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第13 讲 无机非金属材料
1．下列关于硅的说法不正确的是( )
A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
【答案】C
【解析】晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色、有金属光泽的非金属固体，故A 正确；硅常温下能和
HF 溶液、氢氧化钠溶液反应，故C 错误；在加热时，硅能与氧气或氯气反应生成二氧化硅或四氯化硅，
故D 正确。
2.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（ ）
A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B.碳化硅(SiC)的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C.光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1:2
【答案】D
【解析】A 项，在氮化硅中N 元素为-3 价，Si 元素为+4 价则化学式为Si3N4,正确；D 项，在SiO2晶体中，
一个硅原子与周围4 个氧原子形成4 个硅氧单键，错误。答案D
3.下列关于硅材料的说法不正确的是（ ）
A.钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同
B.制普通玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英砂
C.陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
D.水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂
【答案】D
【解析】钢化玻璃就是将普通退火玻璃先切制成要求尺寸，然后加热到接近软化点的700℃左右，再进行
快速均匀冷却而得到的玻璃，故钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同，A 正确；玻璃是传统硅酸盐产
品，制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英，故B 正确；陶瓷是传统无机非金属材料，是人类应用
很早的硅酸盐材料，故C 正确；水玻璃为硅酸钠的水溶液，属于混合物，故D 错误。答案：D
4．广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是( )
1
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文物
选项
A.南宋鎏金饰品
B.蒜头纹银盒
C.广彩瓷咖啡杯
D.铜镀金钟座
【答案】C
【解析】 鎏金饰品主要由合金材料制成，故A 项不符合题意；蒜头纹银盒的主要成分为金属银，故B 项
不符合题意；广彩瓷咖啡杯是由黏土等硅酸盐产品烧制而成，其主要成分为硅酸盐，故C 项符合题意；铜
镀金钟座由铜和金等金属制成，故D 项不符合题意。
5．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误
的是( )
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
【答案】A
【解析】 “雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A 项错误；秦兵
马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B 项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材
料，主要成分是硅酸盐，C 项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性
质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D 项正确。
6．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：
容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)=====SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋
H2=====Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是( )
A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B．①和②互为可逆反应
C．该流程中需要隔绝空气
D．粗硅制备不能通过SiO2――→SiCl4――→Si 实现
【答案】B
【解析】A 项，反应②中生成的HCl 在反应①中循环利用，反应①中生成的H2在反应②中循环利用，正
确；B 项，反应①与反应②的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C 项，高温条件下，Si、SiHCl3、H2
都与O2反应，故需隔绝空气，正确；D 项，SiO2不与HCl 反应，不能通过上述途径制硅，正确。
7.碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳
2
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米管的说法不正确的是（ ）
A.碳纳米管属于一种有机合成纤维
B 碳纳米管与金刚石互为同素异形体
C.常温下，碳纳米管具有较好的稳定性
D.碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料
【答案】A
【解析】碳纳米管是由碳元素组成的碳单质，不属于有机合成纤维，A 项错误；碳纳米管与金刚石是由碳
元素组成的不同单质，互为同素异形体，B 项正确；碳单质性质稳定，所以常温下，碳纳米管具有较好的
稳定性，C 项正确；碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，所以比表面积大，可用作新型储氢材
料，D 项正确。答案：A
8．水玻璃(Na2SiO3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。如图是用稻
壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
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发生改变
D．反应器中发生的反应为氧化还原反应
【答案】A
【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，错误；D 项，反
应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有元素化合价的变化，属于非氧化还原反
应，错误。
9．某二价金属的碳酸盐和酸式碳酸盐的混合物跟足量的稀盐酸反应，消耗H＋和生成CO2物质的量之比为
6∶5，则该混合物中碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量之比是( )
A．1∶1
B．1∶2
C．1∶3
D．1∶4
【答案】B
【解析】设碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量分别为x mol、y mol，则：
RCO3～2H＋～ CO2， R(HCO3)2～2H＋～ 2CO2
3
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1 2 1 1 2 2
x mol 2x mol x mol y mol 2y mol 2y mol
则有(2x mol＋2y mol)∶(x mol＋2y mol)＝6∶5，
解得x∶y＝1∶2。
10．硅及其化合物对人类现代文明具有特殊贡献。请回答下列有关问题：
(1)硅原子的结构示意图为___。
(2)下列物品或设备所用材料属于硅酸盐的是__ __(填字母)。
①长江三峡水泥大坝 ②光导纤维 ③陶瓷坩埚 ④普通玻璃 ⑤硅太阳能电池
A．①②③
B．③④⑤
C．②③④
D．①③④
下列说法正确的是__ __。
A．在粗硅的制取中发生2C＋SiO2=====2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性强于硅的还原性
B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在配磨口玻璃塞的试剂瓶中
C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2
D．由Na2CO3＋SiO2=====CO2↑＋Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸
(4)常温下，SiCl4为液态，沸点为57.6 ℃，在空气中冒白雾。制备高纯度硅的中间产物SiCl4中溶有液态杂
质，若要得到高纯度SiCl4，应采用的方法是__ __；用化学方程式及必要的文字解释SiCl4在空气中冒白雾
的原因：__ __
【答案】(1) _
(2) D (3) C (4) 蒸馏 SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋
H2SiO3↓，生成的HCl 与水蒸气结合形成盐酸小液滴，形成白雾
【解析】(3)A 项，该反应主要是因为CO 是气态物质，从混合物中逸出而容易发生，实际上Si 的还原性强
于C，A 错；硅酸钠本身即为矿物胶，可作黏合剂，使瓶塞、瓶口黏合不易打开，B 错；强酸制取弱酸的
适用对象是水溶液中的复分解反应，D 错。(4)分离液态混合物可用蒸馏的方法。
1．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、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不同
【答案】B
【解析】无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是
指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构
和特殊功能的非硅酸盐材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐
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高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。
2．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ③高纯度的硅单质广
泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
【答案】C
【解析】 几乎所有的岩石和矿物都含有硅酸盐或者二氧化硅，则硅是构成一些岩石和矿物的基本元素，
故①正确；水泥、玻璃是硅酸盐制品，水晶的主要成分是二氧化硅，故②错误；光导纤维的主要成分是二
氧化硅，故③错误；陶瓷的主要原料是黏土，则陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料，故④正确。
3．随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作，可以获取大量月球物质并进行成分
分析，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、正长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg 或Fe)2SiO4]等。下列说法或
分析不正确的是 ( )
A．辉石、正长石及橄榄石均属于硅酸盐矿
B．正长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2
C．橄榄石中铁元素为＋2 价
D．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气
【答案】B
【解析】根据辉石、正长石和橄榄石的化学式可知三者均属于硅酸盐矿，A 正确；根据元素化合价不变的
原则，将正长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，B 不正确；根据化合价代数和为
零，可知橄榄石中铁元素为＋2 价，C 正确；铁单质与氧气接触易被氧化，月球表层沙土中有游离态铁是
因为月球的表面几乎没有氧气，D 正确。
4．歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案
让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸
铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2 价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是 ( )
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱
D．x 等于6
【答案】C
【解析】根据化合物中正、负化合价的代数和为0 可得：(＋2)＋(＋2)＋(＋4)×2＋(－2)×x＝0，解得x＝6，
故D 项正确；硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化
硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，故A 正确；BaCuSi2O6性质较稳定，不容易
脱色，故B 项正确。
5．某二价金属的碳酸盐和酸式碳酸盐的混合物跟足量的稀盐酸反应，消耗H＋和生成CO2的物质的量之比
为6∶5，则该混合物中碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量之比是 ( )
A．1∶1
B．1∶2
5
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C．1∶3
D．1∶4
【答案】B
【解析】设碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量分别为x、y，则：
RCO3～2H＋～CO2，R(HCO3)2～2H＋～2CO2
1 2 1 1 2 2
x 2x x y 2y 2y
则有(2x＋2y)∶(x＋2y)＝6∶5，解得
x∶y＝1∶2。
6．甲、乙为单质，丙、丁为氧化物，它们存在如下转变：
满足条件的乙为 ( )
①Fe ②Cu ③Al ④Mg ⑤Si
A．①②
B．①②⑤
C．①②③⑤
D．①②④⑤
【答案】B
【解析】 ①Fe 可由铝与氧化铁通过置换反应制得。②Cu 可由氢气与氧化铜通过置换反应制得。③Al 只
能通过电解熔融的氧化铝制得，该反应不符合题述转化。④Mg 通过电解熔融的氯化镁制得，该反应不符
合题述转化。⑤Si 可由碳与二氧化硅通过置换反应制得。故①②⑤符合题意。
7．下列物质的转化在给定条件下能实现的是 ( )
A．SiO2――→H2SiO3――→Na2SiO3
B．饱和食盐水――→NaHCO3(s)――→Na2CO3(s)
C．海水――→Mg(OH)2(s)――→MgCl2(aq)――→Mg(s)
D．NH3――→N2――→HNO3
【答案】B
【解析】二氧化硅不能与水反应生成硅酸，故A 错误；饱和食盐水中通入氨气、二氧化碳能够反应生成碳
酸氢钠沉淀，碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠，故B 正确；电解氯化镁溶液不能生成单质镁，故C 错误；氮
气与氧气在水溶液中不反应，故D 错误。
8.材料与化学密切相关,表中对应关系错误的是( )
选项
材料
主要化学成分
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
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【答案】A
【解析】刚玉的主要成分是Al2O3,金刚石的成分是C,A 项错误;大理石、石灰石的主要成分都是CaCO3,B 项
正确;普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英为原料,经混合、粉碎,在玻璃熔炉中熔融而得到的硅酸盐产品,普通
水泥是以黏土和石灰石为主要原料,经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧,再加入适量石膏而得到的硅酸盐
产品,C 项正确;沙子和石英的主要成分都是SiO2,D 项正确。
9.下列有关说法正确的是( )
A.CO2与水反应生成碳酸,是酸性氧化物;SiO2不能与水反应生成硅酸(H2SiO3),不是酸性氧化物
B.NaOH 溶液不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放
C.除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质应选用水
D.粗硅制备时,发生的反应为C+SiO2
Si+CO2↑
【答案】B
【解析】A 项,酸性氧化物是能与碱反应生成盐和水的氧化物,虽然SiO2不能与水反应生成硅酸,但SiO2能与
NaOH 溶液反应生成硅酸钠和水,所以SiO2是酸性氧化物,错误;B 项,玻璃的成分中含二氧化硅,碱性试剂都不
能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放,正确;C 项,二氧化硅和碳酸钙都不溶于水,不能用水除去二氧化硅中少量的
碳酸钙杂质,错误;D 项,粗硅制备时的反应原理是2C+SiO2
Si+2CO↑,需在高温条件下反应,且产物中生成
的是CO,而不是CO2,错误。
10．水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧
化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是
__________________________________________，还可以使用____________代替硝酸。
(2)沉淀A 的主要成分是______________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为
_______________________________________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是_________________________________________________
________________________。沉淀B 的主要成分为____________、____________(填化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴
定反应为：MnO＋H＋＋H2C2O4―→Mn2＋＋CO2＋H2O。实验中称取0.400 g 水泥样品，滴定时消耗了0.050 0
7
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mol·L
－
1
的
KMnO4
溶液
36.00 mL ，则该水泥样品中钙的质量分数为
________________________________________________________________________。
【答案】 (1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2 (2)SiO2 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (3)防止
胶体生成，易于沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3 (4)45.0%
【解析】(1)水泥样品中含有铁的氧化物。加入盐酸后的溶液中可能含有Fe3＋、Fe2＋，Fe2＋在pH 为4～5 时
不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化剂将Fe2＋氧化为Fe3＋，故加入硝酸的目的是将样品中可能存在的
Fe2＋氧化为Fe3＋；双氧水是一种强氧化剂，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，本身被还原为水，不会引入新的杂质离
子，故可用双氧水代替硝酸。
(2)钙、铁、铝和镁等金属的氧化物都能溶于盐酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不与盐酸、硝酸反应，故沉
淀A 的主要成分为SiO2；二氧化硅可与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，该反应的化学方程式为SiO2＋
4HF===SiF4↑＋2H2O。
(3)Fe3＋和Al3＋在pH 为4～5 时可水解生成氢氧化铁、氢氧化铝，水解过程中会生成氢氧化铁胶体和氢氧化
铝胶体，不利于分离出沉淀，加热可使胶体聚沉，有利于分离出沉淀。
(4)根据化合价升降法、电荷守恒和质量守恒配平可得：2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋
8H2O，设含钙的物质的量为x mol，由反应方程式和钙元素守恒可得关系式：
5Ca2＋ ～ 5H2C2O4 ～ 2MnO
5 mol 2 mol
x mol 0.050 0 mol·L－1×36.00×10－3L
解得x＝4.5×10－3，则0.400 g 水泥样品中钙元素的质量为4.5×10－3 mol×40 g·mol－1＝
8
