2027高考一轮总复习化学课件---4.7 碳、硅及无机非金属材料

这是一份2027高考一轮总复习化学课件---4.7 碳、硅及无机非金属材料，共136页。PPT课件主要包含了考点一碳族元素碳，硅酸盐，氧化物，半导体等内容，欢迎下载使用。
第21讲　碳、硅及无机非金属材料
提能训练　练案[21]
1．碳族元素碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为_________。处于元素周期表的______区。2．碳的单质(1)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)几种单质的结构特点金刚石：____________空间网状结构；石墨：平面____________层状结构，C60是由60个碳原子形成的足球状分子晶体。
3．CO与CO2的比较
4.CO2在自然界中的循环(1)CO2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：
②光合作用将CO2转化为O2；③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
【易错辨析】(1)金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质。(　　)[提示]　√(2)水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼。(　　)[提示]　√(3)二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红，说明二氧化碳具有酸性。(　　)[提示]　×
(4)低碳环保中的“碳”是指二氧化碳。(　　)[提示]　√(5)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。(　　)[提示]　×(6)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。(　　)[提示]　×(7)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失。(　　)[提示]　×
(8)向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。(　　)[提示]　√
1．(2021·全国乙卷)我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，这对于改善环境，实现绿色发展至关重要。碳中和是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是(　　)A．将重质油裂解为轻质油作为燃料B．大规模开采可燃冰作为新能源C．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染D．研发催化剂将CO2还原为甲醇
微考点　自然界中的碳循环及“碳中和”
[答案]　D[解析]　将重质油裂解为轻质油并不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，A错误；大规模开采可燃冰作为新能源，会增大二氧化碳的排放量，不符合碳中和的要求，B错误；通过清洁煤技术减少煤燃烧污染，不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，C错误；研发催化剂将二氧化碳还原为甲醇，可以减少二氧化碳的排放量，达到碳中和的目的，D正确。
2．科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法错误的是(　　)
A．CO2是自然界碳循环中的重要物质B．CO2加氢转化为乙烯，CO2被还原C．CO2电催化时，在阳极转化为燃料D．CO2与环氧丙烷可合成可降解塑料[答案]　C
[解析]　CO2中C元素的化合价为＋4价，只能发生得电子的还原反应，电催化时，CO2在阴极得电子转化为燃料，阳极为失电子的氧化反应，故C错误。
3．中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2B．环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶C．反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2[答案]　B[解析]　NaOH溶液喷成雾状，可增大反应物接触面积，提高CO2吸收率，A正确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再高温煅烧，故基本操作不是蒸发结晶，B错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环利用，C正确；Na2CO3溶液可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D正确。
考点二　硅及其重要化合物
1．硅单质的性质和用途
[微点归纳]　硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。
2．高纯硅的制备与用途工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅，原理图示如下：
用途：(1)良好的半导体材料；(2)太阳能电池；(3)计算机芯片。
3．二氧化硅的性质和用途
4．硅酸(H2SiO3)
5．硅酸盐(1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。(3)硅酸盐写成氧化物形式的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。如，石棉(CaMg3Si4O12)用氧化物的形式表示为________________。
CaO·3MgO·4SiO2
【易错辨析】(1)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。(　　)[提示]　×　Si用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维。(2)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。(　　)[提示]　×　常温下硅能与氢氟酸、氢氧化钠反应。(3)用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化。(　　)[提示]　×　硅元素化合价降低，被还原。
(4)因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强。(　　)[提示]　×　二氧化碳通入硅酸钠溶液生成硅酸，碳酸酸性强于硅酸。(5)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。(　　)[提示]　×　硅可用于制光电池。(6)SiO2能与HF反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃。(　　)[提示]　√　氢氟酸可用于刻蚀玻璃。
[提示]　×　应生成CO。(8)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸。(　　)[提示]　×　SiO2能溶于氢氟酸。
(9)向Na2SiO3溶液中通入CO2，可生产白色胶状沉淀，证明酸性：H2CO3>H2SiO3。(　　)[提示]　√(10)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。(　　)[提示]　√
1．(2026·湖南怀化高三模拟)下列关于硅及其化合物的叙述错误的是(　　)A．硅是良好的半导体材料B．二氧化硅属于酸性氧化物C．硅酸的酸性比碳酸的酸性弱D．常温下，硅的化学性质不活泼，不与任何物质反应[答案]　D
微考点1　硅及其化合物的性质
[解析]　硅是良好的半导体材料，故A正确；二氧化硅能与强碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，故B正确；非金属性：SiH2SiF6D．标准状况下，生成1.12 L H2时，转移电子的物质的量为0.2 ml
[答案]　B[解析]　氢氟酸能腐蚀玻璃，此反应不能在玻璃容器中进行，A正确；该反应为氧化还原反应，不能由此反应判断氢氟酸是强酸，HF是弱酸，B错误；氧化剂的氧化性大于氧化产物，则氧化性：HNO3>H2SiF6，C正确；据关系式Si～HNO3～H2SiF6～HNO2～H2↑～4e－，则标准状况下，生成1.12 L H2(0.05 ml)时，转移电子的物质的量为0.2 ml，D正确。
5．(2026·福建三明模拟)“嫦娥六号”上某种涂层材料的主要成分是微米级硅化物(如MSi2、WSi2等)，高温氧化后会生成具有自修复功能的玻璃态SiO2。下列叙述错误的是(　　)A．硅化物属于硅酸盐材料B．用焦炭还原二氧化硅可制备粗硅C．SiO2是酸性氧化物D．钨(W)是耐高温的过渡元素[答案]　A[解析]　硅化物不属于硅酸盐材料，A错误。
6．(2026·江西赣州模拟)下列关于无机非金属材料的说法正确的是(　　)A．硅酸盐产品的硬度大、熔点高，难溶于水，不与酸、碱反应B．砖瓦、玻璃和水泥都属于传统无机非金属材料C．将Na2SiO3、CaSiO3和SiO2混合，在高温条件下制得普通玻璃D．碳化硅、氮化硅等物质属于新型硅酸盐产品[答案]　B[解析]　硅酸盐材料能与酸反应，A错误；制玻璃的原料为纯碱、石灰石和石英砂，C错误；碳化硅、氮化硅属于新型无机非金属材料，不属于硅酸盐产品，D错误。
7．(2025·山西大同联考)“挖掘文物价值，讲好中国故事”。下列有关文物的叙述正确的是(　　)A．“良渚古城遗址”出土的良渚陶器制作原料是石灰石、纯碱和二氧化硅B．“贾湖骨笛”制作材料是鹤类尺骨，它的成分羟基磷酸钙属于有机高分子材料C．“马家窑”出土的铜刀表面的绿色物质，其主要成分是CuSO4·5H2OD．肉形石“东坡肉”是一块玛瑙石，主要成分是SiO2
[答案]　D[解析]　陶瓷是以黏土为主要原料，经过高温烧结而成的产品，所以良渚陶器的主要原料是黏土，A错误；羟基磷酸钙不含碳元素，是碱式盐，属于无机材料，B错误；铜刀表面的绿色物质是铜锈，主要成分是Cu2(OH)2CO3，C错误。
8．碳、硅的单质及其化合物在人类进步和社会发展中发挥着重要作用。下列叙述正确的是(　　)A．硅元素在自然界中主要以游离态存在B．硅单质可以制成芯片、硅太阳能电池、光导纤维C．富勒烯、石墨烯均属于有机高分子材料D．高温下，SiO2能分别与C、CaCO3、Na2CO3发生反应[答案]　D
[解析]　硅元素在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，A错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，B错误；富勒烯、石墨烯均是无机非金属材料，不是有机高分子材料，C错误；高温下，二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳、与碳酸钙反应生成硅酸钙和二氧化碳、与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，D正确。
9．(2026·河南名校联盟联考)材料的开发与研究助力我国航空航天事业飞速发展。下列说法中正确的是(　　)A．“神舟十六号”宇宙飞船返回舱外表面使用的新型高温结构陶瓷主要成分是硅酸盐B．火箭芯一级尾段使用的碳纤维材料属于新型无机非金属材料C．“天问一号”使用的新型SiC增强铝基材料属于新型硅酸盐材料D．中国空间站核心舱“天和号”推进器的氮化硼陶瓷材料属于传统的无机非金属材料[答案]　B
[解析]　新型高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，不是硅酸盐材料，A错误；新型SiC增强铝基材料属于复合材料，不是硅酸盐材料，C错误；氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料，D错误。
10．(2026·四川达州统考)以下是由石英砂(主要成分为二氧化硅)制备高纯硅的工艺流程示意图。
下列说法中不正确的是(　　)
B．工艺流程中，从混合物中分离出SiCl4、SiHCl3的方法为分液C．由粗硅制备高纯硅的过程中，循环使用的物质主要有HCl和H2D．若混合物分离后，得到SiCl4、SiHCl3、H2的物质的量之比为1∶1∶1，理论上需要额外补充2 ml H2[答案]　B
11．(2026·河北省级重点高中联考)某小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1 357 K的条件下制备高纯硅，实验装置如图所示(加热及夹持装置略去)。已知：①SiHCl3的沸点为33.0 ℃，易溶于有机溶剂，能与H2O剧烈反应，在空气中易被氧化；②CaCl2＋xCH3CH2OH―→ CaCl2·xCH3CH2OH。下列说法错误的是(　　)
A．装置B中的试剂是碱石灰B．实验过程中应先打开活塞K1，再加热石英管
D．装置E中CCl4的作用为防倒吸和吸收多余的SiHCl3[答案]　A
12．(2025·辽宁十校联合体联考)实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备高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中依次盛装的是热水、浓硫酸B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞KC．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、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稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备氨[答案]　C
13．(2025·山东济南模拟)如图是某元素常见物质的“价—类”二维图，f为钠盐。下列说法不正确的是(　　)
A．物质a既可被氧化，也可被还原B．可存在a→b→d→e→f的转化关系C．可通过灼热的氧化铜除去d中混有的少量cD．向足量f溶液中加入少量稀盐酸，一定没有CO2产生
[答案]　D[解析]　结合题图可知，a为CH4、b为C、c为CO、d为CO2、e为H2CO3，f为Na2CO3或NaHCO3。a为CH4，碳元素化合价可升高，氢元素化合价可降低，物质a既可被氧化，也可被还原，故A正确；可存在a→b→d→e→f的转化关系；甲烷高温分解生成碳，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳溶于水生成碳酸，碳酸与适量的碱生成盐，故B正确；CO能被灼热的氧化铜氧化生成二氧化碳，可通过灼热的氧化铜除去d中混有的少量c，故C正确；f可能为正盐或酸式盐，向足量f溶液中加入少量稀盐酸，正盐转化成酸式盐，可能没有CO2产生，酸式盐和盐酸反应，一定有二氧化碳产生，故D错误。
14．非金属材料及其化合物是无机非金属材料的主要成分，硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐占地壳质量的90%以上。Ⅰ.(1)计算机芯片和太阳能电池的主要成分是________(填化学式，下同)；光导纤维的主要成分是________；工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，其原理为__________________________________________________ ____________________(填化学方程式)。
Ⅱ.高纯硅的制备方法：
已知：SiCl4的熔点为－70 ℃，沸点为57.6 ℃，在潮湿的空气中与水发生反应而变质，反应中有HCl生成。该同学设计了如图装置制取高纯硅(装置中的热源及夹持装置均已略去)。
(2)已知：步骤①中生成的另一产物为CO。写出步骤①中反应的化学方程式：____________________________________________________ ____________________________________________________________。(3)装置A中发生反应的离子方程式为___________________________ ____________________________________________________________。(4)为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有________________ (填试剂名称)的烧杯中。(5)同学甲认为用该装置进行实验，可能会导致实验失败，为保证制备纯硅实验的成功，你认为该装置应进行改进的措施是______________ ____________________________________________________________。
[答案]　(1)Si　SiO2　4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
(3)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(4)氢氧化钠溶液(5)在装置A与装置B之间连接一个盛有浓硫酸的洗气瓶(或碱石灰的干燥管)[解析]　(4)SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢和硅酸，所以为防止空气污染，含有SiCl4的尾气可通入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中。
15．(2026·广东惠州一模)某混合气体可能由O2、CO、CO2中的一种或几种组成，为确定其组成，在老师的指导下，化学实验小组的同学对该混合气体的组成进行了如图的探究实验：【查阅资料】脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气。【实验设计】用如图所示的装置进行实验(已略去夹持装置)。
【实验步骤】①检查装置气密性；②先通入一定量的氮气之后；③再通入该混合气体，点燃酒精灯。【实验现象】步骤③实验过程中，A装置中无明显现象，B和F装置均出现白色沉淀，E装置中黑色粉末变成了红色。(1)【实验结论】该混合气体由________________组成。【实验反思】(2)B、C装置的作用分别是_________________________________、________________________。
(3)步骤②先通入一定量氮气的目的是__________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________。(4)E装置中氧化铜粉末发生反应的化学方程式为_________________ _______________________________________________________。(5)F中需要处理的尾气主要成分是_____________________________ ______________________________________________，处理方法可以是________________________________________________________________________。
[答案]　(1)一氧化碳和二氧化碳(2)检验二氧化碳气体　除去二氧化碳气体(3)排尽装置中原有的空气
(5)一氧化碳　点燃或收集
[解析]　根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化
16．(2026·山东青岛期初调研)氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷。以N2、H2、SiCl4气体(沸点为57.6 ℃，极易水解，具有腐蚀性)为原料在高温下制备氮化硅的实验装置如图。
回答下列问题：(1)仪器A的名称为________。甲中加入少量CuSO4溶液的作用为____________________________________________________________。(2)乙中为NH4Cl和NaNO2的浓溶液，85 ℃发生反应，离子方程式为____________________________________________________________，该反应的加热方式为____________________________________________ ____________________________。(3)丁装置中反应的化学方程式为______________________________ ____________________________________________________________。戊装置的作用为____________________________________________ ____________________________。
(4)实验结束时，停止加热丁装置，再通入一段时间的氮气，目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)实验结束后丁装置硬质玻璃管质量增加2.8 g，己装置增重 15.56 g，该实验中氮化硅的产率为________(不考虑SiCl4在丙和戊中的损耗)。
[答案]　(1)酒精喷灯　在锌表面产生少量铜，形成原电池，加快反应速率
(4)将装置内残留的HCl和SiCl4气体排出(5)60%