2026年高考化学总复习备课课件 第8讲 碳、硅和无机非金属材料

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1.掌握碳、硅及其化合物结构、性质及应用;2.知道无机非金属材料的组成、分类及在生产中的应用。
考点一　碳、硅及其化合物
考点二　无机非金属材料
(一)碳及其氧化物1.碳族元素
(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素,又称碳族元素,其价层电子排布式为　　　　　　　。 (2)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯,它们互为　　　　　　　　　。 
2.金刚石、石墨、C60的物理性质
3.CO2在自然界中的循环
(1)碳和碳的氧化物是生活中的常见物质,下列有关说法正确的是　　　　　　　　　　。①利用二氧化碳制造全降解塑料,可以减缓二氧化碳对环境的影响　②金刚石、石墨、C60的化学性质相似,物理性质却有很大差异　③木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜　④大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用　⑤CO2是导致温室效应的主要气体　⑥CO和CO2组成元素相同,但他们的化学性质不相同　⑦在高温条件下,碳能使CO2转变成CO
(2)写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法。①CO(CO2):　　　　　　　　　　　　　　　  (合理即可,下同)。 ②CO2(CO):　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③CO2(SO2或HCl):　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。 
通过盛有NaOH溶液的洗气瓶
通过装有灼热CuO的硬质玻璃管
通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶
(二)硅及其化合物1.硅单质
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑
(1)存在:普通的沙(细小的石英晶体);水晶(纯石英,无色透明晶体)。(2)物理性质:难溶于水,熔点　　　　、硬度　　　　。 (3)化学性质
(4)用途:　　　　　　、光学仪器、电子部件。 
Na2SiO3+H2O
Na2SiO3+CO2↑
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
(1)下列说法中错误的是　　　　　　　　。 ①晶体硅熔点高、硬度大,故可用于制作半导体材料②非金属性:C>Si,则热稳定性:CH4>SiH4③SiO2是酸性氧化物,可溶于强碱(NaOH),不溶于任何酸④硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”,是一种建筑行业常用的黏合剂⑤SiO2能与HF反应,因此可用HF刻蚀玻璃⑥向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶⑦石英是良好的半导体材料,可以制成光电池,将光能直接转化成电能
1.(2024·河北邯郸一模)下列有关碳及其化合物的说法正确的是(　　)
A.CO2不是导致温室效应的主要气体B.CO和CO2组成元素相同,所以他们的化学性质相同C.金刚石、石墨是碳的单质,而C60是碳的化合物D.在高温条件下,碳能使CO2转变成CO
2.下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)
3.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)请写出反应Ⅱ、Ⅲ的化学方程式:Ⅱ　　　　　　　　　　　　　　 、 Ⅲ　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)在流化床反应的产物中,SiHCl3大约占85%,所含有的其他物质的沸点数据如下表:
①提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和　　　　　　　　　　。 ②沉降是为了除去　　　　;在空气中冷凝所得液体主要含有　　　　　　　。
SiCl4、SiHCl3
(3)SiHCl3极易水解,生成原硅酸(H4SiO4)和两种气体,其反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)整个制备流程都需隔绝空气,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两条即可)。 
SiHCl3+4H2O===H4SiO4+H2↑+3HCl↑
防止氢气爆炸;防止硅被氧化;防止三氯硅烷水解
1.传统无机非金属材料——常见硅酸盐材料
CaSiO3+CO2↑
(1)下列说法中正确的是　　　　。 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石墨烯的电阻率低,热导率也低⑤冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是　　　　,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)。 (3)复杂硅酸盐通常用氧化物形式表示,则Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为　　　　　　　　　　　　。 
Na2O·Al2O3·6SiO2
2.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碳化硅为共价晶体,具有类似金刚石的结构,可用作磨料。②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
下列叙述的材料中属于新型无机非金属材料的是　　　　　　　　　　。 ①氮化硅陶瓷　②“神舟十七号”航天员使用的碳纤维材料　③石墨烯智能发热材料　④钛合金　⑤聚酰胺纤维　⑥中国天眼FAST用到的高性能碳化硅⑦天宫二号所用太阳能电池材料砷化镓　⑧修筑三峡大坝使用的水泥
1.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
解析　“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关,而氧化铁显红色,A项错误;秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成,B项正确;陶瓷以黏土为原料,经高温烧制而成,属于人造材料,主要成分是硅酸盐,C项正确;陶瓷主要成分是硅酸盐,硅酸盐中硅元素化合价处于最高价,化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点,D项正确。
2.信息、材料、能源被称为新科技革命的“三大支柱”。下列有关资讯错误的是(　　)
A.在即将到来的新能源时代,核能、太阳能、氢能将成为主要能源B.中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术,能较大程度地降低能耗,节约能源C.光导纤维在信息产业中应用广泛,制造光导纤维的主要材料是单质硅D.结构陶瓷碳化硼(B4C3)常用于制造切削工具,它是一种新型无机非金属材料解析　光缆在信息产业中有广泛应用,制造光导纤维的主要材料是二氧化硅,C错误。
3.白炭黑(可用SiO2·nH2O表示其组成)可广泛应用于日用化工、橡胶制品、电子工业等许多领域。以硅酸钠和二氧化碳为原料制备白炭黑的工艺流程如下:
4.(2024·河南濮阳第三次联考)氮化硅常用于制造耐高温管、切削工具。某小组以石英砂为原料制备氮化硅的微型流程如图1所示:
下列叙述正确的是(　　)A.反应①的氧化产物为CO2B.粗硅中可能含有金刚砂C.反应③中的NH3可通过加热NH4Cl制备D.反应③的尾气可用图2所示装置吸收
解析　A项,反应①中焦炭是还原剂,被氧化,生成氧化产物CO,A错误;B项,金刚砂是SiC,焦炭与二氧化硅在高温下发生副反应生成SiC和CO,B正确;C项,加热NH4Cl分解生成NH3和HCl,两者在温度降低时又重新化合成NH4Cl,制取NH3不能通过加热NH4Cl制备,C错误;D项,反应③的尾气用图2所示装置吸收容易产生倒吸现象,D错误。
体验真题 感悟高考
1.(2024·江西卷)景德镇青花瓷素有“国瓷”的美誉。是以黏土为原料,用含钴、铁的颜料着色,上釉后一次性高温烧制而成的青蓝色彩瓷。下列关于青花瓷说法正确的是(　　)
A.青蓝色是由于生成了单质钴B.表面的釉属于有机高分子膜C.主要成分为铝硅酸盐D.铁元素的存在形式只有Fe2O3解析　青蓝色是由于生成了钴离子,A项错误;表面的釉为无机物,B项错误;陶瓷的主要成分为铝硅酸盐,C项正确;Fe2O3为红棕色,铁元素的存在形式不是Fe2O3,D项错误。
2.(2024·黑吉辽卷)文物见证历史,化学创造文明。东北三省出土的下列文物据其主要成分不能与其他三项归为一类的是(　　)
A.金代六曲葵花鎏金银盏B.北燕鸭形玻璃注C.汉代白玉耳杯D.新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐解析　金代六曲葵花鎏金银盏的主要成分为银,银属于金属,北燕鸭形玻璃注、汉代白玉耳杯及新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐的主要成分都是硅酸盐,故A符合题意。
3.(2020·浙江选考)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(　　)
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;Ca3SiO5与足量盐酸反应得不到二氧化硅,而是硅酸沉淀,D项错误。
4.(2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下:
(1)制备SiHCl3时进行操作:(ⅰ)……;(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中;(ⅲ)通入HCl,一段时间后接通冷凝装置,加热开始反应。操作(ⅰ)为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 判断制备反应结束的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。图示装置存在的两处缺陷是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)已知电负性Cl>H>Si,SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
组装仪器并检查装置气密性
当管式炉中固体消失,烧瓶中无液体滴下
C、D之间没有吸水装置,缺少氢气的处理装置
SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O
分层训练 提升等级
基础落实选择题只有1个选项符合题意1.《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无砂粘土而为之”“凡坯既成,干燥之后,则堆积窑中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)
A.“粘土”是制砖瓦和水泥的主要原料B.“燃薪举火”使“粘土”发生复杂的物理化学变化C.沙子的主要成分为硅酸盐D.泥坯烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦
解析　A.题中“择取无砂粘土而为之”说明“粘土”是制砖瓦和水泥的主要原料,选项A正确;B.“燃薪举火”是提供高温环境,使“粘土”发生复杂的物理化学变化,选项B正确;C.沙子的主要成分为二氧化硅,选项C错误;D.“粘土”中有一定量的Fe元素,泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁),浇水冷却时C与水反应得到CO和H2,将三价铁还原为二价铁,形成青瓦,选项D正确。
2.(2024·湖北黄冈三模)ChatGPT是史上月活用户增长最快的消费者应用。下列说法中不正确的是(　　)
A.硅晶片是生产芯片的基础材料B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像,该过程涉及化学变化C.硅在自然界中主要以单质形式存在D.硅是应用最广泛的半导体材料
解析　A项,硅晶片是优良的半导体材料,是生产芯片的基础材料,故A正确;B项,光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成,属于化学变化,故B正确;C项,硅元素是亲氧元素,在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在,不存在硅单质,故C错误;D项,硅是优良的半导体材料,可用于制造和生产芯片,故D正确。
3.下列说法不正确的是(　　)
A.制作太阳能电池板的核心材料是硅B.青铜是我国使用最早的合金C.陶瓷、玻璃、水泥均属于硅酸盐制品D.下列转化都能一步实现:Si→SiO2→H2SiO3→Na2SiO3解析　A.硅是良好的半导体材料,常用于制作太阳能电池板,故A正确;B.我国使用最早的合金是铜合金,即青铜,故B正确;C.陶瓷、玻璃、水泥为传统无机非金属材料,属于硅酸盐制品,故C正确;D.SiO2不能直接与水反应生成H2SiO3,故D错误。
4.下列叙述正确的是(　　)
解析　CO2的熔、沸点低,可溶于水,SiO2的熔、沸点高,硬度大,不溶于水,两者都是酸性氧化物,和其物理性质没有因果关系,A错误;CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体,脱离反应体系,不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3弱,B错误;SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质,生成物不是盐类,不能说明SiO2是两性氧化物,D错误。
5.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
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。
6.翡翠手镯的主要成分是硬玉,硬玉化学式为NaAl(Si2O6),下列推测不合理的是(　　)
A.硬玉与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4]、Na2SiO3和H2OB.翡翠硬度大、熔点高,受到猛烈撞击不容易断裂或粉碎C.碳酸钠与氧化铝、二氧化硅在高温熔融的条件下能制取硬玉NaAl(Si2O6)D.翡翠中含NaFe(Si2O6),高温分解翡翠,产物溶于氢碘酸加CCl4萃取,有机层呈紫红色
8.制造芯片用到高纯硅,用SiHCl3 (沸点:31.85 ℃,SiHCl3遇水会剧烈反应)与过量H2在1 100~1 200 ℃反应制备高纯硅的装置如下图所示(夹持装置和尾气处理装置略去),下列说法错误的是(　　)
A.Ⅰ装置可用于二氧化锰固体与浓盐酸反应制备氯气B.装置Ⅱ中盛装的是浓H2SO4、装置Ⅲ烧杯盛装的是温度高于32 ℃的温水C.实验时,先打开装有稀硫酸仪器的活塞,收集尾气验纯,再预热装置Ⅳ石英管
9.(2024·湖南常德第一中学月考)硅是地壳中含量第二大的元素,其单质是一种重要的半导体材料。
(1)28Si是硅的一种同位素,该Si原子的中子数为　　　　。 (2)硅元素在自然界中通常以石英石(SiO2)和硅酸盐的形式存在。已知SiO2是一种酸性氧化物,请写出其与氢氧化钠溶液反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是　　　　(填字母)。 A.自然界中存在天然游离的硅单质B.已知C与Si的最高正价都是正四价,由于CO2+H2O===H2CO3,用类比法得知,SiO2+H2O===H2SiO3C.Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为Na2O·Al2O3·6 SiO2D.SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物
能力提升10.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.用硫酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D.图中所含反应有的不属于氧化还原反应
11.(2024·河北邯郸二模)工业上制备高纯硅,一般需要先制得98%左右的粗硅,再以粗硅为原料制备高纯硅,工艺流程如下;工业上还以粗硅为原料采用熔融盐电解法制取甲硅烷(SiH4),电解装置如图所示:
12.近日,清华大学等重点高校为解决中国“芯”——半导体芯片,成立了“芯片学院”。某小组拟在实验室制造硅,其流程如图:
13.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)。 
Na2SiO3+H2SO4===Na2SO4+H2SiO3↓
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Na[Al(OH)4],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,Na[Al(OH)4]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宜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颗粒不至于过大,达到纳米颗粒的大小。
14.白炭黑(SiO2·H2O)广泛应用于橡胶、涂料、印刷等行业,可用蛇纹石[主要成分为Mg6(Si4O10)(OH)8]来制取,其主要工艺流程如图所示:
(1)蛇纹石用氧化物形式可表示为　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)碱浸时,为提高其中硅酸盐的浸取率,除采用合适的液固比和循环浸取外,还可采用的方法:①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; ②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(任举两种)。(3)过滤1得到的滤液的主要成分是　　　　　　　　　　　　。 (4)滤液与盐酸反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。(5)洗涤时,如何证明产品已洗涤干净?。
6MgO·4SiO2·4H2O
连续搅拌(或适当延长停留时间、选择合适的氢氧化钠浓度等)
取少许最后一次洗涤液,滴入2~3滴硝酸酸化的AgNO3溶液,若不出现白色浑浊,表示已洗涤干净