第14讲 硅及其重要的化合物-2021年高考化学复习考点

第14讲 硅及其重要的化合物

1．了解Si 元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。

2．了解Si 元素单质及其重要化合物对环境的影响。

知识点一 单质硅的结构和性质

1．硅的存在

（1）形态：在自然界中只有________态

（2）形式：________和_______的形式存在

2．晶体硅的结构

（1）构成微粒__________，作用力：__________

（2）立体构型

①基本构型：___________，杂化方式_________

②键角：___________

③最小的环：_____元环

④Si -Si 键数/mol ：_____

（3）晶胞结构（晶胞参数为a cm ，硅的半径为r cm ）

①配位数：___________

②含硅原子数：___________

③晶胞密度：____________________

④晶胞利用率：_______________

3．物理性质

（1）色、态：晶体硅是_______色、有_____光泽的固体

（2）导电性：良好的________材料

4．化合价：最高正价为______，最低负价为______

5．稳定性：Si ------------------------------------→H 2、O 2、Cl 2、硫酸、硝酸常温

不反应 6．还原性

（1）常温下与F 2、HF 、NaOH 溶液反应

①F 2：Si+F 2

②HF ：Si+HF ↑+

③NaOH ：Si+NaOH ++

↑

（2）高温下与O 2、Cl 2、C 等化合

①Si+O 2

__________ ②Si+Cl 2

__________ ③Si+C __________

（3）Si 与NaOH 溶液反应的原理

①置换反应：Si+H 2O

+↑ ②中和反应：+NaOH

+

③还原剂是______，氧化剂是______

7．弱氧化性：Si+2H 2SiH 4

8．工业制法

（1）流程一：SiO 2粗硅SiCl 4高纯硅

①C+SiO 2+↑

②Cl 2+Si

③SiCl 4+H 2+

（2）流程二：SiO 2粗硅SiHCl 3高纯硅

①Si+HCl SiHCl 3+

②SiHCl 3+H 2+

9．硅的用途

（1）晶体硅

①制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件

②制造太阳能电池等

（2）硅合金

①含硅4%的钢具有______性，用来制造变压器铁芯

②含硅15%的钢具有_____性，用来制造耐酸设备

题组一 单质硅的结构和性质

【典例1】将15.6gNa 2O 2与8.4g 200mL ，再向溶液中缓缓通入6.72L 标准状况下HCl 气体，若反应过程溶液体积不变，则下列叙述正确的是（ ）。

A ．根据硅元素守恒，生成沉淀23.4g

B ．所得溶液pH ＜7

C ．根据钠元素守恒，溶液中NaCl 物质的量浓度为2mol/L

D ．所得溶液c （Na +）＞c （Cl －）+2c （SiO 32－）+c （HSiO 3－）

【解析】选D 。n （Na 2O 2）＝78g/mol 15.6g ＝0.2mol ，n （Si ）＝28g/mol

8.4g ＝0.3mol ，n （HCl ）＝22.4L/mol 6.72L ＝0.3mol ，由2Na 2O 2+2H 2O ＝4NaOH+O 2↑，n （NaOH ）＝2n （Na 2O 2）＝2×0.2mol ＝0.4mol 。根据Si+2NaOH+H 2O ＝Na 2SiO 3+2H 2↑，0.4mol NaOH 完全反应需要消耗0.2mol 硅单质，所以剩余0.1mol 硅单质，生成的氢氧化钠全部反应；生成硅酸钠为0.2mol ，根据Na 2SiO 3+2HCl ＝H 2SiO 3↓+2NaCl ，0.3mol HCl 完全反应需要消耗0.15mol Na 2SiO 3，而生成的Na 2SiO 3一共0.2mol ，所以硅酸钠剩余，氯化氢全部反应；反应了硅酸钠0.15mol ，生成硅酸0.15mol ；生成氯化钠0.3mol ；硅元素未全部反应，得到的沉淀为0.1mol 硅单质和0.15mol 硅，质

量为0.1mol×28g ?mol －1+0.15mol×78g ?mol －1＝14.5g ，故A 错误；所得溶液为剩余的硅酸钠溶液，水解显碱

性，即pH ＞7，故B 错误；根据上述计算生成氯化钠0.3mol ，浓度为0.3mol/0.2L ＝1.5mol ?L －1故C 错误；

所得溶液中存在电荷守恒为c （Na +）+c （H +）＝c （Cl －）+2c （SiO 32－）+c （HSiO 3－）+c （OH －），最后溶

液c （OH －）＞c （H +），所以c （Na +）＞c （Cl －）+2c （SiO 32－）+c （HSiO 3－）；故D 正确。

【易错提醒】硅单质的特殊性

（1）硅化学性质不活泼，但自然界中却没有游离态的硅。

（2）非金属单质一般为非导体，但Si 为半导体。

（3）Si 的还原性大于C ，但C 却能在高温下还原出Si ：SiO 2+2C Si+2CO ↑。

（4）非金属单质跟强碱溶液作用一般无H 2放出，但Si 却能反应放出H 2：Si+2NaOH+H 2O ＝Na 2SiO 3+2H 2↑。

（5）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅却能与氢氟酸反应：Si+4HF ＝SiF 4↑+2H 2↑。

1．近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料－－Si 24（如图所示）。下列相关说法正确的是（ ）。

A．Si24是一种新型化合物

B．Si24是硅的一种同素异形体

C．Si24易与稀硫酸反应生成氢气

D．硅太阳能电池供电原理与原电池相同

2．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．硅的导电性能介于金属与绝缘体之间，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反应

D．加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属发生反应

3．第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。下列关于硅的性质叙述中正确的是（）。

A．Si在常温下可以与Cl2反应生成SiCl4

B．碳在氧气中不完全燃烧生成的是CO，则Si也可以和氧气反应生成SiO

C．高纯度的单晶硅是重要的半导体材料

D．硅不能溶于酸

4．（2020·海南琼海一模）将硅粉与镁粉混合后隔绝空气强热，得到一种暗蓝色的化合物。将此化合物投入水中，发生剧烈反应，产生气体，并伴有爆炸声与火光。此过程不可能

．．．发生的反应是（）。

A．2Mg+Si Mg2Si B．Mg2Si+4H2O＝2Mg（OH）2+SiH4↑

C．SiO2+H2O＝H2SiO3D．SiH4+2O2＝SiO2+2H2O

5．（2020·延安高三上学期期中）下列各种应用中，利用了硅元素的还原性的是（）。

A．用硅制造集成电路、晶体管等半导体器件

B．在野外，用硅、石灰、烧碱的混合物制取氢气：Si+Ca（OH）2+2NaOH＝Na2SiO3+CaO+2H2↑C．用HF酸刻蚀玻璃：SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O

D．单质硅的制备：SiO2+2C Si+2CO↑

1．【解析】选B。Si24只有一种元素组成的纯净物，而不是化合物，故A错误；同种元素形成的不同种单质互为同素异形体，所以Si24是硅的一种同素异形体，故B正确；Si24硅与碱反应，而与稀硫酸不反应，故C 错误；硅太阳能电池是用半导体原理将光能转化为电能，是物理变化，而该电池是化学能转化为电能，故D 错误。

2．【解析】选C。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；硅在元素周期表中处于金属和非金属的过渡位置，所以晶体硅的导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，故B正确；常温下，硅的化学性质不活泼，但硅能和氢氟酸、氢氧化钠溶液反应，故C错误；加热条件下，硅能与一些非金属、氧化物等反应，如硅能与氢气、氧气等非金属发生反应，故D正确。3．【解析】选C。硅在常温下只能与F2、NaOH溶液、氢氟酸三种物质反应，与Cl2的反应需要加热，A错误；+2价的硅不稳定，硅和氧气反应只能生成SiO2，B错误；C选项正确，制作半导体是硅的重要用途；Si可以溶于氢氟酸，D选项错误。

4．【解析】选C。硅粉与镁粉混合后隔绝空气强热，得到一种暗蓝色的化合物，可知反应物是硅和镁，生成物是硅化镁，用观察法配平即可，A正确；将此化合物投入水中，发生剧烈反应，产生气体，并伴有爆炸声与火光，所以是硅化镁和水发生反应，由于SiH4属于气体，所以根据质量守恒定律可知反应前后元素种类不变，所以生成物是氢氧化镁和SiH4，先配平镁，再配平氢即可，B正确；由于二氧化硅不溶于水，且不与水反应，所以该反应不能发生，C错误；SiH4可以与氧气反应，硅与氧结合生成二氧化硅，氢和氧结合生成水，用观察法配平即可，D正确。

5．【解析】选B。晶体硅是半导体材料，所以可以用硅制造集成电路、晶体管等半导体器件，利用了Si的物理性质，故A错误；Si+Ca（OH）2+2NaOH＝Na2SiO3+CaO+2H2↑，反应中Si的化合价升高，则Si作还原

剂，故B正确；用HF酸刻蚀玻璃：SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O，反应中没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应，故C错误；SiO2+2C Si+2CO↑，反应中Si的化合价降低，则二氧化硅作氧化剂，具有氧化性，故D错误。

题组二高纯硅的制备流程和实验

【典例2】（2020?

广泛应用。回答下列问题：

（1）陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统的无机非金属材料，其中生产普通玻璃的主要原料有____________。（2）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如图：

①工业上用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热到1600℃~1800℃除生成粗硅外，也可以生产碳化硅，则在电弧炉内可能发生的反应的化学方程式为______________________________________。

②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成SiHCl3的化学反应方程式____________________________________。

（3）有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和__________；SiHCl3物质Si SiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3Cl HCl SiH4

沸点/℃2355 57.6 31.8 8.2 －30.4 －84.9 －111.9

（4

（5）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是_______________。

【解析】（1）工业上生产普通玻璃的主要原料是纯碱、石英、石灰石；（2）①石英砂的主要成分是二氧化硅，制备粗硅发生置换反应，SiO2+2C Si+2CO↑，同时，在反应中，也可能生成碳化硅，反应为：SiO2+2C Si+2CO↑，SiO2+3C SiC+2CO↑；②粗硅与干燥HCl气体反应Si+3HCl SiHCl3+H2；（3）利用沸点的不同提纯SiHCl3属于蒸馏，SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl （沸点－84.7℃），由于沸点差别较大，可以通过精馏（或蒸馏）除去杂质；SiHCl3水解反应方程式为：SiHCl3+3H2O＝H2SiO3+H2↑+3HCl↑，生成硅酸、氢气和氯化氢；（4）还原炉中SiHCl3和氢气发生反应制得纯硅，SiHCl3+H2Si+3HCl；（5）氯碱工业主要反应为电解饱和食盐水：2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑，为该化学工艺提供H2、HCl。

【答案】（1）纯碱、石英、石灰石

（2）①SiO2+2C Si+2CO↑，SiO2+3C SiC+2CO↑

②Si+3HCl SiHCl3+H2

（3）精馏（或蒸馏）；H4SiO4（或H2SiO3）、H2、HCl

（4）SiHCl3+H2Si+3HCl（5）H2、HCl

1．（2020·福建莆田一模）某实验小组利用粗硅与氯气反应生成SiCl4粗产品（含有FeCl3、AlCl3等杂质且SiCl4遇水极易水解），蒸馏得四氯化硅（SiCl4的沸点57.7℃），再用氢气还原制得高纯硅；用滴定法测定蒸馏后残留物（将残留物预处理成Fe2+）中铁元素含量。采取的主要操作如图，能达到实验目的是（）。

A．用装置A完成SiCl4的制备

B．用装置B进行蒸馏提纯SiCl4

C．用装置C进行滴定达终点时现象是：锥形瓶内溶液变为紫红色且半分钟内不变色

D．配制0.1mol·L－1 KMnO4溶液定容摇匀后，发现液面低于刻度线，加水至刻度线

2．（2020·江西九江一模）实验室用H2还原SiHCl3（沸点：31.85℃）制备纯硅的装置如图所示（夹持装置和尾气处理装置略去），下列说法正确的是（）。

A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、冰水

B．实验时，应先加热管式炉，再打开盛装稀硫酸的分液漏斗

C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，用到的试剂可以为：盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液

D．该实验中制备氢气的装置也可用于氢氧化钠稀溶液与氯化铵固体反应制备氨气

3．（2020·沧州模拟）无论是从在国民经济中的地位来看，还是从学科发展的角度来看，硅都发挥着重要的作用。

（1）人类使用硅酸盐产品（陶瓷等）的历史已经快一万年了，但在1823年才获得单质硅，瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原SiF4获得单质硅，写出化学方程式_____________。

（2）用白砂子与镁粉混合在高温条件下得到无定形硅，反应的化学方程式为__________________________。（3）硅在炼钢时用作脱氧剂，还原在冶炼过程中所形成的FeO，化学方程式为______________________和SiO2+CaO CaSiO3。

（4）在野外，为了迅速得到氢气，用硅粉与干燥的Ca（OH）2和NaOH混合，并加强热，即可迅速得到H2、Na2SiO3、CaO。这种混合物叫做生氢剂。请写出该反应的化学方程式____________________________。4．（2020·清远高三上学期期末）硅材料是微电子工业和太阳能发电的基础材料，以二氧化硅为原料制备纯硅的方法主要有热还原法和熔盐电解法等。

（1）非金属热还原法：工业上以石英砂（含SiO2）、焦炭为原料，高温熔炼制得工业硅。流程如下：

①卤素（X2）都能与Si反应生成SiX4，用原子结构解释原因：____________________。

②②中事实不能作为“碳的非金属性比硅强”的证据，理由是：__________________。

（2）金属热还原法：实验室中可将金属镁与足量二氧化硅的微细粉末混合加热而制得硅。流程如下：

①②中发生反应的化学方程式是____________________。

②已知：②．Si在常温下很难被氢氟酸腐蚀。②．MgF2（氟化镁）难溶于水和氢氟酸中。请设计②中分离提纯的实验（按上图形式呈现在下面的方框内）。

（3）熔盐电解法：采用CaCl2为熔盐体系，由SiO2直接电解制得纯硅。装置图如下：

①N极可以得到CO2的理由是________________________________。

②制得硅的电极反应式为______________________________________。

1．【解析】选C。由于SiCl4遇水极易水解，故制备时不能用潮湿的氯气，A选项错误；蒸馏时，温度计的水银球放在支管口处，B选项错误；配制0.1mol·L－1 KMnO4溶液定容摇匀后，由于容量瓶内壁有溶液残留，所以液面低于刻度线，此时再加水至刻度线，所得溶液的体积增大，所配溶液浓度偏小，D选项错误。2．【解析】选C。本题制备晶体硅，H2+SiHCl3Si+3HCl，此反应应在Ⅳ装置中进行，A、装置I的目的是制备氢气，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Ⅱ中盛放浓硫酸，Ⅲ的提供SiHCl3气体，因此在水浴中加热，故A错误；应先通入氢气，目的是排除装置中的空气，防止发生危险，故B错误；硅不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2+，Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，与KSCN溶液变红，可以鉴定是否含有铁单质，故C正确；用NaOH溶液制备氨气，需要加热或NaOH溶液为浓溶液，I装置中没有加热装置，且NaOH溶液为稀溶液，因此此装置不能制备氨气，故D错误。

3．【解析】（1）金属钾可以和SiF4发生置换反应生成单质硅；（2）在高温下，镁和SiF4发生置换反应生成单质硅和氧化镁。（3）FeO与Si反应生成Fe和SiO2：2FeO+Si SiO2+2Fe，SiO2与加入的生石灰反应生成CaSiO3矿渣：SiO2+CaO CaSiO3，随着钢渣而除去。（4）由题意可知，Si与Ca（OH）2、NaOH混加强热的反应为：Si+Ca（OH）2+2NaOH H2↑+Na2SiO3+CaO。

【答案】（1）4K+SiF4＝Si+4KF（2）SiO2+2Mg Si+2MgO

（3）2FeO+Si SiO2+2Fe（4）Si+Ca（OH）2+2NaOH H2↑+Na2SiO3+CaO

4．【答案】（1）①硅原子最外层有4个电子，卤素原子最外层有7个电子

②该反应中C表现还原性

（2）①SiO2+2Mg2MgO+Si②

（3）①N极产生的O2与石墨电极反应生成CO2②SiO2+4e?＝Si+2O2?

【解析】（1）①因卤素位于第VIIA族，原子最外层有7个电子，每个原子可以形成一个共价键，而硅原子最外层有4个电子，故每个Si可以和4个X原子形成4个共价键；②在化学反应中，非金属性一般表现为氧化性，而在反应②中C表现还原性，不是非金属性，所以②中事实不能作为“碳的非金属性比硅强”；（2）①金属镁与足量二氧化硅的微细粉末混合加热而制得硅，方程式为SiO2+2Mg2MgO+Si；②所得的粗硅主要含Si、SiO2、MgO，可先利用盐酸除去MgO，再利用题目中信息，在常温下加入氢氟酸除去SiO2，得纯硅。

（3）①根据题目可知，N极产生O2，石墨电极可以和O2反应生成CO2；②阴极SiO2得到电子生成单质Si，电极反应式为SiO2+4e?＝Si+2O2?。

知识点二二氧化硅的结构和性质

1．物理性质：熔点_____、硬度______，____溶于水

2．天然存在：_____、玛瑙、_____、_____、硅石的主要成分

3．二氧化硅的结构

（1）晶体类型：__________晶体

（2）立体结构

①基本构型：___________，杂化方式_________

②键角：___________

③最小的环：_____元环，含_____个Si，_____个O

④Si-O键数/mol：_____

4．酸性氧化物

（1）与水反应：SiO2__________

（2）与碱发生复分解：SiO2___________

（3）与碱性氧化物化合：SiO2_____，SiO2_____

（4）工业上制玻璃（难挥发性酸性氧化物制挥发性酸性氧化物）

①Na2CO3+SiO2+↑

②CaCO3+SiO2+↑

5．特殊反应

（1）反应：______________________________

（2）应用：雕刻玻璃

6．弱氧化性

（1）C：2C+SiO2Si+2CO↑

（2）Mg：Mg+SiO2+

7．用途

（1）石英：石英玻璃用来制造耐_____化学仪器

（2）水晶：电子工业的重要部件，制造光学仪器、高级工艺品、眼镜片等

（3）玛瑙：制精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品等

（4）SiO2：制__________纤维

（5）沙子：建筑材料

题组一二氧化硅的结构和性质

【典例1】（2020

材料等方面有着重要的用途。二氧化硅可以发生如下反应：①SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O；②SiO2+2C

Si+2CO↑；③SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O；④Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑；⑤SiO2+3C SiC+2CO↑。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是（）。

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

【解析】选B。通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a判断错误，c判断也错；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，所以选项B正确。

【易错提醒】二氧化硅的特殊性

（1）非金属氧化物的熔沸点一般比较低，但SiO2的却很高。

（2）酸性氧化物一般都溶于水生成相应的含氧酸，但SiO2不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。（3）酸性氧化物一般不与非氧化性酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O。

（4）SiO2既能和酸反应，又能和碱反应，但它不是两性氧化物。

1．化合物SiO2是生产光导纤维的原料。下列叙述中正确的是（）。

A．SiO2与水反应生成酸

B．Si元素原子的第二层电子数为8

C．SiO2可与氢氧化钠反应

D．SiO2与干冰、冰属于同一类晶体

2．下列说法正确的是（）。

A．SiO2溶于水显酸性

B．CO2通入水玻璃可以得到白色沉淀

C．由Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸的酸性强

D．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸

3．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其结构如图所示。关于二氧化硅晶体的下列说法不正确的是（）。

A．晶体中Si、O原子个数比为1∶2

B．晶体中Si、O原子最外层都满足8电子结构

C．晶体中一个硅原子含有Si－O键数目为4

D．晶体中最小环上的原子数为6

4．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质（如图所示），下列说法错误的是（）。

A．高炉炼铁时，加入石灰石将铁矿石中的脉石（主要成分为SiO2）转化为易熔的炉渣

B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料

C．用盐酸可除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的碳酸钙

D．图中所含反应都不属于氧化还原反应

5．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的方法是（）。

A．加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出

B．加入过量烧碱溶液，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，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解

1．【解析】选BC。因SiO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性：与碱反应、与碱性氧化物反应，但SiO2不能与水反应，故A错误；因Si元素原子核外电子排布中K、L、M三层上电子数分别为2、8、4，故B 正确；因SiO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性：与水反应、与碱反应、与碱性氧化物反应，SiO2与氢氧化钠反应：SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O，故C正确；因SiO2是共价晶体，而干冰、冰是分子晶体，所以不是同一类晶体，故D错误。

2．【解析】选B。二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅不溶于水，故A错误；碳酸的酸性大于硅酸的，根据强酸制取弱酸的规律知，二氧化碳通入水玻璃可以得到白色沉淀硅酸，故B正确；酸性强弱的比较只有没有外界条件干扰化学反应时才能比较，本题中有高温干扰化学反应，所以不能说明硅酸酸性比碳酸酸性强，故C错误；二氧化硅是酸性氧化物，但它能溶于氢氟酸，故D错误。

3．【解析】选D。由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子周围连有四个氧原子，每个氧原子周围连有2个硅原子，Si、O原子个数比为1∶2，故A正确；氧原子最外层就是六个电子，硅原子最外层有4个电子，晶体中硅原子周围有四对共用电子对，氧原子有两对共用电子对，这样两种原子都满足八电子结构，故B正确；依据二氧化硅晶体结构图可知1个硅原子与4个氧原子形成4个Si－O，故C正确；由二氧化硅晶体结构图可知，晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，所以最小环上的原子数为12，故D错误。

4．【解析】选D。高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣，故A正确；光导纤维的成分是二氧化硅，做半导体、芯片的是单质硅，纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，故B正确；碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙和水以及二氧化碳，二氧化硅和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英（主要成分为SiO2）中混有的少量碳酸钙，故C正确；化学反应前后有元素化合价变化的一定是氧化还原反应，二氧化硅与碳反应生成硅单质的反应是氧化还原反应，故D错误。

5．【解析】选D。加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出，只能检验石灰石是否存在，不能检验石英是否存在，故A错误；加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解，只能检验石英是否存在，不能检验石灰石是否存在，故B错误；加热至高温时，不能观察到是否有气体生成，故C错误；SiO2不溶于除氢氟酸以外的酸，但

SiO2可以溶于NaOH溶液生成盐和水，所以可用氢氧化钠溶液检验石英石是否存在；CaO、CaCO3均可溶于盐酸且CaCO3D正确。

【典例2】（2020·海口高三4

硅（一种无机涂层）的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）反应I的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑，其中还原剂为_______（填化学式），该反应涉及的副反应可能有（碳不足）C+SiO2Si+CO2↑和（碳足量）___________________________________。

（2

图中“操作X3

（3）已知反应Ⅳ的化学方程式为3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl，则反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为

______________________________________。若向一2L恒容密闭容器中投入1molSiC14和1molNH3，6min后反应完全，则0～6min内，HCl的平均反应速率为____________mol·L－l·min－l。

【答案】（1）C；3C+SiO2SiC+2CO↑；（2）精馏（或蒸馏或分馏）；

（3）制取盐酸（或其他合理答案）0.25

【解析】（1）反应I的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑，其中碳元素化合价升高，还原剂为C。碳足量时，生成的CO2与碳反应生成CO，生成的硅和碳化合成SiC，方程式为3C+SiO2SiC+2CO↑。（2）根据表中数据可知物质的沸点相差较大，因此图中“操作X”的名称为精馏（或蒸馏或分馏）；PCl3是共价化

合物，电子式为。（3）根据方程式可知反应Ⅲ和Ⅳ中尾气是氯化氢，用途为制取盐酸。根据方程式可知反应中四氯化硅过量，生成氯化氢是3mol，浓度是3mol÷2L＝1.5mol/L，则0～6min内，HCl的平均反应速率为1.5mol/L÷6min＝0.25mol·L－l·min－l。

1．“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展，一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义。请回答下列问题：

Ⅰ、（1）石棉（CaMg3Si4O12）是常用的耐火材料，用氧化物的形式表示其组成______。

（2）高分子材料可以分成无机高分子材料和有机高分子材料。［AlFe（OH）n Cl6－n］m属于无机高分子材料，是一种新型高效净水剂，它广泛应用生活用水和工业污水的处理，其中铁元素的化合价为______；

请回答下列问题：

（1）根据氧化物的性质进行分类，稻壳灰中涉及的氧化物最多有______类。

（2）步骤①中涉及SiO2的离子反应方程式为____________。

（3）滤渣A的成分有____________（填化学式）。

（4）步骤②洗涤沉淀的方法是：____________________________________。

（5）步骤③反应的化学方程式为：______________________________；实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、______和______。

2．（2020·丽水模拟）硅藻土由无定形的SiO2组成，含有少量Fe2O3、Al2O3及有机物等杂质。通常呈浅黄色或浅灰色，质软多孔。工业上可按如下流程，用硅藻土制备纳米二氧化硅。

（1）煅烧硅藻土的目的是________________________。

（2）在加热条件下加入烧碱时反应的化学方程式为_____________________。

（3）加入过量硫酸后生成沉淀的反应方程式为：______________________________。

（4）上述流程中，有助于控制二氧化硅粒子直径的措施有____________________（至少写出一个）。

1．【答案】Ⅰ、CaO·3MgO·4SiO2（2分）+3（2分）

Ⅱ、（1）3 （2）SiO2+2OH－＝SiO32－+H2O（3）C和Fe2O3

（4）往漏斗里的沉淀中注入蒸馏水致水浸没沉淀，让水自然流下，重复2~3次。

（5）H2SO3SiO2+H2O；坩埚钳；三角架

【解析】Ⅰ、（1）石棉（CaMg3Si4O12）是常用的耐火材料，用氧化物的形式表示其组成时，先写活泼金属氧化物，再写非金属氧化物；石棉（CaMg3Si4O12）是常用的耐火材料，用氧化物的形式表示CaO·3MgO·4SiO2。（2）［AlFe（OH）n Cl6－n］m，根据化合价代数和等于0的原则，其中铁元素的化合价为+3；Ⅱ、（1）根据氧化物的性质进行分类，SiO2属于酸性氧化物；Na2O、K2O、Fe2O3属于碱性氧化物；Al2O3属于两性氧化物；稻壳灰中涉及的氧化物最多有3类。（2）氢氧化钠与SiO2反应生成硅酸钠，反应的离子反应方程式为SiO2+2OH －＝SiO32－+H2O。（3）Fe2O3、C与氢氧化钠不反应，滤渣A的成分有Fe2O3、C（4）洗涤沉淀的方法是：往漏斗里的沉淀中注入蒸馏水致水浸没沉淀，让水自然流下，重复2~3次。（5）步骤③为硅酸分解，反应的化学方程式为：H2SO3SiO2+H2O；实验室灼烧固体用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、坩埚钳和三角架。

2．【答案】（1）除去有机杂质

（2）SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O，Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O

（3）Na 2SiO3+H2SO4Na2SO4+H2SiO3↓

（4）沉淀时加入粒子阻隔剂（或加入硅酸钠和水调浓度）

【解析】（1）在空气中煅烧硅藻土时，其中含有的有机物可以被氧化成二氧化碳和水而被除去；（2）加入烧碱时，SiO2、Al2O3分别和NaOH反应生成可溶性的Na2SiO3和NaAlO2，而Fe2O3不能和NaOH反应，过滤即得Fe2O3滤渣；（3）化学反应遵循强酸制弱酸的规律，加入过量硫酸后，NaAlO2和H2SO4反应生成可溶性的硫酸铝，而Na2SiO3则转化为白色的H2SiO3沉淀，将沉淀过滤、洗涤即得纯净的H2SiO3，加热干燥使H2SiO3分解即得纳米二氧化硅。（4）加入硅酸钠和水把硅酸钠溶液的浓度调整到适应的范围以及沉淀时加入粒子阻隔剂，都可以保证沉淀时生成的H2SiO3颗粒不至于过大，达到纳米颗粒的大小。

知识点三硅酸和硅酸盐的性质

1．各种硅酸的结构

（1）原硅酸（H4SiO4）分子中含有4个羟基

（2）多硅酸：原硅酸分子之间失去水生成一系列的酸

2．硅酸的性质

（1）物理性质：____色____溶于水的____体

（2）弱酸性：酸性比碳酸弱

①NaOH：H 2SiO3+NaOH+

②Na 2CO3：H2SiO3+Na2CO3++（3）热不稳定性：H2SiO3++

3．硅酸的制备：可溶性硅酸盐（Na2SiO3）和酸反应

（1）HCl：Na 2SiO3+HCl↓+

（2）少量CO 2：Na2SiO3+CO2+↓+（3）过量CO 2：Na2SiO3+CO2+↓+ 4．硅酸钠

（1）俗名：硅酸钠水溶液俗称________或泡花碱

（2）弱酸盐：水溶液呈强________性

（3）水玻璃的用途

①肥皂填料

②木材、织物的防腐剂和防火剂

③建筑工业上的粘合剂

④耐火材料

5．硅胶

（1）结构：网状多孔结构的无定形二氧化硅

（2）性质：具有强烈地吸水性

（3）用途：用做干燥剂、吸附剂和催化剂的载体

（4）制备：Na2SiO3H2SiO3SiO2·n H2O（硅胶）6．用氧化物形式表示硅酸盐的化学式

（1）原则

①化学式中各元素的化合价不变

②化学式中各元素的原子个数比不变

（2）书写顺序；活泼金属氧化物·不活泼金属氧化物·SiO2·H2O （3）实例

①Al2Si2O5（OH）4：_________________

②KAlSi3O8：______________________

③BaCuSi2O6：_______________________________

④Na2Fe5Si8H2O24：____________________________

【典例1

（1）n个原硅酸分子之间失水可以得到n硅酸，则n硅酸的化学式可以表示为______________。

（2）1mol n硅酸分子中含有__________mol Si－O共价键。

（3）有一种多硅酸的化学式为：H10Si4O13，它是由____个原硅酸分子失去____个水分子形成的。

【解析】（1）由题意可以分析：每有n个H4SiO4分子就可以失去（n－1）个水，所以1个n硅酸分子中各个原子的个数分别为：N（H）＝4n－2（n－1）＝2n+2，N（Si）＝4n，N（O）＝4n－（n－1）＝3n+1，即n硅酸的化学式是：H2n+2Si n O3n+1。（2）1mol原硅酸分子中含有4mol Si－O共价键，1mol二硅酸分子中含有2×4＝8mol Si－O共价键，1mol三硅酸分子中含有3×4＝12mol Si－O共价键，所以1mol n硅酸分子中含有n×4＝4n mol Si－O共价键。（3）多硅酸H10Si4O13中含有4个硅原子，则它是四个原硅酸脱去4个水分子形成的四硅酸。

【答案】（1）H2n+2Si n O3n+1（2）4n（3）4，3

【规律方法】硅酸的酸性

1．硅酸的酸性特点

（1）无机酸一般易溶于水，但硅酸（H2SiO3）和原硅酸（H4SiO4）都难溶于水，酸性极弱。

（2）H2CO3的酸性大于H2SiO3，在溶液中能发生Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+H2SiO3↓反应；但在高温下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑也能发生，其原理是难挥发性酸酐制挥发性酸酐。

2．硅酸酸性的实验证明

（1）向NaOH溶液中加入几滴酚酞试液，溶液呈红色，加入适量硅酸，充分振荡，溶液红色消失，说明硅酸显酸性。

（2）向硅酸钠溶液中加入几滴酚酞试液，溶液呈红色，说明硅酸显酸性。

（3）测定硅酸钠溶液的pH，若pH＞7，说明硅酸显酸性。

1．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）。

A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水

B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀

C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2

D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀

2．硅胶（主要成分为SiO2·n H2O）、石灰（主要成分为CaO）都是常用的食品干燥剂，关于这两种干燥剂的说法正确的是（）。

A．两种干燥剂吸水时，都只发生物理变化

B．两种干燥剂都能溶于足量水形成澄清溶液

C．两种干燥剂长时间混合在一起，相互间会发生化学反应

D．两种干燥剂中，石灰干燥剂因腐蚀性小更适合用于儿童食品

3．某同学为了验证碳酸和硅酸两种酸酸性的相对强弱，用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。

实验操作步骤：

Ⅰ．打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。

Ⅱ．A中看到白色沉淀时，…，关闭活塞a。

（1）B中反应的离子方程式是________________________。

（2）通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是________（填字母）。

A．挥发性B．还原性C．氧化性D．酸性

（3）C装置的作用是____________________，X是________（写化学式）。

（4）为了验证碳酸的酸性强于硅酸，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是_____________________________，D中反应的化学方程式是________________________________。

1．【解析】选B。酸性氧化物与对应酸的酸性强弱没有关系，则无法比较酸性，故A错误；因往硅酸盐溶液通入二氧化碳，可以看到溶液变浑浊，是因为生成了难溶的硅酸沉淀，反应方程式是：Na2SiO3+H2O+CO2

＝Na2CO3+H2SiO3↓，反应原理是强酸制弱酸，说明碳酸比硅酸酸性强，故B正确；比较强酸制取弱酸时在溶液中进行的反应，则在高温下固体之间的反应不能得到酸性强弱的结论，故C错误；氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，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，又盐酸易挥发，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，则无法确定碳酸与硅酸

的酸性的强弱，故D错误。

2．【解析】选C。硅胶是无色或白色颗粒，其主要成分为SiO2·n H2O，吸水量为30%~35%，可反复使用，吸水时只发生物理变化，生石灰：白色块状固体，吸水后生成熟石灰发生化学变化，该反应的化学方程式

为CaO+H2O＝Ca（OH）2，故A错误；氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙在水中微溶，在足量水中能形成澄清溶液，硅胶的主要成分为SiO2·n H2O，二氧化硅难溶于水，在水中形成浊液，不能形成澄清溶液，故B错误；二氧化硅为酸性氧化物，硅胶主要成分为SiO2·n H2O，硅胶、石灰两种干燥剂长时间混合在一起，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和二氧化硅反应Ca（OH）2+SiO2＝CaSiO3↓+H2O，故C正确；石灰干燥剂，是因为氧化钙能够吸收水分，与水发生化学反应，但生成的氢氧化钙有腐蚀性，不适合用于儿

童食品，故D错误。

3．【答案】（1）CaCO3+2H+＝Ca2++CO2↑+H2O（2）AD

（3）除HCl气体，饱和NaHCO3

（4）关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当D中出现白色胶状沉淀后，Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3

【解析】（1）B中发生盐酸与碳酸钙的反应，生成氯化钙、水、二氧化碳，该离子反应为CaCO3+2H+＝

Ca2++CO2↑+H2O；（2）A中看到白色沉淀，盐酸能与盐反应，可知盐酸具有的酸性、挥发性；（3）X为碳酸氢钠溶液，与挥发的盐酸反应，可除去二氧化碳中混有的HCl，C装置的作用是除HCl气体；（4）D中发生二氧化碳与硅酸钠溶液的反应，该反应为Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3（胶体）+Na2CO3，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是关闭弹簧夹1，打开弹簧夹

【典例2】（2020年735．．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

【解析】选D。将Ca3SiO5改写为氧化物形式后的化学式为：3CaO·SiO2，其具有和的双重性质。Ca3SiO5与NH4Cl反应可以认为CaO先和水反应生成Ca（OH）2，Ca（OH）2再与NH4Cl发生反应生成CaCl2、NH3和H2O及Ca（OH）2与SiO2反应生成CaSiO3，则其总反应的方程式为：Ca3SiO5+4NH4Cl CaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O，A选项正确；CaO能与水反应，所以需要密封保存，B选项正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入到Ca3SiO5溶液时，发生反应：3SO2+H2O+Ca3SiO5＝3CaSO3+H2SiO3，C 选项正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与Ca3SiO5反应时，发生反应：6HCl+ Ca3SiO5＝3CaCl2+H2SiO3+2H2O，D选项不正确。

【易错提醒】硅酸盐的特殊性

（1）硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐。由于硅酸盐的结构比较复杂，为了简化对硅酸盐组成，采用氧化物的形式，可以认为其具有其化学式中相应氧化物的性质。实际上，硅酸盐不是以简

单的氧化物的形式存在，而是以各种结构复杂的盐的形式存在。

（2）Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠固体又称泡花碱，但它却是盐，并

1．下列几种情况都有白色沉淀物质生成，其中生成物的化学成分相同的是（）。

①块状纯碱久置于空气中生成的白色粉末

②盛澄清石灰水的烧杯内壁附着的白色物质

③生石灰久置于空气中生成的白色物质

④Na2SiO3水溶液置于敞口容器中，溶液中出现的白色浑浊

A．①④B．②③C．①②D．③④

2．（2020?四川攀枝花一模）我国地质学家发现一种化学式为Ca3Li2（BeSiO4）3F2的矿石。下列说法正确的是（）。

A．该矿石所含非金属元素的简单氢化物中，SiH4的沸点最高

B．该矿石所含金属元素中，Be的原子半径最小

C．该矿石所含金属元素都是+2价

D．该矿石中所含元素都是短周期元素

3．（2020·泰州一模）蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述不正确的是（）。

A．沉淀X的成分是SiO2

B．将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到红色颜料Fe2O3

C．在溶液Y中加入过量的NaOH溶液，过滤得到的沉淀的主要成分是MgO和Fe2O3

D．溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+、H+

4．（2020·宁波八校一模）硅酸盐与二氧化硅一样，都是以硅氧四面体作为基本结构单元。硅氧四面体可

以用投影图表示成，其中O表示氧原子，中心黑点表示硅原子。硅氧四面体通过不同方式的连接可以组成各种不同的多聚硅酸根离子。图示为某无限长单链的多聚硅酸根离子（见图），试确定该阴离子中硅原子与氧原子的个数之比为（）。

A．1︰2 B．1︰3C．1︰4 D．2︰5

5．（2020·江西九江模拟）石棉是一类价格低廉的硅酸盐材料，但是有毒，能使人患肺癌。一种叫矿青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22（OH）2。下列说法正确的是（）。

A．该物质中Fe元素的化合价为+2价，它属于硅酸盐

B．该物质的化学组成可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O

C．1mol该物质能和18mol盐酸反应

D．这种石棉属于新型无机非金属材料

1．【解析】选B。①块状纯碱久置于空气中会发生风化生成Na2CO3白色粉末；②澄清石灰水在空气中能够吸收二氧化碳气体生成白色的CaCO3固体；③生石灰久置于空气中会吸收空气中的二氧化碳生成白色的CaCO3固体；Na2SiO3水溶液置于敞口容器中，会吸收空气中的二氧化碳生成白色的H2SiO3沉淀。所以②和③生成物的化学成分相同。

2．【解析】选B。结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高．SiH4相对分子质量最大，因此氟化氢、水的沸点低于SiH4，但氟化氢、水分子间还存在氢键，则氟化氢、水的沸点高于SiH4，氟化氢常温下为气态、水常温下为液态，水的沸点最高，故A错误；香花石中，Ca的电子层数大于Li、Be、O、F，Li、Be、O、F为处于同一周期的四种元素，同主族自左而右原子半径减小，非金属性增强，故原子半径Ca ＞Li＞Be＞O＞F，所含金属元素中，Be的原子半径最小，故B正确；该矿石中化合价分别为：Ca+2价，Be+2价，Si+4价，O－2价，F－1价，则根据化合价的原则（在化合物中正、负化合价的代数和为零），设Li元素的化合价为x，（+2）×3+x×2+［（+2）+（+4）+（－2）×4］×3+（－1）×2＝0，故x＝+1，故C错误，Ca是20号元素，是第四周期，第ⅡA族元素，故D错误。

3．【解析】选BC。向蛇纹石试样中加入过量的盐酸，其中的MgO、Al2O3、Fe2O3溶解形成含Mg2+、Al3+、

Fe 3+和H +的溶液Y ，加入过量NaOH 溶液，将得到Fe （OH ）3和Mg （OH ）2沉淀，而SiO 2不溶解形成沉淀X ，所以A 和D 选项正确，C 选项错误；向蛇纹石试样中加入过量的NaOH 溶液，其中的Al 2O 3和SiO 2溶解形成AlO 2－和SiO 32－，而MgO 和Fe 2O 3不溶解形成沉淀X ，所以B 选项正确。

4．【解析】选B 。由无限长单链的多聚硅酸根离子图可知，重复出现

，O 表示氧原子，中心黑点表示硅原子，则结构单元中硅原子个数为1，氧原子个数为2+2×21=3，所以该阴离子中硅原子与氧原子的个数之比为1︰3。

5．【解析】选B 。根据化合价的代数和为0，Na 2Fe 5Si 8O 22（OH ）2中，钠元素显+1价，硅元素显+4价，氧元素显－2价，氢元素显+1价，故5个铁原子共显+12价，故可知青石棉中铁元素的化合价由+2价和+3价两种，故A 错误；青石棉中铁元素的化合价由+2价和+3价两种，根据原子守恒和化合价不变的思想，化学组成用氧化物的形式可表示为Na 2O ·3FeO ·Fe 2O 3·8SiO 2·H 2O ，故B 正确；1mol Na 2O ·3FeO ·Fe 2O 3·8SiO 2·H 2O 与HCl 反应时，只发生复分解反应，根据根据钠元素和铁元素的守恒，可知生成的盐为2molNaCl 和3molFeCl 2

和2molFeCl 3，故消耗的盐酸的物质的量为n （HCl ）＝n （Cl －）＝2mol ×1+3mol ×2+2mol ×3＝14mol ，故

C 错误；无机非金属材料是除有机高分子材料和金属材料以外的几乎所有材料的统称，如陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、碳材料以及以此为基体的复合材料。矿青石棉属于无机非金属材料，但不是新型材料，故

D 错误。

【典例32322O ］试验新型的净水剂。试验程序如下：

其中滤液C 就是欲求的净水剂。已知Al 2O 3与纯碱反应和SiO 2与纯碱反应相似，生成NaAlO 2，氢氧化铝胶

体具有净水作用。试回答下列问题：

（1）写出混合物A ，滤液C 、D 的主要成分：

A ：__________；

B ：__________；

C ：__________；

D ：__________。

（2）写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式：

①________________________________________；

②________________________________________；

（3）该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有________。

A ．玻璃坩埚

B ．瓷坩埚

C ．氧化铝坩埚

D ．铁坩埚

【解析】可以认为高岭土中含有SiO 2和Al 2O 3，在高温下和Na 2CO 3发生如下反应：SiO 2+Na 2CO 32Na 2SiO 3+CO 2↑和Al 2O 3+Na 2CO 32NaAlO 2+CO 2↑，所以A 为NaAlO 2和Na 2SiO 3的混合物；NaAlO 2和Na 2SiO 3都溶于水，滤液中含这两种物质。因为铝盐是常用的净水剂，所以C 为AlCl 3，即所加入的盐酸

是过量的，反应的化学方程式为：AlO 2－+4H +（过量）＝Al 3++4H 2O 和SiO 32－+2H +＝H 2SiO 3↓，沉淀D 为

H 2SiO 3。因为瓷坩埚、玻璃坩埚中都含有含SiO 2，SiO 2、Al 2O 3在高温下都能够和纯碱反应，古只能用铁坩埚进行加热。

【答案】（1）A ：NaAlO 2和Na 2SiO 3 C ：AlCl 3 D ：H 2SiO 3

（2）Al 2O 3+Na 2CO 32NaAlO 2+CO 2↑；SiO 2+Na 2CO 32Na 2SiO 3+CO 2↑（3）D

硫的碱性硫化物

1．（2020·四平一模）聚合氯化铝（PAC）是常用于水质净化的无机高分子混凝剂，其化学式可表示为［Al2（OH）n Cl6－n］m（n＜6，m为聚合度）。采用高岭土（主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3）为原料制备水质净化剂PAC的过程如图，下列说法正确的是（）。

A．试剂X为H2SO4

B．滤渣主要成分为Fe（OH）3、H2SiO3

C．调pH过高或过低均会减少PAC生成

D．滤液浓缩聚合过程中发生了加聚反应

2．（2020·沈阳一模）工业氧化铍可生产金属铍、制作铍合金及特殊陶瓷。由绿柱石（含3BeO·Al2O3·6SiO2及铁等微量元素）和方解石（主要成分是CaCO3）为原料生产氧化铍的工艺流程如下：

已知：Be与Al性质相似。下列叙述错误的是（）。

A．“浸渣”受热后的主要成分是SiO2和CaSO4

B．利用“碱溶渣”可回收金属铁

C．“水解，调节pH”反应的主要离子是BeO22－

D．上述流程中“碱、水”宜使用廉价的氨水，降低生产成本

3．（2020·天津河东区模拟）花岗岩是一种分布非常广的岩石，世界上许多国家都穿长花岗岩。中国9%的土地（约80多万平方公里）都是黄岗岩岩体。以富钾花岗岩为原料的化工生产流程如下：

回答下列问题：

（1）用氧化物的形式表示钾长石的化学组成：______________。

（2）SiF4的吸收是在吸收塔中进行的，其中SiF4的入口应处于吸收塔的______（填“上部”“下部”或“中部”）；写出吸收SiF4的化学方程式：__________。

（3）混合溶液A的主要成分是__________________，生产过程中，消耗的主要原料除花岗岩外还有__________________。

（4）操作A主要包含______________等过程；为使操作A顺利进行，吸收SiF4过程中要维持较高温度，其目的是__________________。

（5）下列有关描述正确的是______。

A．SiF4是易挥发的液体

B．HF有毒，反应装置应密封进行

C．该工艺流程符合绿色化学工艺

1．【解析】选C。高岭土的主要化学组成为Al2O3、SiO2、Fe2O3，聚合氯化铝的化学式为［Al2（OH）n Cl6－n］，多了氯元素，则应该加入盐酸酸浸，从而引入Cl－离子，即试剂X为HCl，A选项错误；加盐酸后发生：m

6H++Al2O3＝2Al3++3H2O、6H++Fe2O3＝2Fe3++3H2O，SiO2和盐酸不反应，再加适量Y可调节pH使铁离子转

化为沉淀，则过滤后的滤渣为SiO2、Fe（OH）3，B选项错误；滤液中含铝离子，其变成聚合氯化铝的反应

为：2Al3++m（6－n）Cl－+mn H 2O［Al2（OH）n Cl6－n］m+mn H+，用碳酸钙调节溶液的pH时，若pH偏

小，使上述平衡逆向移动，PAC的生成量减少，若pH偏大，Al3+和OH－反应生成Al（OH）3沉淀，使上述平

衡逆向移动，PAC的生成量也减少，所以要严控pH的大小，C选项正确；该聚合反应的实质是水解反应，除了生成无机高聚物外，还有小分子HCl生成，不属于加聚反应，D选项错误。

2．【解析】选D。绿柱石和方解石“熔炼”产物有CaSO4、铝酸钙和铍酸钙［Ca（BeO2）2］等，“熔炼”

低价铁被空气中的氧气氧化成三价铁。再加入硫酸浸泡，得到的浸出液中含有BeSO4、Al2（SO4）3、Fe2（SO4）；“浸渣”是H2SiO3和CaSO4，CaSO4受热不分解，H2SiO3受热分解成SiO2，A选项正确；加碱调溶液的pH 3

时，BeSO4、Al2（SO4）3分别转化为BeO22－和AlO2－，Fe2（SO4）3变成氢氧化铁沉淀，所以“碱溶渣”中含

有Fe（OH）3沉淀，可回收金属铁，B选项正确；“水解，调节pH”生成Be（OH）2，BeO22－水解的离子方

程式为BeO 22－+2H2O Be（OH）2+2OH－，C选项正确；Al（OH）3和Be（OH）2都是两性氢氧化物，只

能溶于强碱溶液，不溶于氨水，D选项错误。

3．【答案】（1）K 2O?Al2O3?6SiO2（2）下部；SiF4+3H2O H2SiO3+4HF

（3）K2SO4、Al2（SO4）3；硫酸、氨水（4）加热、过滤；促进四氟化硅的水解（5）B

【解析】（1）钾长石，其化学式为KAlSi3O8，用硅酸盐的形式可表示为：K2O?Al2O3?6SiO2；（2）SiF4的

吸收是在吸收塔中进行，SiF4的沸点为－65℃，SiF4呈气态，入口应处于吸收塔的下部，由下向上，四氟化

硅和水反应：SiF4+3H2O H2SiO3+4HF；（3）钾长石与硫酸、氟硅酸反应生成硫酸钾、硫酸铝、四氟

化硅，混合溶液A的主要成分是K2S O4、Al2（SO4）3，生产过程中，消耗的主要原料除花岗岩外还有硫酸、

氨水；（4）SiF4过程中要维持较高温度，四氟化硅和水反应生成硅酸和氟化氢，所以操作A主要包含加热、

过滤，过程中要维持较高温度，其目的是促进四氟化硅的水解；（5）SiF4是易挥发的气体，故A错误；HF

对皮肤有强烈刺激性和腐蚀性，有毒，反应装置应密封进行，故B正确；该工艺流程生成溶液B为氟化氢

【典例4X 和Z是单质，则甲、乙、丁、戊中属于单质的是（）。

A．甲B．乙C．丁D．戊

【解析】选B。根据“甲+单质Z乙+丙”，含碳或硅物质中，在高温下有单质参加生成两种物质的反应有：SiO2+2C Si+2CO↑、SiCl4+2H2Si+4HCl、C+H2O（g）CO+H2，因为甲、乙、丙、丁、戊是碳或硅的单质或化合物，只有SiO2+2C Si+2CO↑完全符合要求，则可以判断甲是SiO2、乙是Si、丙是CO、丁是、Z是C。根据“乙（Si）+单质X甲（SiO 2）”，则X是O2；根据“丙（CO）+单质X （O 2）戊”，则戊是CO2；根据“甲（SiO2）+W丁+戊（CO2）”，符合该转化关系的反应只有Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑或CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑，则W是Na2CO3或CaCO3，丁是Na2SiO3或CaSiO 3；根据“甲（SiO2）+Y丁（Na2SiO3或CaSiO3）”，则Y是Na2O或CaO；综上所述甲、乙、丁、戊中只有乙属于单质。

【归纳总结】硅及其化合物的转化关系图

1．现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是：①SiO2→Na2SiO3；②CuSO4→CuCl2；

③SiO2→H2SiO3 ；④CuO→Cu（OH）2；⑤Na2O2→NaOH（）。

A．①②B．③④C．②③④D．②③④⑤

2．（2020?吉林松原高三上学期期末）将足量CO2气体通入水玻璃中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后所得的固体物质是（）。

A．硅酸钠B．碳酸钠，硅酸钠

C．碳酸钠，二氧化硅D．二氧化硅

3．（2020?启东高三上学期期中）若甲、丙为短周期、同一主族元素组成的单质，乙、丁都是由两种元素组成的化合物，它们之间有如图所示的转化关系，则满足条件的甲和丙可以为（）。

A．钠和氢气B．氟和氧气C．碳和硅D．氯气和溴

1．【解析】选B。①SiO2→Na2SiO3，二氧化硅是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水，加入氢氧化钠溶液能一步实现；②CuSO4→CuCl2，加入氯化钡可以一步转化；③SiO2→H2SiO3 因为二氧化硅难溶于水，不能一步实现；④CuO→Cu（OH）2氧化铜难溶于水，不能一步实现；⑤Na2O2→NaOH，过氧化钠与水反应可以生成氢氧化钠，能一步实现；所以其中不可能通过一步反应实现的是③④。

2．【解析】选A。将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2+Na2SiO3+2H2O＝H2SiO3↓+2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2O+SiO2；2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O；SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑，各反应物存在如下关系：H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2，2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，选A项。本题易错选C，错因主要是容易忽视在高温条件下充分灼烧时，Na2CO3和SiO2还能够继续反应生成Na2SiO3。

3．【解析】选C。若甲、丙为短周期、同一主族元素形成的单质，乙、丁都是由两种元素组成的化合物，该反应为置换反应。钠能和水或酸反应生成氢氧化钠和氢气、氢氧化钠含有3种元素，故A错误；氟能和水反应生成氧气，F和O属于同一周期元素，故B错误；碳和二氧化硅反应生成Si单质，且C和Si都属于同一主族短周期元素，符合条件，故C正确；氯气和溴化钠反应生成溴单质，溴属于长周期元素，不符合条件，故D错误。

知识点四无机非金属材料

一、传统无机非金属材料

1．玻璃

（1）原料：_________、________和_________

（2）反应原理：发生了复杂的物理化学变化

①Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

②CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑

（3）主要成分

①硅酸盐形式：____________________

②氧化物形式：____________________

（4）特性：_______态物质，无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化

2．水泥

（1）原料：________、________

（2）反应原理：发生了复杂的物理化学变化

（3）主要成分

①硅酸二钙：______________

②硅酸三钙：______________

③铝酸三钙：____________

（4）特性：____________性

3．陶瓷

（1）原料：________（主要成分为铝硅酸盐）

（2）组成：复杂的______________

二、新型无机非金属材料

（1）新型陶瓷和普通陶瓷成分__________（相同或不同）

（2）无机非金属材料中________（可能或不可能）含金属

三、复合材料

1．概念：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的一种新型材料。

2．组成及分类

（1）__________：在复合材料中起黏结作用

（2）__________：在复合材料中起骨架作用

（3）分类

①按基体????? 树脂基复合材料金属基复合材料

陶瓷基复合材料

②按增强体形状????? 颗粒增强复合材料夹层增强复合材料

纤维增强复合材料

3．性能及特点

（1）性能：既保持或发展了原来材料的长处，又能弥补原材料的不足

（2）特点：重量轻、强度高、弹性好、耐腐蚀、易加工成型

题组一 无机非金属材料的性能及应用

【典例1】（2020石墨烯之后又一种“神奇纳米材料”。科学家已成功合成多种结构的硼烯，如图为“皱褶”式硼烯的结构。下列说法错误的是（ ）。

A ．“皱褶”式硼烯中每个硼原子共用3对电子

B ．“皱褶”式硼烯中硼原子达到8电子稳定结构

C ．硼烯有望代替石墨烯作电极材料

D ．氧化硼的水化物是一种弱酸，与过量OH －反应可生成B （OH ）4－或BO 2－

【解析】选B 。硼原子最外层最多有3个电子，可形成3对共用电子对，达到6个电子，因此“皱褶”式硼烯中每个硼原子共用3对电子，故A 正确；硼原子最外层最多有3个电子，可形成3对共用电子对，达到6个电子，因此“皱褶”式硼烯中硼原子未达到8电子稳定结构，故B 错误；由于硼烯有着很高的表面活性，也更容易

发生化学反应，故硼烯有望代替石墨烯作电极材料，故C 正确；氧化硼的水化物是一种弱酸，与过量OH －反

应可生成B （OH ）4－或BO 2－和H 2O ，故D 正确。

【知识拓展】几种特殊的玻璃

（1）钢化玻璃：主要成分与普通玻璃相同，机械强度比普通玻璃的高

（2）石英玻璃：成分是二氧化硅，属于纯净物

（3）有机玻璃：（聚甲基丙烯酸甲酯），属于有机高分子材料

1．（2020·湖南怀化一模）钧瓷是宋代五大名窑瓷器之一，以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称，下列关于陶瓷的说法正确的是（）。

A．“窑变”是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色的变化

B．高品质白瓷晶莹剔透，属于纯净物

C．氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料

D．由于陶瓷耐酸碱，因此可以用来熔化氢氧化钠

2．（2020·天津学业水平等级考模拟）下列“中国制造”所用的材料属于无机非金属材料的是（）。

宇航服所用聚

酯纤维

“天眼”反射面板

所用铝合金

港珠澳大桥所用水

泥

“蛟龙号”所用钛合

金

A B C D

3．（2020

A．4.03米大口径碳化硅反

射镜

B．2022年冬奥会

聚氨酯速滑服

C．能屏蔽电磁波

的碳包覆银纳米

线

D．“玉兔二

号”钛合金筛网

轮

4342+6C+2N2 Si3N4+6CO，也可由SiCl4的蒸汽和NH3反应制取：②3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl。则下列叙述正确的是（）。

A．反应②属于离子反应

B．若制取等量的Si3N4，则反应①②转移电子数目必然相等

C．反应①的氧化剂是N2

D．反应①中氧化产物与还原产物物质的量之比为1∶6

5．（2020?天津河西区3月模拟）将铝粉、石墨、二氧化钛按一定比例混合均匀，涂在金属表面，在高温下煅烧：4Al+3C+3TiO23TiC+2Al2O3。在金属表面的涂层是一种高温金属陶瓷，广泛应用于火箭和导弹技术中。关于该反应，说法正确的是（）。

A．TiC中钛元素－4价

B．每生成1molTiC转移电子4mol

C．TiO2是氧化剂，Al，C是还原剂

D．TiC不属于新型无机非金属材料

1．【解析】选A。不同的金属氧化物的颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应生成不同的氧化物而导致颜色变化，A选项正确；瓷器的主要成分是多种硅酸盐和二氧化硅，属于混合物，B 选项错误；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是一种高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，C选项错误；陶瓷中含有的二氧化硅能够和氢氧化钠反应，因此陶瓷不耐碱，不能用来熔化氢氧化钠，D选项错误。

2．【解析】选C。宇航服所用聚酯纤维为有机合成高分子材料，故A错误；“天眼”反射面板所用铝合金属金属材料，故B错误；港珠澳大桥所用水泥为硅酸盐材料，属无机非金属材料，故C正确；“蛟龙号”所用钛合金属金属材料，故D错误。

3．【解析】选A。碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素组成的无机非金属材料，且碳元素与硅元素均位于元素周期表第IV A族，故A符合题意；聚氨酯为有机高分子化合物，不属于无机非金属材料，故B不符合题意；