2024屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第四章非金屬及其化合物第15講無(wú)機(jī)非金屬材料

Page16第15講無(wú)機(jī)非金屬材料[課程標(biāo)準(zhǔn)]1.了解硅酸鹽材料及新型無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途。2.掌握硅和二氧化硅的性質(zhì)及應(yīng)用，了解高純硅的制備。考點(diǎn)一硅和二氧化硅一、硅單質(zhì)1．存在：硅單質(zhì)主要有晶體和無(wú)定形兩大類。2．物理性質(zhì)：帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點(diǎn)高，硬度大，有脆性。3．化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下不活潑，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)，但可以與氟氣、氫氟酸、堿反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為：與氟氣：Si＋2F2=SiF4；與氫氟酸：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；與堿：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(2)在加熱或者點(diǎn)燃的條件下可以與氫氣、氧氣、氯氣等反應(yīng)，與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2。4．硅的工業(yè)制法及提純eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(①焦炭),\s\do5(1800℃～2000℃))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(②HCl),\s\do5(300℃))eq\x(SiHCl3)eq\o(→,\s\up7(③H2),\s\do5(1100℃))eq\x(高純硅)涉及的化學(xué)方程式：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800℃～2000℃))Si＋2CO↑；②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl。5．用途(1)良好的半導(dǎo)體材料；(2)太陽(yáng)能電池；(3)計(jì)算機(jī)芯片。二、二氧化硅1．存在(1)自然界中，碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有化合態(tài)，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。(2)天然SiO2有晶體和無(wú)定形兩種，統(tǒng)稱硅石。2．物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，硬度大，難溶于水。3．化學(xué)性質(zhì)(1)SiO2可以與堿反應(yīng)，生成硅酸鹽，如與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。(2)在高溫條件下可以與碳酸鹽反應(yīng)，如與碳酸鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。(3)在高溫條件下，能夠與堿性氧化物反應(yīng)，如與氧化鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3。(4)常溫下與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。4．用途：光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器等。[正誤辨析](1)工業(yè)上用焦炭和二氧化硅制取粗硅時(shí)生成粗硅和CO2氣體()(2)Si是半導(dǎo)體材料，可用作太陽(yáng)能電池()(3)SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水，也可以和氫氟酸反應(yīng)，所以SiO2是兩性氧化物()(4)因?yàn)闊岱€(wěn)定性：CH4>SiH4，所以非金屬性：C>Si()(5)SiO2能與HF反應(yīng)，因此可用HF刻蝕玻璃()學(xué)生用書第69頁(yè)(6)NaOH溶液不能用玻璃瓶盛放()(7)高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導(dǎo)纖維，光導(dǎo)纖維遇強(qiáng)堿會(huì)“斷路”()(8)SiO2是H2SiO3的酸酐，所以SiO2和水反應(yīng)生成H2SiO3()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×(7)√(8)×硅的制備與提純硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過(guò)程示意圖如下：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(焦炭),\s\do5(高溫))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(HCl),\s\do5(573K以上))eq\x(\a\al(SiHCl3,（粗）))eq\o(→,\s\up7(精餾))eq\x(\a\al(SiHCl3,（純）))eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(1357K))eq\x(高純硅)①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式：________________________________________________________________________。②整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________；H2還原SiHCl3過(guò)程中若混有O2，可能引起的后果是_______________________________。(2)化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在探究硅的制取方法時(shí)，從資料查閱到下列信息：Ⅰ.Mg在高溫條件下可與SiO2反應(yīng)；Ⅱ.金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽和SiH4；Ⅲ.SiH4在空氣中自燃。他們根據(jù)信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)獲得的固體產(chǎn)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花；然后過(guò)濾、洗滌、干燥；最后稱量、計(jì)算，測(cè)得其產(chǎn)率只有預(yù)期值的63%左右。①第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________________________________________________________________________________________。②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)獲得的固體產(chǎn)物時(shí)，產(chǎn)生爆鳴聲和火花的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)①SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1357K))Si＋3HCl②SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸(2)①2Mg＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2MgO＋Si、2Mg＋Sieq\o(=,\s\up7(高溫))Mg2Si②硅化鎂與稀硫酸反應(yīng)生成的SiH4可自燃，即發(fā)生反應(yīng)Mg2Si＋2H2SO4=2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2=SiO2＋2H2O考點(diǎn)二無(wú)機(jī)非金屬材料一、硅酸鹽材料1．陶瓷陶瓷以黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的。2．玻璃普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以純堿、石灰石和石英砂為主要原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化而制得的。玻璃可用于生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，還可制造玻璃纖維，用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等。3．水泥普通硅酸鹽水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者與其他輔料經(jīng)混合、研磨后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，加入適量石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率，再研成細(xì)粉得到普通水泥?；炷潦撬唷⑸匙雍退槭扰c水混合得到的。二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料1．新型陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。2．新型陶瓷的種類與用途材料類型主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷耐高溫、抗氧化、耐磨蝕碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的尾管及燃燒室、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、高溫電極材料等壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化鈦酸鹽、鋯酸鹽濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等學(xué)生用書第70頁(yè)透明陶瓷優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷高壓鈉燈、激光器、高溫探測(cè)窗等超導(dǎo)陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域3.碳納米材料碳納米材料是一類新型的無(wú)機(jī)非金屬材料(1)類型：富勒烯、碳納米管、石墨烯等。(2)用途：在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。材料類型性能用途碳納米管比表面積大，高強(qiáng)度，優(yōu)良的電學(xué)性能生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯電阻率低，熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度用于光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等[正誤辨析](1)二氧化硅可用于生產(chǎn)玻璃()(2)碳化硅俗稱金剛砂，它可用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的制作()(3)壓電陶瓷能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化()(4)石墨烯的電阻率低，熱導(dǎo)率也低()(5)傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料均為硅酸鹽材料()答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×一、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料1．(2022·河南焦作一模)下列有關(guān)玻璃的說(shuō)法中正確的是()A．普通玻璃的原料是燒堿、石英、石灰石B．普通玻璃和石英玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品C．制備普通玻璃時(shí)的反應(yīng)有Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CO2↑＋Na2SiO3D．普通玻璃用于鑲嵌建筑物的門窗、墻面，但其不具有保溫和防輻射等特征C[A.制造普通玻璃的主要原料：純堿、石灰石和石英，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B.石英玻璃的主要成分是二氧化硅，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C.制造普通玻璃的主要原料：純堿、石灰石和石英，則反應(yīng)有Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CO2↑＋Na2SiO3，C項(xiàng)正確；D.普通玻璃具有透光、隔熱、隔聲、耐磨、耐氣候變化的性能，有的還有保溫、吸熱、防輻射等特征，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]2．玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽C[陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A項(xiàng)錯(cuò)誤；純堿、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B項(xiàng)錯(cuò)誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高，C項(xiàng)正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料3．在20世紀(jì)90年代末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碳有新的單質(zhì)形態(tài)C60存在。后來(lái)人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90、C94等一些球碳分子。21世紀(jì)初，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了管狀碳分子和洋蔥狀碳分子，大大豐富了碳元素單質(zhì)的家族。下列有關(guān)碳元素單質(zhì)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．金剛石和石墨的熔點(diǎn)肯定比C60高B．熔點(diǎn)：C60＜C70＜C90C．球碳分子、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子都是分子晶體，都是碳的同素異形體D．金剛石以非分子形式的粒子存在，屬于共價(jià)晶體；C60、C70、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子以分子形式的粒子存在，屬于分子晶體；這些碳單質(zhì)不互為同素異形體D[金剛石屬于共價(jià)晶體，石墨屬于混合晶體，C60屬于分子晶體，因此金剛石和石墨的熔點(diǎn)肯定要比C60高，故A正確；分子晶體的相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔點(diǎn)越高，因此熔點(diǎn)：C60＜C70＜C90，故B正確；球碳分子、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子都是碳元素形成的不同單質(zhì)，所以均為碳的同素異形體，故C正確；金剛石屬于共價(jià)晶體，不存在分子，C60、C70、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子都是分子晶體，以分子形式存在，都是碳元素形成的不同單質(zhì)，互為同素異形體，故D錯(cuò)誤。]4．(2022·全國(guó)高三專題練習(xí))硅是帶來(lái)人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。(1)新型陶瓷Si3N4的熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的保護(hù)下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)一種工業(yè)用硅(含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物)，已知硅的熔點(diǎn)是1420℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。一種合成氮化硅的主要工藝流程如下：學(xué)生用書第71頁(yè)①凈化N2和H2時(shí)，銅屑的作用是__________________________________________，硅膠的作用是____________________________________________________________。②在氮化爐中發(fā)生反應(yīng)3SiO2(s)＋2N2(g)=Si3N4(s)＋3O2(g)ΔH＝－727.5kJ·mol－1，開(kāi)始時(shí)，嚴(yán)格控制氮?dú)獾牧魉僖钥刂茰囟鹊脑蚴莀_______________________________________________________________________________________________________；體系中要通入適量的氫氣是為了____________________________________________________________________________________________________________________。③X可能是________(填“鹽酸”“硝酸”“硫酸”或“氫氟酸”)。解析：(1)根據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒可寫出化學(xué)方程式3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧氣和水蒸氣都能腐蝕氮化硅，而氮?dú)夂蜌錃庵泻兴魵夂脱鯕?，所以銅屑的作用是除去氧氣，硅膠的作用是除去水蒸氣。②因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，如果溫度過(guò)高，局部過(guò)熱，會(huì)導(dǎo)致硅熔化成團(tuán)，阻礙與N2的接觸；通入氫氣能將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去。③由于工業(yè)用硅中含有銅的氧化物，在反應(yīng)中氧化銅能被還原生成銅，因此要除去銅應(yīng)該選擇硝酸，鹽酸和硫酸不能溶解銅，氫氟酸能腐蝕氮化硅。答案：(1)3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl(2)①除去原料氣中的氧氣除去生成的水蒸氣②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，防止局部過(guò)熱，導(dǎo)致硅熔化成團(tuán)，阻礙與N2的接觸將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去(或?qū)⒄麄€(gè)體系中空氣排盡)③硝酸真題演練明確考向1．正誤判斷，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”(1)(2022·浙江卷8A)晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，常用于制造光導(dǎo)纖維()(2)(2022·廣東卷2B)飛船返回艙表層材料中的玻璃纖維屬于天然有機(jī)高分子()(3)(2022·廣東卷12A)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光導(dǎo)纖維()(4)(2022·河北卷3A)制造5G芯片的氮化鋁晶圓屬于無(wú)機(jī)非金屬材料()(5)(2022·湖南卷2D)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一()(6)(2022·江蘇卷7B)單晶硅熔點(diǎn)高，所以可用作半導(dǎo)體材料()(7)(2022·遼寧卷1A)冰壺主材料花崗巖屬于無(wú)機(jī)非金屬材料()(8)(2022·遼寧卷1B)火炬“飛揚(yáng)”使用的碳纖維屬于有機(jī)高分子材料()答案：(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√(6)×(7)√(8)×2．(2022·河北卷)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說(shuō)法正確的是()A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料B．陶瓷主要成分為MgO和SiO2C．陶瓷燒制的過(guò)程為物理變化D．白瓷的白色是因鐵含量較高A[A.陶瓷是良好的絕緣體，傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料，常用于高壓變壓器的開(kāi)關(guān)外包裝和器件，A正確；B.陶瓷的主要成分為硅酸鹽，而不是SiO2和MgO，B錯(cuò)誤；C.陶瓷燒制過(guò)程發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，有新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變化，C錯(cuò)誤；D.由于Fe2＋、Fe3＋和鐵的氧化物均有顏色，故陶瓷中含鐵量越多，陶瓷的顏色越深，白瓷的白色是因?yàn)殍F含量較低甚至幾乎不含鐵，D錯(cuò)誤。]3．(2022·廣東卷)廣東一直是我國(guó)對(duì)外交流的重要窗口，館藏文物是其歷史見(jiàn)證。下列文物主要由硅酸鹽制成的是()文物選項(xiàng)A.南宋鎏金飾品B.蒜頭紋銀盒C.廣彩瓷咖啡杯D.銅鍍金鐘座C[A.鎏金飾品是用金汞合金制成的金泥涂飾器物的表面，經(jīng)過(guò)烘烤，汞蒸發(fā)而金固結(jié)于器物上的一種傳統(tǒng)工藝，其中不含硅酸鹽，故A項(xiàng)不符合題意；B.蒜頭紋銀盒中主要成分為金屬銀，其中不含硅酸鹽，故B項(xiàng)不符合題意；C.廣彩瓷咖啡杯主要由陶瓷制成，其主要成分為硅酸鹽，故C項(xiàng)符合題意；D.銅鍍金鐘座是銅和金等制得，其中不含硅酸鹽，故D項(xiàng)不符合題意。]4.(2021·浙江1月選考，21)鋁硅酸鹽型分子篩中有許多籠狀空穴和通道(如圖)，其骨架的基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體和鋁氧四面體，化學(xué)組成可表示為Ma[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O(M代表金屬離子)。下列推測(cè)不正確的是()A．常采用水玻璃、偏鋁酸鈉在強(qiáng)酸溶液中反應(yīng)后結(jié)晶制得分子篩B．若a＝x/2，則M為二價(jià)陽(yáng)離子C．調(diào)節(jié)y/x(硅鋁比)的值，可以改變分子篩骨架的熱穩(wěn)定性D．分子篩中的籠狀空穴和通道，可用于篩分分子A[A.偏鋁酸鈉在強(qiáng)酸性溶液中不能穩(wěn)定存在，容易形成Al3＋，不可以利用偏鋁酸鈉在強(qiáng)酸性溶液中制備分子篩，A錯(cuò)誤；B.設(shè)M的化合價(jià)為m，則根據(jù)正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算，m×eq\f(x,2)＋x×(－1)＝0，解得m＝＋2，B正確；C.調(diào)節(jié)硅鋁比可以改變分子篩的空間結(jié)構(gòu)，從而改變分子篩的熱穩(wěn)定性，C正確；D.調(diào)節(jié)硅鋁比可以調(diào)節(jié)分子篩的孔徑，根據(jù)分子篩孔徑的大小可以篩分不同大小的分子，D正確。]5．(全國(guó)卷Ⅱ，26節(jié)選)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水泥樣品中鈣含量的過(guò)程如圖所示：回答下列問(wèn)題：(1)在分解水泥樣品過(guò)程中，以鹽酸為溶劑，氯化銨為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是________________________________________________________________________，還可使用________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于強(qiáng)酸但可與一種弱酸反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)水泥熟料中的CaO和鐵、鋁、鎂等金屬的氧化物均能溶于鹽酸，加入硝酸能將水泥樣品中可能含有的Fe2＋氧化為Fe3＋，為了不引入新雜質(zhì)，還可用H2O2代替硝酸。(2)根據(jù)圖示流程可知，不溶于鹽酸和硝酸的沉淀A為SiO2(或H2SiO3)，SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氫氟酸，生成SiF4和H2O。答案：(1)將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF=SiF4↑＋3H2O)課時(shí)精練(十五)無(wú)機(jī)非金屬材料eq\a\vs4\al(\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P356))(本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂！)1．文物是傳承文化的重要載體，下列主要成分不是硅酸鹽的文物是()A.簡(jiǎn)牘B.陶彩繪女舞俑C.霽紅釉瓷碗D.梅瓶A[簡(jiǎn)牘主要成分為植物纖維，A符合題意；陶彩繪女舞俑，為陶制品，為硅酸鹽材料，B不符合題意；霽紅釉瓷碗，材料為陶瓷，為硅酸鹽材料，C不符合題意；梅瓶是瓷器，為硅酸鹽材料，D不符合題意。]2．(2022·上海三模)由于石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在石墨烯薄膜上施加較低的電壓(1～10V)即可產(chǎn)生較高的熱量，平昌冬奧會(huì)“北京8分鐘”主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)用石墨烯制作了20℃能發(fā)熱4h的智能服飾，向世界展現(xiàn)了新時(shí)代的中國(guó)形象，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．石墨烯是能導(dǎo)熱的金屬材料B．石墨烯屬于單質(zhì)C．石墨烯能導(dǎo)電D．在石墨烯薄膜上施加電壓，使電能轉(zhuǎn)化為熱能A[A.石墨烯屬于碳單質(zhì)，是能夠?qū)岬姆墙饘俨牧希珹錯(cuò)誤；B.石墨烯是碳的單質(zhì)，B正確；C.石墨烯屬于碳單質(zhì)，碳單質(zhì)具有良好的導(dǎo)電性，可以導(dǎo)電，C正確；D.根據(jù)題干信息可知，在石墨烯薄膜上施加較低的電壓(1～10V)即可產(chǎn)生較高的熱量，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，D正確。]3．(2022·河南省濮陽(yáng)市高三模擬)2022年2月在北京舉辦的冬季奧運(yùn)會(huì)中，使用了許多功能各異的材料，下列有關(guān)材料的描述中不正確的是()A．陶瓷、玻璃、水泥屬于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料B．石墨烯、富勒烯和碳納米管屬于新型有機(jī)非金屬材料C．硅是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料D．通訊中使用的光導(dǎo)纖維，主要成分為SiO2B[玻璃、陶瓷、水泥的主要成分是硅酸鹽類，都屬于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料，A正確；碳納米管、富勒烯和石墨烯都是新型無(wú)機(jī)非金屬材料，B不正確；晶體硅導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的良好的半導(dǎo)體材料，C正確；光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，D正確。]4．下列有關(guān)硅材料的說(shuō)法正確的是()A．光纖的主要成分是高純度的單質(zhì)硅B．金剛砂的主要成分是二氧化硅C．28g硅含有6.02×1023個(gè)電子D．28Si、29Si、30Si是不同的核素D[光纖的主要成分是二氧化硅，A錯(cuò)誤；金剛砂的主要成分是碳化硅，B錯(cuò)誤；28g硅的物質(zhì)的量是1mol，其中含有14×6.02×1023個(gè)電子，C錯(cuò)誤；28Si、29Si、30Si的質(zhì)子數(shù)相同，但中子數(shù)不同，是不同的核素，且互為同位素，D正確。]5．生產(chǎn)生活中的各種“玻璃”的說(shuō)法正確的是()A．鋼化玻璃和普通玻璃成分不相同，但都屬于硅酸鹽產(chǎn)品B．有機(jī)玻璃的主要成分聚甲基丙烯酸甲酯屬于天然有機(jī)高分子材料C.“水玻璃”的主要成分是硅酸鈉的水溶液，可用作礦物膠D．石英玻璃熔點(diǎn)高、硬度大，可制作加熱NaOH、Na2CO3等固體的儀器C[鋼化玻璃是將普通玻璃高溫后驟降溫度得到，二者成分相同，都屬于硅酸鹽產(chǎn)品，A錯(cuò)誤；有機(jī)玻璃屬于有機(jī)合成高分子材料，B錯(cuò)誤；“水玻璃”的主要成分是硅酸鈉的水溶液，可用作礦物膠，C正確；石英玻璃主要成分是二氧化硅，屬于酸性氧化物，會(huì)與NaOH、Na2CO3等堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，所以不能制作加熱NaOH、Na2CO3等固體的儀器，D錯(cuò)誤。]6．《天工開(kāi)物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無(wú)砂粘土而為之”，“凡坯既成，干燥之后，則堆積窖中燃薪舉火”，“澆水轉(zhuǎn)釉(主要為青色)，與造磚同法”。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．粘土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料B．“燃薪舉火”使粘土發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化C．沙子和粘土的主要成分均為硅酸鹽D．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦C[制作磚瓦和陶瓷的主要原料是粘土，故A正確；粘土的主要成分均為硅酸鹽，灼燒使粘土發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，故B正確；沙子的主要成分是二氧化硅，粘土的主要成分為硅酸鹽，故C錯(cuò)誤；澆水轉(zhuǎn)釉(主要為青色)，與造磚同法，所以燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦，故D正確。]7．高純度晶硅是典型的無(wú)機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料。它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場(chǎng)“革命”?？梢园聪铝蟹椒ㄖ苽洌篠iO2eq\o(→,\s\up7(①C),\s\do5(高溫))Si(粗)eq\o(→,\s\up7(②HCl),\s\do5(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up7(③過(guò)量H2),\s\do5(1000～1100℃))Si(純)下列說(shuō)法不正確的是()A．步驟①的化學(xué)方程式為SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑B．步驟①中每生成1molSi轉(zhuǎn)移4mol電子C．高純硅是制造太陽(yáng)能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的基本原料D．SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點(diǎn)67.6℃)，通過(guò)蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3A[二氧化硅高溫下與C反應(yīng)生成CO氣體，即步驟①的化學(xué)方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，故A錯(cuò)誤；步驟①中Si的化合價(jià)降低4，則每生成1molSi轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4mol，故B正確；高純硅是半導(dǎo)體材料，是制造集成電路、太陽(yáng)能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的基本原料，故C正確；沸點(diǎn)相差30℃以上的兩種液體可以采用蒸餾(或分餾)的方法分離，故D正確。]8．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：下列說(shuō)法正確的是()A．原材料稻殼灰價(jià)格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值B．操作A與操作B完全相同C．該流程中硅元素的化合價(jià)發(fā)生改變D．反應(yīng)器中發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)為SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OA[稻殼灰來(lái)源廣泛價(jià)格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，A正確；操作A為過(guò)濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，B錯(cuò)誤；二氧化硅中，硅元素的化合價(jià)是＋4價(jià)，硅酸鈉中，硅元素的化合價(jià)是＋4價(jià)，所以該流程中硅元素的化合價(jià)沒(méi)有發(fā)生改變，C錯(cuò)誤；復(fù)分解反應(yīng)是指由兩種化合物相互交換成分，生成另外兩種新的化合物的反應(yīng)，反應(yīng)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O不屬于復(fù)分解反應(yīng)，D錯(cuò)誤。]9．(2022·江蘇模擬預(yù)測(cè))“十四五”工作報(bào)告強(qiáng)調(diào)，中國(guó)將加速建設(shè)新能源供給消化吸納體系。硅基能源逐步取代碳基能源的革命，必須舉全國(guó)之力破解芯片技術(shù)受制于人的困局。以下說(shuō)法不正確的是()A.碳基能源主要指煤、石油、天然氣，我國(guó)的煤炭資源儲(chǔ)量?jī)?yōu)于石油B．硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，從沙灘到用戶，硅發(fā)生了還原反應(yīng)C．半導(dǎo)體工藝中一般需要在晶硅中摻雜第ⅢA族與第ⅤA族元素D．半導(dǎo)體工藝中用刻蝕劑——電子級(jí)氟化氫可加壓保存在玻璃罐體中D[A.碳基能源主要指煤、石油、天然氣，我國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量及開(kāi)發(fā)技術(shù)均優(yōu)于石油，A說(shuō)法正確；B.硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，從沙灘到用戶，硅由SiO2轉(zhuǎn)化為硅單質(zhì)，化合價(jià)下降，發(fā)生了還原反應(yīng)，B說(shuō)法正確；C.晶硅中摻雜第ⅢA族與第ⅤA族元素，形成PN結(jié)，在接通電源或受光的激發(fā)，自由電子可向空穴方向移動(dòng)(單向移動(dòng))(見(jiàn)圖)，C說(shuō)法正確；D.氟化氫可與玻璃容器中二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，故D說(shuō)法錯(cuò)誤。]10．(2022·天津市和平區(qū)三模)制造芯片用到高純硅，用SiHCl3(沸點(diǎn)：31.85℃，SiHCl3遇水會(huì)劇烈反應(yīng)，易自燃)與過(guò)量H2在1100～1200℃反應(yīng)制備高純硅的裝置如圖所示(夾持裝置和尾氣處理裝置略去)，下列說(shuō)法不正確的是()A．整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是控溫、檢查裝置氣密性和排盡裝置中的空氣B．裝置Ⅱ、Ⅲ中依次盛裝的是濃H2SO4、溫度高于32℃的溫水C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先打開(kāi)裝有稀硫酸儀器的活塞，收集尾氣驗(yàn)純，再預(yù)熱裝置Ⅳ石英管D．尾氣處理可直接通入NaOH溶液中D[由實(shí)驗(yàn)裝置可知，Ⅰ中Zn與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，Ⅱ中濃硫酸干燥氫氣，Ⅲ中汽化的SiHCl3與過(guò)量H2混合，Ⅳ中高溫下反應(yīng)制備高純硅，且SiHCl3遇水發(fā)生反應(yīng)SiHCl3＋3H2O=H2SiO3＋H2↑＋3HCl。A項(xiàng)，SiHCl3的沸點(diǎn)為31.85℃，且易自燃，因而整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是控溫、檢查裝置氣密性和排盡裝置中的空氣，故A正確；B項(xiàng)，裝置Ⅱ中濃H2SO4可干燥氫氣，Ⅲ中盛裝溫度高于32℃的溫水，目的是使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化，與氫氣反應(yīng)，故B正確；C項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先打開(kāi)裝有稀硫酸儀器的活塞制取氫氣，用氫氣將裝置內(nèi)的空氣排出，收集尾氣驗(yàn)純，再預(yù)熱裝置Ⅳ石英管，防止氫氣不純加熱易爆炸，故C正確；D項(xiàng)，SiHCl3與氫氣在1100～1200℃反應(yīng)制備高純硅，因而處理尾氣時(shí)，應(yīng)該在通入NaOH溶液前加上防倒吸裝置，故D錯(cuò)誤。]11．(2022·浙江省選考模擬)硅膠吸附劑的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，常用作干燥劑。在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少來(lái)決定硅膠是否失效，原理如下：CoCl2(藍(lán)色)=CoCl2·6H2O(粉紅色)，失效的硅膠可加熱再生，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．當(dāng)硅膠變粉紅色說(shuō)明硅膠失效了B．SiO2是酸性氧化物，硅膠可干燥HF和Cl2等酸性氣體C．失效的硅膠再生時(shí)加熱的溫度不宜過(guò)高D．當(dāng)硅膠遇到大量的水分子時(shí)，與硅羥基形成了過(guò)多氫鍵從而失去吸附力B[由題中信息可知，硅膠吸水后，會(huì)變成粉紅色的CoCl2·6H2O，故變成粉紅色后則說(shuō)明硅膠失效了，A正確；二氧化硅可以和HF反應(yīng)，故硅膠不能干燥HF，B錯(cuò)誤；溫度過(guò)高會(huì)因顯色劑逐步氧化而失去顯色作用，C正確；由硅膠結(jié)構(gòu)可知，硅膠用作干燥劑，是通過(guò)硅羥基和水分子之間形成氫鍵而達(dá)到吸水的目的，故當(dāng)硅膠遇到大量的水分子時(shí)，與硅羥基形成了過(guò)多氫鍵從而失去吸附力，D正確。]12．中國(guó)努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。利用NaOH溶液噴淋捕捉空氣中的CO2，反應(yīng)過(guò)程如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．捕捉室中NaOH溶液噴成霧狀有利于吸收CO2B．環(huán)節(jié)a中物質(zhì)分離的基本操作是蒸發(fā)結(jié)晶C．反應(yīng)過(guò)程中CaO和NaOH是可循環(huán)的物質(zhì)D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2B[利用NaOH溶液實(shí)現(xiàn)“碳捕獲”吸收器中，NaOH溶液用噴淋方式加入，增大反應(yīng)物之間的接觸面積，充分吸收二氧化碳，環(huán)節(jié)a中，氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，碳酸鈉與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉，Na2CO3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH，CaCO3需從溶液中過(guò)濾出來(lái)再高溫煅燒，生成的CO2循環(huán)使用。A項(xiàng)，NaOH溶液噴成霧狀，可增大反應(yīng)接觸面積，提高CO2吸收率，A正確；B項(xiàng)，環(huán)節(jié)a為Na2CO3和Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3，需從溶液中過(guò)濾出來(lái)再高溫煅燒，故基本操作不是蒸發(fā)結(jié)晶，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循環(huán)利用，C正確；D項(xiàng)，Na2CO3可以和CO2反應(yīng)，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D正確。]13．硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分，單質(zhì)硅及其化合物具有廣泛的用途。某些硅酸鹽具有篩選分子的功能，一種硅酸鹽的組成為：M2O·R2O3·2SiO2·nH2O，已知元素M、R均位于元素周期表的第3周期。兩元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為24。(1)該硅酸鹽中同周期元素原子半徑由大到小的順序?yàn)開(kāi)___________________；(2)常溫下，不能與R單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的是________(填字母)；A．CuCl2溶液 ．Fe2O3C．濃硫酸 ．Na2CO3溶液(3)寫出M、R兩種元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物反應(yīng)的離子方程式_________________________________________________________________________________。(4)氮化硅(Si3N4)陶瓷材料硬度大、熔點(diǎn)高。Si3N4晶體中只有極性共價(jià)鍵，則氮元素的化合價(jià)為_(kāi)_______。(5)C3N4的結(jié)構(gòu)與Si3N4相似。請(qǐng)比較二者熔點(diǎn)高低并說(shuō)明理由：__________________________________________________________________________________________。(6)可由下列反應(yīng)制得Si3N4，配平該反應(yīng)并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目和方向：________SiO2＋________C＋________N2eq\o(→,\s\up7(高溫))________Si3N4＋________CO(7)如果上述反應(yīng)在10L的密閉容器中進(jìn)行，一段時(shí)間后測(cè)得氣體密度增加了2.8g/L，則制得的Si3N4質(zhì)量為_(kāi)_______。解析：一種硅酸鹽的組成為：M2O·R2O3·2SiO2·nH2O，已知元素M、R均位于元素周期表的第3周期，兩元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為24，M為＋1價(jià)，R為＋3價(jià)，則說(shuō)明M為Na，R為Al。(1)該硅酸鹽中同周期元素是Na、Al、Si，根據(jù)同周期從左向右原子半徑逐漸減小，則原子半徑由大到小的順序?yàn)閞(Na)＞r(Al)＞r(Si)；(2)常溫下，鋁與氯化銅反應(yīng)生成氯化鋁和銅單質(zhì)，鋁與氧化鐵常溫不反應(yīng)，鋁常溫下與濃硫酸發(fā)生鈍化反應(yīng)，鋁常溫下與碳酸鈉不反應(yīng)，因此不能與R單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的是BD；(3)M、R兩種元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物分別為氫氧化鈉和氫氧化鋁，兩者反應(yīng)的離子方程式OH－＋Al(OH)3=AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋2H2O；(4)Si3N4晶體中只有極性共價(jià)鍵，氮非金屬性比硅強(qiáng)，硅為＋4價(jià)，根據(jù)化合物為電中性，則氮元素的化合價(jià)為－3；(5)氮化硅(Si3N4)陶瓷材料硬度大、熔點(diǎn)高。C3N4的結(jié)構(gòu)與Si3N4相似，說(shuō)明兩者都是共價(jià)晶體，碳原子半徑比硅原子半徑小，鍵長(zhǎng)短，鍵能大，則C3N4熔點(diǎn)比Si3N4熔點(diǎn)高；(6)碳化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，氮化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，則碳升高2個(gè)價(jià)態(tài)，Si3N4降低12個(gè)價(jià)態(tài)，因此碳系數(shù)配6，Si3N4系數(shù)配1，根據(jù)硅和氮守恒配SiO2系數(shù)為3，N2系數(shù)為2，再根據(jù)碳守恒配CO系數(shù)為6，則為3SiO2＋6C＋2N2eq\o(=,\s\up7(高溫))1Si3N4＋6CO，其電子轉(zhuǎn)移為(或)；(7)根據(jù)反應(yīng)方程式3SiO2＋6C＋2N2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N4＋6CO分析得到氣體質(zhì)量增加112g，則生成1molSi3N4即140g，如果上述反應(yīng)在10L的密閉容器中進(jìn)行，一段時(shí)間后測(cè)得氣體密度增加了2.8g/L，則氣體質(zhì)量增加了28g，則制得的Si3N4質(zhì)量為eq\f(140g×28g,112g)＝35g。答案：(1)r(Na)＞r(Al)＞r(Si)(2)BD(3)OH－＋Al(OH)3=AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋2H2O(4)－3(5)C3N4熔點(diǎn)比Si3N4熔點(diǎn)高，原因?yàn)閮烧叨际枪矁r(jià)晶體，碳原子半徑比硅原子半徑小，鍵長(zhǎng)短，鍵能大，因此C3N4熔點(diǎn)比Si3N4熔點(diǎn)高(6)3SiO2＋6C＋2N2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N得到4×3e－4＋6C失去6×2e－O(或3SiO2＋6C＋2N212e－eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N4＋6CO)(7)35g14．Ⅰ.高純度單晶硅是典型的無(wú)機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場(chǎng)“革命”。它可以按下列方法制備：SiO2eq\o(→,\s\up7(高溫),\s\do5(①C))Si(粗)eq\o(→,\s\up7(300℃),\s\do5(②HCl))SiHCl3eq\o(→,\s\up7(1000℃～1100℃),\s\d