(新高考)高考化学一轮复习讲测练第9讲无机非金属材料（讲）(2份打包，解析版+原卷版，可预览)

       第9讲  无机非金属材料

【学科核心素养】

1.变化观念与平衡思想：根据碳、硅的结构，预测在一定条件下碳、硅及其化合物可能发生的化学变化。

2.科学态度与社会责任：关注与碳、硅有关的热点问题（如光导纤维、硅电池、半导体材料），形成可持续发展的意识；知道碳、硅及其化合物对社会发展的重大贡献。

【知识点解读】

知识点一  碳及其重要化合物

1．碳单质

 (1)结构、存在形态、物理性质和用途

(2)主要化学性质——还原性

2．一氧化碳(CO)

(1)物理性质

无色气体，有毒，难溶于水。

(2)化学性质——还原性

①燃烧：2CO＋O22CO2，淡蓝色火焰；

②还原CuO：CuO＋COCu＋CO2(冶炼金属)。

3．二氧化碳(CO2)

(1)物理性质：CO2是一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。

(2)化学性质：与H2O、Na2O、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg反应的方程式分别为CO2＋H2OH2CO3、Na2O＋CO2===Na2CO3、CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O   2Mg＋CO22MgO＋C。

(3)CO2在自然界中的循环

①CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。

②自然界消耗CO2的主要反应：

a．溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3；

b．光合作用将CO2转化为O2；

c．岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。

(4)CO、CO2气体的除杂方法

4．碳酸(H2CO3)

弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。

5．碳酸的酸式盐和正盐的比较

(1)在水中的溶解性

①含K＋、Na＋、NH的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。

②一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度：Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度：Na2CO3>NaHCO3。

(2)热稳定性

一般来说，热稳定性顺序为正盐>酸式盐>碳酸，如稳定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3。可溶性正盐>难溶性正盐，如CaCO3高温分解，而K2CO3不易分解。

(3)水溶液酸碱性

物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH大于其酸式盐溶液，如pH：Na2CO3溶液>NaHCO3溶液。

(4)与酸的反应

①CaCO3与盐酸反应的离子方程式：

CaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ca2＋。

②Ca(HCO3)2与盐酸反应的离子方程式：

HCO＋H＋===H2O＋CO2↑。

(5)与碱的反应

①Na2CO3与Ca(OH)2反应的离子方程式：

CO＋Ca2＋===CaCO3↓。

②NaHCO3与足量Ca(OH)2反应的离子方程式：

HCO＋Ca2＋＋OH－===CaCO3↓＋H2O。

Ca(OH)2与足量NaHCO3反应的离子方程式：

Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O。

知识点二   硅　无机非金属材料

一、硅单质

1．存在

硅单质主要有晶体和无定形两大类。

2．物理性质

带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。

3．化学性质

常温下与F2、HF、NaOH反应；加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下：

①与非金属单质反应

②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

③与NaOH溶液反应：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

(4)制备方法

①制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑。

②粗硅提纯：Si＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl。

【特别提醒】①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。

②粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。

(5)主要用途

①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。

二、二氧化硅

1．存在

自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有晶体和无定形两种，统称硅石。

2．结构

SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。

3．二氧化硅的性质及用途

【特别提醒】

①SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。

②氢氟酸能与SiO2反应，故氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中，而应存放在塑料瓶中。

三、硅酸、硅酸盐

1．硅酸

(1)物理性质

硅酸的溶解度小，新制备的硅酸为透明、胶冻状，干燥硅胶多孔，吸水性和吸附性强。

(2)化学性质

①弱酸性：酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。

②不稳定性：受热易分解，反应的化学方程式为

H2SiO3SiO2＋H2O。

(3)制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)。

(4)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。

2．硅酸盐

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②与酸性较硅酸强的酸反应：

a．与盐酸反应的化学方程式：

Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

b．与CO2水溶液反应的化学方程式：

Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。

③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

(3)硅酸盐组成的表示

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。

推背图①Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。

②可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。

四、无机非金属材料

1．传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

(1)常见硅酸盐材料比较

(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。

2．新型无机非金属材料

【典例剖析】

高频考点一     碳及及其化合物性质

例1. (2018·江苏卷)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是(　　)

A．光合作用            B．自然降雨

C．化石燃料的燃烧        D．碳酸盐的沉积

【变式探究】 (2017·北京卷)我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展，CO2转化过程示意图如下：

下列说法不正确的是(　　)

A．反应①的产物中含有水

B．反应②中只有碳碳键形成

C．汽油主要是C5～C11的烃类混合物

D．图中a的名称是2­甲基丁烷

高频考点二   硅和二氧化硅 

例2.下列说法错误的是（   ）

A．（2019新课标Ⅲ）高纯硅可用于制作光感电池

B．（2019江苏）SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维

C．（2019浙江）天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅

D.  （2018天津）汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏士

【举一反三】高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料。它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。可以按下列方法制备：

SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)

下列说法不正确的是(　　)

A．步骤①的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑

B．步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子

C．高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料

D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏可提纯SiHCl3

【变式探究】从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：

①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑

②Si(粗)＋2Cl2SiCl4

③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl

关于上述反应的叙述不正确的是(　　)

A．①③是置换反应，②是化合反应

B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅

C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子

D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅

高频考点三  硅酸盐及其应用

例3．（2021·浙江高考真题）下列说法不正确的是(    )

A．硅酸钠是一种难溶于水的硅酸盐 B．镁在空气中燃烧可生成氧化镁和氮化镁

C．钠与水反应生成氢氧化钠和氢气 D．常温下，铝遇浓硝酸或浓硫酸时会发生钝化

【举一反三】（2020·浙江卷）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：

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

【举一反三】[2019新课标Ⅰ]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

【变式探究】 [2017·高考全国卷Ⅱ]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____________、______________(写化学式)。

高频考点四  无机非金属材料

例4. [2019北京]下列我国科研成果所涉及材料中，主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是

【变式探究】平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法中，不正确的是(　　)

A．石墨烯是能导热的金属材料

B．铝合金是密度较小的金属材料

C．碳纤维是耐低温的无机非金属材料

D．新型材料种类多、用途广

高频考点五  考查CO2通入碱溶液中反应产物

例5．标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO) 的比值为(不考虑CO、HCO的水解)(　　)

A．1∶1　　　　　　　　　　 B．1∶2

C．2∶1  D．1∶3

【方法技巧】CO2与碱反应产物的定量判断

CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐，当通入CO2的量介于　

两者之间时，既有碳酸盐又有碳酸氢盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。

以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为

①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；

②CO2＋NaOH===NaHCO3。

当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：

【变式探究】常温下，向 Ba(OH)2 和NaOH混合溶液中缓慢通入CO2至过量(溶液温度变化忽略不计)，生成沉淀物质的量与通入CO2体积的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．b点时溶质为NaHCO3

B．V4的值为900

C．V1、V2、V3时，溶液中c(Ba2＋)·c(CO)相等

D．原混合溶液中n[Ba(OH)2]∶n(NaOH)＝1∶2