第三节 无机非金属材料

莲花形玻璃托盏的材质为玻璃，属于无机非金属材料， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；纯碱、石灰石和石英砂是制作普通玻璃的原料， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；用纯碱、石灰石和石英砂高温下烧制玻璃，需经过复杂的物理和化学变化， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确； $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 是红棕色固体，添加 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 不能使玻璃呈天蓝色， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；制陶瓷的主要原料是黏土，纯碱、石灰石和石英砂是制造普通玻璃的原料， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；玻璃属于硅酸盐制品，通常性质稳定， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；沙子的主要成分是二氧化硅，是氧化物，不是硅酸盐， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

陶土主要成分 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}_{2} ({\mathrm{S}\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{O}}_{5} ) (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4}} $ 属于硅酸盐，硅酸盐是盐的一种， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；焦炭 $ {\rm (\mathrm{C})} $ 是碳的单质，碳属于非金属元素，因此焦炭是非金属单质，不是金属单质， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；石英砂 $ {\rm ({\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2})} $ 能与强碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；铁红 $ {\rm ({\mathrm{F}\mathrm{e}}_{2}{\mathrm{O}}_{3})} $ 属于金属氧化物， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

焦炭还原石英砂是在高温条件下发生的，且产物 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ 为气体，可促进反应进行，与还原性无关， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；用氢氟酸腐蚀玻璃是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 的特殊性质，与 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 有氧化性无关， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；氮化硅熔点高，硬度大，可以制作坩埚， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；用作光导纤维的是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ ，不是 $ {\rm \mathrm{S}\mathrm{i}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

石英和焦炭反应制得粗硅，粗硅粉碎后与 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 反应生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ ，提纯 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ 后，用 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 还原得到 $ {\rm \mathrm{S}\mathrm{i}} $ 。 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 具有还原性，可能为 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；反应 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}+2\mathrm{C}\xlongequal{高温}\mathrm{S}\mathrm{i}+2\mathrm{C}\mathrm{O}↑} $ 中， $ {\rm \mathrm{C}} $ 元素的化合价由0价升高为 $ +2 $ 价， $ {\rm \mathrm{C}} $ 为还原剂， $ {\rm \mathrm{S}\mathrm{i}} $ 元素的化合价由 $ +4 $ 价降低为0价， $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 为氧化剂，氧化剂 $ {\rm ({\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2})} $ 和还原剂 $ {\rm (\mathrm{C})} $ 物质的量之比为 $ 1:2 $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；非金属性： $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{l} > \mathrm{H} > \mathrm{S}\mathrm{i}} $ ，则 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ 中， $ {\rm \mathrm{H}} $ 和 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{l}} $ 都为 $ -1 $ 价，硅元素的化合价为 $ +4 $ 价， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确； $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ 水解的产物为 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 、 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ ，有化合价变化，属于氧化还原反应， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

“还原”反应是用焦炭把二氧化硅还原为粗硅，反应的化学方程式为 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}+2\mathrm{C}\xlongequal{高温}\mathrm{S}\mathrm{i}+2\mathrm{C}\mathrm{O}↑} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；粗硅提纯所得的高纯硅是制造芯片的主要材料，制造光导纤维的主要材料是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；“操作 $ {\rm \mathrm{X}} $ ”的目的是除去氮气中的少量氧气，可将原料气通过灼热的铜网， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；粗硅中含少量 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 的单质及化合物，稀硝酸能溶解 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ ，且不与 $ {\rm \mathrm{S}\mathrm{i}} $ 反应，所以“稀酸 $ {\rm \mathrm{Y}} $ ”可选用稀硝酸， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

二氧化硅是酸性氧化物，但与水不反应， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；虽然 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 不溶于水，不能与水反应生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}} $ ，但 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 仍可看作是一分子 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}} $ 失去一分子 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 而形成的，且 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}} $ 中硅元素化合价相同，故 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 是 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}} $ 的酸酐， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；二氧化硅不能导电， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应生成硅酸钠和 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

步骤Ⅰ是二氧化硅与氢氧化钠反应，生成硅酸钠和水， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确； $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 与水不反应，不能通过一步反应直接生成硅酸， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；碳酸、硫酸的酸性均强于硅酸，可以用足量二氧化碳代替稀硫酸制取硅酸，方程式为 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}^{2-}+2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}↓+2{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；灼烧固体一般在坩埚中进行， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

碳纤维复合材料由碳纤维和其他材料复合而成，属于新型无机非金属材料， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；光导纤维的主要成分是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ ，其功能是传输光信号，而太阳能电池的主要材料是晶体硅 $ {\rm (\mathrm{S}\mathrm{i})} $ ，并非 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；富勒烯、碳纳米管、石墨烯均为碳纳米材料，属于新型无机非金属材料， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；高温结构陶瓷如氮化硅或碳化硅属于新型无机非金属材料，而非传统硅酸盐材料， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

碳化硅 $ {\rm (\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C})} $ 增强铝基复合材料属于新型复合材料，而非传统的硅酸盐材料， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；合金是由不同金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的混合物，不是纯净物， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；氮化硼 $ {\rm (\mathrm{B}\mathrm{N})} $ 属于新型无机非金属材料，而非传统无机非金属材料， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；钛合金具有强度高、耐高温和耐腐蚀的特性，广泛应用于航天领域， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

$ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 能与 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 发生反应： $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}⇌{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ ， $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 不反应， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 能与 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{F}} $ 发生反应： $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}+4\mathrm{H}\mathrm{F}\xlongequal{}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{F}}_{4}↑+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误； $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 都是酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液发生反应，化学方程式分别为 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}+2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\xlongequal{}{\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{3}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ （少量） $ {\rm +2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\xlongequal{}{\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；水晶的主要成分是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{C}} $ 是金刚砂的主要成分， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

二氧化硅具有良好的光学特性，是制造光导纤维的材料，①错误；玻璃中的二氧化硅能与 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 反应生成硅酸钠，从而使瓶口和塞子粘连在一起，所以盛装 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，②正确；水玻璃是硅酸钠溶液，硅酸钠耐高温，可用作木材防火剂，③正确；二氧化硅与碳反应得到粗硅和一氧化碳，所以二氧化硅是制取粗硅的原料，④正确；石英玻璃、玛瑙的主要成分是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ ，不是硅酸盐产品，⑤错误；二氧化硅是酸性氧化物，能与碱反应，所以光导纤维遇碱会“断路”，⑥正确；氢氟酸可与 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}}_{2}} $ 在常温下反应生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{F}}_{4}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，可利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，⑦正确。综上所述，错误的有①⑤，选 $ {\rm \mathrm{A}} $ 。