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考点一：碳族元素 硅和二氧化硅
1．碳族元素概述
(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA 族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为 。
(2)碳的单质
①碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为 。
②几种单质的结构特点
金刚石： 空间网状结构；石墨： 层状结构，C60是由60 个碳原子形成的足球状分子晶
体。
2．硅单质
3．二氧化硅
第15 讲 硅 无机非金属材料
01 掌握Si 元素的单质及其重要化合物的性质及应用。
02 掌握无机非金属材料的性质和用途。
重点·夯基易错
1
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1．12C、13C、14C 是碳的三种同素异形体( )
2．金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质( )
3．石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应( )
4．Si 是半导体材料，可用于制作太阳能电池( )
5．SiO2与NaOH 溶液反应生成盐和水，也可以和氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物( )
6．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。( )
7．晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。( )
8．二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸。( )
9．SiO2可与氢氟酸反应，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。( )
10．向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强。(
)
(1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。
(2)NaOH 溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。
(3)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电炉中进行，得到的氧化产物是CO 而不是CO2。
(4)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O 为氧化剂。
Si＋2NaOH＋4H2O===Na2SiO3＋2H2↑＋3H2O。
方法·规律总结
2
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(5)SiO2虽然即能与NaOH 溶液反应，又能与氢氟酸反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物。
(6)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，SiO2虽然是H2SiO3的酸酐，但它不与水反应，不能直接与水作
用制备H2SiO3。
(7)不能依据反应2C＋SiO2=====Si＋2CO↑来说明C 的还原性比Si 强，也不能依据反应SiO2＋
Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。
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
2．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e 是
对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2C=====Si＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde C．cde D．ab
1．（2024·河北·高考真题）燕赵大地历史悠久，文化灿烂。对下列河北博物院馆藏文物的说法错误的是
点拨·能力培养
真题·明考向
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A．青铜铺首主要成分是铜锡合金
B．透雕白玉璧主要成分是硅酸盐
C．石质浮雕主要成分是碳酸钙
D．青花釉里红瓷盖罐主要成分是硫酸钙
2．（2023·天津·高考真题）下列常见物质及用途，错误的是
A．氢氧化铝可用于治疗胃酸过多
B．SiO2可用于制造光导纤维
C．Fe2O3是铁红，可以用作染料
D．钠起火，可以使用水基灭火器扑灭
考点二：无机非金属材料
1．常见硅酸盐材料比较
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
2.新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。
(2)碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
(3)特殊功能的含硅材料
①碳化硅共价晶体，具有金刚石结构，可用作磨料。
②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
1．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐( )
2．二氧化硅可用于生产玻璃( )
3．碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作( )
4．压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化( )
5．石墨烯的电阻率低，热导率也低( )
6．传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料( )
重点·夯基易错
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1．新型无机非金属材料
材料类别
主要特性
示例
用途
高温结构
陶瓷
能承受高
温，强度高
氮化硅
陶瓷
汽轮机叶片、轴承、永
久性模具等
半导体
陶瓷
具有电学
特性
二氧化锡
陶瓷
集成电路中的半导体
光学材料
具有光
学特性
光导纤维
光缆通信、医疗、照明
等
生物陶瓷
具有生
物功能
氧化铝
陶瓷
人造骨骼、人造关节、
接骨螺钉
2．特殊功能的含硅材料
(1)SiC(俗称_ __)具有类似于金刚石的结构，硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料。
(2)含硅4%硅钢具有很高的导磁性，可用作_ __的铁芯。
(3)硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。
1．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
2．新材料的新秀——石墨烯和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：
方法·规律总结
点拨·能力培养
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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
1．（2023·湖北·高考真题）工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂
粗硅
高纯硅
下列说法错误的是
A．制备粗硅的反应方程式为
B．1molSi 含Si-Si 键的数目约为
C．原料气HCl 和
应充分去除水和氧气
D．生成
的反应为熵减过程
2．（2022·河北·高考真题）化学是材料科学的基础。下列说法错误的是
A．制造5G 芯片的氮化铝晶圆属于无机非金属材料
B．制造阻燃或防火线缆的橡胶不能由加聚反应合成
C．制造特种防护服的芳纶纤维属于有机高分子材料
D．可降解聚乳酸塑料的推广应用可减少“白色污染”
真题·明考向
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3．（2022·河北·高考真题）定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是
A．传统陶瓷是典型的绝缘材料
B．陶瓷主要成分为
和
C．陶瓷烧制的过程为物理变化
D．白瓷的白色是因铁含量较高
4．（2022·浙江·高考真题）尖晶石矿的主要成分为
(含
杂质)。已知：
。该反应难以发生，但采用“加炭氯化法”可以
制备
和
，同时还可得到副产物
(
沸点为
，
在
升华)：
。下列说法不正确的是
A．制备时要保持无水环境
B．输送气态产物的管道温度要保持在
以上
C．氯化时加炭，既增大了反应的趋势，又为氯化提供了能量
D．为避免产生大量
，反应过程中需保持炭过量
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维( × )
(2)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光导纤维( √ )
(3)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一( √ )
(4)单晶硅熔点高，所以可用作半导体材料( × )
(5)冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料( √ )
(6)火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料( × )
演练·提能力
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2．（2022·浙江·高考真题）下列说法不正确的是
A．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维
B．高压钠灯发出的黄光透雾能力强、射程远，可用于道路照明
C．氧化铝熔点高，常用于制造耐高温材料
D．用石灰石-石膏法对燃煤烟气进行脱硫，同时可得到石膏
3．（2022·广东·高考真题）陈述Ⅰ和Ⅱ均正确但不具有因果关系的是
选
项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
A
用焦炭和石英砂制取粗硅
可制作光导纤维
B
利用海水制取溴和镁单质
可被氧化，
可被还原
C
石油裂解气能使溴的
溶液褪色
石油裂解可得到乙烯等不饱和烃
D
水解可生成
胶体
可用作净水剂
A．A
B．B
C．C
D．D
4．（2024·广东·高考真题）嘀嗒嘀嗒，时间都去哪儿了！计时器的发展史铭刻着化学的贡献。下列说法不
正确的是
A．制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料
B．机械表中由钼钴镍铬等元素组成的发条，其材质属于合金
C．基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为
D．目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准，
的质子数为55
5．（2024 高三·全国·专题练习）我国“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金。下面有关合金的
说法中正确的是
A．钛合金是一种新型金属单质
B．
合金是新型储氢合金
C．钛合金的性质与钛单质相同
D．钢和硬铝中都没有非金属元素
6．（2024·辽宁沈阳·模拟预测）下列关于物质的性质、用途等描述错误的是
A．工业上，用氯气和热的石灰乳制备漂白粉、漂粉精
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B．在葡萄酒中添加适量的SO2能杀灭微生物并防止葡萄酒的氧化变质
C．储氢合金是一类能大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料
D．高铁酸钾(K2FeO4)在水处理过程中涉及的变化过程有：氧化还原反应、蛋白质变性、盐类水解、胶
体聚沉等
7．(2022·河北，1)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是( )
A．传统陶瓷是典型的绝缘材料
B．陶瓷主要成分为SiO2和MgO
C．陶瓷烧制的过程为物理变化
D．白瓷的白色是因铁含量较高
8．(2022·广东，3)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( )
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
9．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
10．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
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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
11．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 mol·L
－
1
的
KMnO4
溶液
36.00 mL ，则该水泥样品中钙的质量分数为
________________________________________________________________________。
12．晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：
①粗硅与干燥的HCl 气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCl=====SiHCl3＋H2；
②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。
回答相关问题：
(1)粗硅与HCl 气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5 ℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和
HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方法为______________________________。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：
①在加热D 装置前应先打开A 装置中分液漏斗的活塞，目的是_________________________。
②C 装置中烧瓶需要加热，采用的方法是____________________________________________。
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13．世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000 多块铝板和1 200 多块玻璃等建成。
(1) 铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为__________________________ 、
_______________________________________________(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是____________________。制备普通玻璃的主要反应
的化学方程式为________________________________(任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化学式)。
(4)要将NaOH 高温熔化，下列坩埚中可选用的是________(填字母)。
A．普通玻璃坩埚
B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚
D．铁坩埚
14．氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，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—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题：
(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____________(填序号)。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A 气体，则氮化硅的化学式为
____________。
(4)在高温下将SiCl4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下化
合生成A。写出SiCl4与B 和C 两种气体反应的化学方程式：_________________
_______________________________________________________________________________。
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