2025届高中化学高考复习学案：硅、无机非金属材料

硅无机非金属材料（答案在最后）
1.掌握硅和二氧化硅的性质及应用，了解高纯硅的制备。

2．知道无机非金属材料等常见材料类型，结合实例认识材料组成、性能及应用的联系。

考点一硅和二氧化硅
1.硅单质
(1)存在：硅单质主要有晶体和无定形两大类。

(2)硅的工业制法及提纯
涉及的化学方程式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。

(3)用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。

2．二氧化硅
(1)存在：普通沙(细小的石英晶体)和水晶(纯石英，无色透明晶体)。

(2)物理性质：熔点高，硬度大，难溶于水。

(3)化学性质
写出下列反应的化学方程式
①SiO2与烧碱反应：______________________________________________。

②SiO2与碳酸钙反应：SiO2＋CaCO3高温
===CaSiO3＋CO2↑。

③SiO2与氧化钙反应：SiO2＋CaO 高温
===CaSiO3。

④SiO2与氢氟酸反应：______________________________________________。

(4)用途：光导纤维、光学仪器、电子部件等。

【易错诊断】判断正误，错误的说明理由。

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．Si是半导体材料，可用于制作太阳能电池：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

4．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：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

【教考衔接】
典例[2023·湖北卷，3]工业制备高纯硅的主要过程如下：
下列说法错误的是()
A．制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2C 高温
===Si＋2CO↑
B．1 mol Si含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023
C．原料气HCl和H2应充分去除水和氧气
D．生成SiHCl3的反应为熵减过程
【师说·延伸】硅及其常见化合物之间的转化
【对点演练】
考向一硅和二氧化硅的性质
1．二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 高温
===Si＋2CO↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2高温
===Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3C 高温
===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道理e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde
C．cde D．ab
2．化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息：
Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；
Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；
Ⅲ.SiH4在空气中自燃。

他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。

①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

考向二高纯硅的制备
3．制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。

三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：________________________________________________________________________。

(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。

SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：____________________________；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是________________________________________________________________________。

考点二无机非金属材料
1.
2.
Na2CO3＋SiO2高温
===____________________；
CaCO3＋SiO2高温
===____________________。

3．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。

【易错诊断】判断正误，错误的说明理由。

1．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

2．碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

3．压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

4．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

【教考衔接】
典例 1 [2022·河北卷，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
典例2 [2020·浙江7月，24]Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是()
A．可发生反应：Ca3SiO5+4NH4Cl △
===CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
B．具有吸水性，需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
【对点演练】
考向一传统无机非金属材料
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．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
考向二新型无机非金属材料
3．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：
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
4．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：______________________________。

▭〖温馨提示：请完成课时作业24〗
第24讲硅无机非金属材料
考点一
夯实·必备知识
1．(2)①SiO2＋2C 高温
===Si＋2CO↑②Si＋2Cl2△
===SiCl4
③SiCl4＋2H2△
===Si＋4HCl
2．(3)①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
易错诊断
1．错误。

12C、13C、14C是碳的三种同位素。

2．错误。

金刚石和石墨互为同素异形体，化学性质相似，物理性质不同。

3．正确。

4．错误。

SiO2与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O无盐生成，故SiO2是酸性氧化物。

突破·关键能力
教考衔接
典例 解析：SiO 2和C 在高温下发生反应生成Si 和CO ，因此，制备粗硅的反应方程
式为SiO 2＋2C 高温===
Si ＋2CO ↑，A 说法正确；在晶体硅中，每个Si 与其周围的4个Si 形成
共价键并形成立体空间网状结构，因此，平均每个Si 形成2个共价键， 1 mol Si 含Si—Si 键的数目约为2×6.02×1023，B 说法错误；H 2在高温下遇到氧气能发生反应生成水，且其易燃易爆，其与SiHCl 3在高温下反应生成硅和HCl ，因此，原料气HCl 和H 2应充分去除水
和氧气 ，C 说法正确；Si ＋3HCl(g) 300 ℃
===
SiHCl 3(g)＋H 2(g)，该反应是气体分子数减少的反
应，因此，生成SiHCl 3的反应为熵减过程，D 说法正确；综上所述，本题选B 。

答案：B
对点演练
1．解析：通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a 、c 判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b 判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d 判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e 判断也正确。

答案：B
2．答案：①2Mg ＋SiO 2高温=== 2MgO ＋Si 、2Mg ＋Si 高温===
Mg 2Si
②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH 4可自燃，即发生反应
Mg 2Si ＋2H 2SO 4===2MgSO 4＋SiH 4↑，
SiH 4＋2O 2===SiO 2＋2H 2O
3．答案：(1)SiHCl 3＋H 21 357 K ===
Si ＋3HCl
(2)SiHCl 3＋3H 2O===H 2SiO 3↓＋H 2↑＋3HCl 高温下，H 2遇O 2发生爆炸
考点二
夯实·必备知识
2．Na 2SiO 3＋CO 2↑ CaSiO 3＋CO 2↑
易错诊断
1．错误。

沙子的主要成分为二氧化硅。

2．正确。

3．正确。

4．错误。

使用陶瓷比使用玻璃早。

突破·关键能力
教考衔接
典例1 解析：陶器瓷器是用黏土等无机非金属矿物为原料制作而成的，陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，故A 正确；陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是氧化物，因此主要成分不是SiO 2和MgO ，故B 错误；陶
瓷烧制过程发生复杂的物理、化学反应，有新物质生成，属于化学变化，故C错误；Fe2＋、Fe3＋和铁的氧化物均有颜色，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，故D错误；故选A。

答案：A
典例2解析：加热时氯化铵分解生成HCl和氨气，HCl与Ca3SiO5反应得到硅酸钙、氯化钙和水，A项正确；水泥吸水会变硬，需密封保存，B项正确；Ca3SiO5能与二氧化硫反应得到亚硫酸钙，C项正确；由分析可知，Ca3SiO5与足量盐酸反应得到H2SiO3沉淀，D 项错误。

答案：D
对点演练
1．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。

答案：A
2．答案：(1)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)石灰石Na2CO3＋SiO2高温
===Na2SiO3＋CO2↑(或CaCO3＋SiO2高温
===CaSiO3＋CO2↑)
(3)SiO2(4)D
3．解析：石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，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，所以它具有一定的亲水性，D正确。

答案：D
4．答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(2)①②(3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2高温
===Si3N4＋12HCl。