是一种矿物胶，日久能使瓶口与瓶塞发生黏合
2 3
第5页④与盐反应，在高温下，SiO 能与纯碱、大理石反应：
2
SiO＋NaCO NaSiO＋CO↑ SiO ＋CaCO CaSiO ＋CO↑
2 2 3 2 3 2 2 3 3 2
说明：上述两个反应是玻璃工业生产的主要原理
⑤与碳反应
SiO 中硅元素的化合价为＋4价，这是硅元素的最高化合价，因此具有一定的氧化性，
2
如SiO 在高温下能被C还原，制取粗硅。
2
SiO＋2C Si＋2CO↑
2
核心知识点一：
证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（ ）
A. 二氧化碳是气体，二氧化硅是固体
B. 二氧化硅的熔点比二氧化碳高
C. 二氧化碳溶于水形成碳酸，二氧化硅难溶于水
D. 二氧化碳通入硅酸钠溶液中析出硅酸沉淀
【答案】D
【解析】A. 二氧化碳是气体，二氧化硅是固体，与其对应酸的强弱无关，所以不能证
明硅酸酸性弱于碳酸，故A不选；B. 二氧化硅的熔点比二氧化碳高，与其对应酸的强弱无
关，所以不能证明硅酸酸性弱于碳酸，故B不选；C. 二氧化碳溶于水形成碳酸，二氧化硅
难溶于水，与其对应酸的强弱无关，所以不能证明硅酸酸性弱于碳酸，故C不选；D. 二氧
化碳通入硅酸钠溶液中析出硅酸沉淀，则碳酸和硅酸钠反应生成硅酸，强酸制取弱酸，所
以能说明硅酸酸性弱于碳酸，故D选项正确。
【考点】二氧化硅的性质
利用如图所示装置进行实验，将仪器a中的溶液滴入b中，根据c中所盛溶液，预测其
中现象的是 （ ）
第6页选型 a b c C试管中现象
A 浓盐酸 KMnO FeCl 溶液 溶液变棕黄色
4 2
B 稀硫酸 NaSO 溴水 产生浅黄色沉淀
2 2 3
C 硼酸 NaCO NaSiO 溶液 析出白色沉淀
2 3 2 3
D 浓硫酸 铁片 KI-淀粉溶液 溶液变蓝色
【答案】A
【解析】浓盐酸被高锰酸钾氧化生成氯气，氯气氧化氯化亚铁生成氯化铁，溶液变为
棕黄色，A正确；稀硫酸和硫代硫酸钠反应生成S和SO ，SO 被溴水氧化生成硫酸，得不
2 2
到浅黄色沉淀，B错误；硼酸的酸性弱于碳酸，不能与碳酸钠反应，C错误；常温下铁在
浓硫酸中饨化，D错误。
【考点】硅酸的酸性
核心知识点二：
证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是（ ）
A. 加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出
B. 加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解
C. 加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成
D. 先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投
入氢氧化钠溶液中看其是否溶解
【答案】D
【解析】SiO 不溶于除氢氟酸以外的酸，CaO、CaCO 均可溶于盐酸，且CaCO 溶于
2 3 3
盐酸时会有气泡产生，SiO 能溶于NaOH溶液。
2
【考点】二氧化硅的化学性质
晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；②粗硅与干
燥的HCl气体反应制得SiHCl （Si+3HCl SiHCl +H ）；③SiHCl 与过量的H
3 3 2 3 2
在1 100～1 200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl 能与水剧烈反应，在空气中易自燃。
3
第7页请回答：
（1）第一步制取粗硅反应的化学方程式为__________________________。
（2）粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl （沸点33. 0 ℃）中含有少量
3
SiCl （沸点57. 6 ℃）和HCl（沸点-84. 7 ℃），提纯SiHCl 采用的方法为______。
4 3
（3）实验室用SiHCl 与过量的H 反应制取纯硅装置如图所示（加热和夹持装置略
3 2
去）：
①装置 B 中的试剂是 ___________，装置 C 中的烧杯需要加热，目的是
___________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________________，装置D不能
采用普通玻璃管的原因是____________________________________，装置D中发生反应的
化学方程式是______________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温
度以及________________________。
【答案】（1）SiO+2C Si+2CO↑ （2）分馏（或蒸馏）
2
（3）①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl 汽化 ②有固体物质生成 在题给反应温度下
3
（1 100～1 200 ℃），普通的玻璃会软化 SiHCl +H Si+3HCl
3 2
③排尽装置中的空气
【解析】（1）粗硅的制取是用碳还原二氧化硅，化学方程式为 SiO+2C
2
Si+2CO↑。（2）SiHCl 与SiCl 、HCl沸点相差很大，可用分馏法提纯SiHCl 。（3）①因
3 4 3
SiHCl 与水剧烈反应，故A中产生的H 必须干燥，因此B中的试剂为浓硫酸，且C中烧瓶
3 2
需加热，其目的是使SiHCl 汽化，加快其与H 的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，
3 2
故D中有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 100～1 200 ℃，此温度下普通的
玻璃容易软化。③因高温下H 与O 反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。
2 2
【考点】硅的制备
（答题时间：25分钟）
一、选择题
第8页1. 下列试剂中，能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是（ ）
A. 氢氟酸 B. 氢氧化钠溶液 C. 盐酸 D. 水玻璃
2. 下列物质中在一定条件下能与SiO 起反应的是（ ）
2
①浓HSO ；②HO；③浓硝酸；④氢氟酸；⑤KOH溶液；⑥氧化钙；⑦碳酸钠
2 4 2
A. ①②⑥ B. ②④ C. ④⑤⑥⑦ D. ③④⑤⑥
3. 下列反应不能一步完成的是（ ）
A. SiO →NaSiO B. SiO →HSiO
2 2 3 2 2 3
C. Na SiO→HSiO D. H SiO→SiO
2 3 2 3 2 3 2
4. 下列关于二氧化硅和二氧化碳的说法中错误的是（ ）
A. 与二氧化碳分子相似， 1个硅原子和2个氧原子构成1个二氧化硅分子
B. 通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体
C. 二氧化硅和二氧化碳都能与氧化钙反应生成盐
D. 二氧化硅和二氧化碳都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水
5. 下列叙述中，正确的是（ ）
A. 可用带玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH溶液
B. SiO 和CO 都是酸性氧化物，既能与水反应，又能与NaOH溶液反应
2 2
C. SiO 与纯碱在高温条件下反应生成CO，说明硅酸的酸性比碳酸强
2 2
D. 石灰石是工业制备普通玻璃和水泥的共同原料
6. 《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”，“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. 沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B. “燃薪举火”使黏土发生复杂的物理、化学变化
C. 烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D. 黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
7. 下列关于无机非金属材料的说法中正确的是（ ）
A. 传统无机非金属材料是指：光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B. 新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C. 高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D. 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
第9页第10页1.【答案】C
【解析】氢氟酸应该保存在塑料瓶中；保存氢氧化钠溶液用橡胶塞或软木塞；水玻璃
具有黏性，能使玻璃瓶与瓶塞牢固地黏在一起，也应该用橡胶塞或软木塞。
2.【答案】C
【解析】①SiO 是酸性氧化物，与浓HSO 不能反应，①不符合题意；
2 2 4
②HO与SiO 不能反应，②不符合题意；
2 2
③SiO 是酸性氧化物，与浓硝酸不能反应，③不符合题意；
2
④氢氟酸与SiO 反应生成SiF、HO，④符合题意；
2 4 2
⑤SiO 是酸性氧化物，与强碱KOH溶液反应生成KSiO、HO，⑤符合题意；
2 2 3 2
⑥氧化钙是碱性氧化物，可以与SiO 在高温下反应生成硅酸钙，⑥符合题意；
2
⑦SiO 与碳酸钠在高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳，⑦符合题意；
2
可以与二氧化硅反应的为④⑤⑥⑦，因此合理选项是C。
3.【答案】B
【解析】二氧化硅可与氢氧化钠直接反应生成硅酸钠；NaSiO 溶液中通入CO 或加入
2 3 2
盐酸都可以生成HSiO；硅酸可直接加热分解生成二氧化硅，故只有B符合题意。
2 3
4.【答案】A
【解析】A. 二氧化硅为原子晶体，是由硅原子与氧原子构成，不存在分子，故A错误；
B. 通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体，故B正确；C. 二氧化硅和二氧化碳
均为酸性氧化物，都能够与碱性氧化物氧化钙反应生成盐，故C正确；D. 二氧化硅和二氧
化碳均为酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水，故D正确。
5.【答案】D
【解析】A. NaOH溶液能够与玻璃的成分SiO 反应产生可溶性的硅酸钠，硅酸钠有粘
2
性，会将玻璃塞与试剂瓶黏在一起，因此不可用带玻璃塞的玻璃瓶盛放 NaOH溶液，A错
误；B. SiO 是难溶于水的酸性氧化物，B错误；C. SiO 与纯碱在高温条件下反应生成
2 2
CO ，是因为硅酸酸酐的沸点比碳酸酸酐的沸点高，与酸性强弱无关，C错误；D. 制取普
2
通玻璃的原料是石灰石、纯碱、二氧化硅，制取水泥的原料是黏土、石灰石，因此石灰石
是工业制备普通玻璃和水泥的共同原料，D正确。
6.【答案】A
【解析】A项，沙子的主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐，错误；B项，硅酸盐工业
煅烧过程中发生一系列复杂的物理、化学变化，正确；C项，自然冷却生成的物质中铁元
素为+3价，所以为红瓦，浇水过程中，水在高温下与碳反应生成还原性气体CO，Fe3+被还
原为Fe2+，所以成青瓦，正确；D项，砖瓦和陶瓷的主要原料为黏土，正确。
第11页7.【答案】C
【解析】A项中，光导纤维是新型无机非金属材料；B项中，强度比较差是错误的；D
项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。
第12页
