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第18课　硅　无机非金属材料
第五章　非金属及其化合物
课标要求:
1.了解碳、硅元素的单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及应用。
2.了解碳、硅元素的单质及其重要化合物对环境的影响。
3.了解无机非金属材料的性质和用途。
真题特征导引
知动态 熟真题 明确与熟知课时命题特征
真题特征导引
1.[2025·甘肃真题] 下列爱国主义教育基地藏品中,主要成分属于无机非金属材料的是(　　)
A.劳动英雄模范碑(南梁革命纪念馆藏)
B.红军党员登记表(红军长征胜利纪念馆藏)
C.陕甘红军兵工厂铁工具(甘肃省博物馆藏)
D.谢觉哉使用过的皮箱(八路军兰州办事处纪念馆藏)
A
真题特征导引
【解析】 劳动英雄模范碑通常由石材或混凝土制成,属于无机非金属材料(如硅酸盐类),A符合题意;红军党员登记表为纸质材料,主要成分是纤维素,属于有机高分子材料,B不符合题意;铁工具由金属铁制成,属于金属材料,C不符合题意;皮箱由皮革制成,是动物蛋白质加工而成,属于有机材料,D不符合题意。
真题特征导引
2.[2025·云南真题] 稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的是(　　)
A.SiO2可与NaOH溶液反应
B.盐酸在该工艺中体现了还原性
C.高纯Si可用于制造硅太阳能电池
D.制备纳米Si:SiO2+2Mg Si+2MgO
B
真题特征导引
真题特征导引
3.[2024·浙江6月选考真题] Si5Cl10中的Si原子均通过sp3杂化轨道成键,与NaOH溶液反应,Si元素均转化成Na2SiO3。下列说法不正确的是(　　)
A.Si5Cl10分子结构可能是
B.Si5Cl10与水反应可生成一种强酸
C.Si5Cl10与NaOH溶液反应会产生H2
D.Si5Cl10沸点低于相同结构的Si5Br10
A
真题特征导引
课标要点探究
明要点 知通法
具备学科优秀思维能力
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
1.碳族元素
碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素,又称碳族元素,其价层电子排布式为___________ (用n表示电子层数)。
　ns2np2　
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
2.碳单质
(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
__________________。
①
②
　同素异形体　
正四面体
高
大
正六边形
高
小
能
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
③
(2)碳单质的主要化学性质——还原性(写化学方程式)
正五
正六
可燃性 2C+O2(不足) 2CO、
C+O2(足量) CO2
与氧化
物反应 CuO:_______________________ (冶炼金属)
SiO2:______________________ (制取粗硅)
H2O:_____________________ (制取水煤气)
与强氧化
性酸反应 浓硫酸:______________________________________
浓硝酸:_______________________________________
　C+2CuO 2Cu+CO2↑　
　2C+SiO2 Si+2CO↑　
　C+H2O(g) H2+CO　
　C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O　
　C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O　
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
3.CO、CO2的性质对比
物质 CO CO2
物理性质 ______色______味气体,密度比空气小,_______ 溶于水 ________色_______味气体,密度比空气大,可溶于水(溶解度小)
毒性 ______毒(易结合___________) _______毒(温室效应)
化
学
性
质 还原性 燃烧、还原
金属氧化物 无
氧化性 — ①与炽热的炭反应
②Mg在CO2中燃烧
与水反应 —
与碱反应
(如澄清石灰水) — ______________===CaCO3↓+H2O(检验CO2)
相互转化
CO2 CO
用途 燃料、冶炼金属 灭火、制汽水、作植物肥料、作化工原料等
　无　
　无　
　难　
　无　
　无　
　有　
　血红蛋白　
　无　
　Ca(OH)2+CO2
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
4.硅单质
硅酸盐
氧化物
2C+SiO2
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
5.二氧化硅
高
大
Na2SiO3+H2O
CaSiO3
光导纤维
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
名师点拨
硅及其化合物之间的转化关系
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
课前诊断
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。(　　)
(2)金刚石和石墨由相同的元素组成,因此它们具有相同的性质。(　　)
(3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。(　　)
(4)Si是半导体材料,可用于制作太阳能电池。(　　)
(5)SiO2能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,所以SiO2是两性氧化物。(　　)
×
×
×
√
×
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
2.碳的重要化合物的转化关系如下:
思考每步转化的试剂及条件,并用化学方程式表示标有序号的各步变化。
①_________________________________________________________。
②________________________________________。
③_________________。
　2C+O2 2CO(或C+CO2 2CO或2C+SiO2 2CO↑+Si)　
　2CO+O2 2CO2(或CO+CuO Cu+CO2)　
　CO2+C 2CO　
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
④__________________________。
⑤___________________________________。
⑥____________________________________
____________________________________________。
　CO2+2Mg 2MgO+C　
　CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2　
　Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2↑+H2O
[或Ca(HCO3)2+Ca(OH)2===2CaCO3↓+2H2O]　
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
B
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
角度2　二氧化碳的综合利用
例2 [2026·新昌中学模拟] 利用N(C2H5)3捕获CO2并在纳米金催化剂作用下,在较低温度下转化为甲酸,为实现“碳达峰、碳中和”提供了新路径,转化过程如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.N(C2H5)3可与HCl反应生成盐
B.CO2加氢合成甲酸,符合绿色化学思想
C.1 mol CO2完全转化为甲酸,转移电子数为4NA
D.纳米金催化剂降低了反应的活化能
C
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
角度3　硅及其化合物的性质与应用
例3 [2026·兰溪一中模拟] 工业制备高纯硅的流程如下,下列说法不正确的是 (　　)
A.SiO2的结构式为O==Si==O
B.Si在周期表中处于金属与非金属的分界处,可作半导体材料
C.生成SiHCl3的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1
D.该工业流程中可以循环利用的气体有HCl、H2
A
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
D
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
C为0价,0.1x mol CO2经光合作用还原生成 0.1 mol (CH2O)x,转移电子数为0.4xNA,故D错误。
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
2.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.装置Ⅰ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
烧杯中盛装的是温度高于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中的石英管
D.装置Ⅳ中发生反应的化学方程式:SiHCl3+H2 Si+3HCl
A
课标要点一　碳族元素　硅和二氧化硅
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
1.传统硅酸盐材料
材料 水泥 玻璃 陶瓷
生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英砂 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 —
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
2.新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷,如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。
(2)特殊功能的含硅材料
①碳化硅是共价晶体,具有类似金刚石的结构,可用作磨料和耐高温材料。
②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
(3)碳纳米材料
①类型:____________、_____________、石墨烯等。
　富勒烯　
　碳纳米管　
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
②用途:在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
材料类型 性能 用途
碳纳米管 比表面积大,强度高,电学性能优良 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 电阻率低,热导率高,具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
课前诊断
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。(　　)
(2)二氧化硅可用于生产玻璃。(　　)
(3)碳化硅俗称金刚砂,它可用于高温结构陶瓷的制作。(　　)
(4)压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。 (　　)
(5)石墨烯的电阻率低,热导率也低。(　　)
(6)传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。 (　　)
×
√
√
√
×
×
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
2.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、铝和镁等金属元素的氧化物。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)在处理水泥样品过程中,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
　将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+　
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
以用___________ (填化学式)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___________、_____________ (填化学式)。
【解析】(1)水泥样品中含有铁的氧化物,加入盐酸后的溶液中可能含有Fe3+、Fe2+,Fe2+在pH为4~5时不能形成沉淀除去,所以需要先加入氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,故加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2+氧化为
　H2O2　
　SiO2　
　SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O　
　防止胶体生成,易于沉淀分离　
　Al(OH)3　
　Fe(OH)3　
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
Fe3+;双氧水是一种强氧化剂,可将Fe2+氧化为Fe3+,本身被还原为水,不会引入新的杂质离子,故可用双氧水代替硝酸。(2)钙、铁、铝和镁等金属的氧化物都能溶于盐酸和硝酸的混合液,而二氧化硅不与盐酸、硝酸反应,故沉淀A的主要成分为SiO2;二氧化硅可与氢氟酸反应,生成四氟化硅和水,该反应的化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。(3)Fe3+和Al3+在pH为4~5时可水解生成氢氧化铁、氢氧化铝,水解过程中会生成氢氧化铁胶体和氢氧化铝胶体,不利于分离,加热可使胶体聚沉,有利于分离出杂质。
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
命题探究
角度1　硅酸盐材料
例1 文物见证历史,化学创造文明。下列宁波博物馆馆藏文物中,主要由无机非金属材料制成的是(　　)
A.战国羽人竞渡纹铜钺 B.唐越窑青瓷托盏
C.明五子戏弥勒竹雕 D.南宋天封塔地宫银殿
B
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
【解析】 战国羽人竞渡纹铜钺属于合金材料,A不符合题意;唐越窑青瓷托盏是瓷器,主要成分为硅酸盐,属于无机非金属材料,B符合题意;明五子戏弥勒竹雕是竹制品,主要成分为纤维素,属于天然有机高分子材料,C不符合题意;南宋天封塔地宫银殿属于金属材料,D不符合题意。
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
角度2　新型无机非金属材料
例2 下列说法不正确的是(　　)
A.月壤中的“嫦娥石[(Ca8Y)Fe (PO4)7]”属于无机盐
B.由玄武岩纤维制成的五星红旗在月球背面成功展开,其成分属于有机高分子材料
C.月壤矿物中发现了至少170 ppm的水,证明了月球月表下确实有水
D.耐烧蚀天线透波窗具有优异的力学性能、低热导率、低热膨胀、耐热冲击性能和化学稳定性等特点
B
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
【解析】 由“嫦娥石”的化学式可知,它是由金属阳离子和磷酸根阴离子构成的化合物,属于无机盐,A正确;玄武岩纤维属于无机纤维,B错误;月壤矿物中发现了至少170 ppm的水,证明了月球月表下确实有水,C正确;耐烧蚀天线透波窗具有优异的力学性能、低热导率、低热膨胀、耐热冲击性能和化学稳定性等特点,符合航天材料的要求,D正确。
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
即时巩固
1.[2026·嘉善中学模拟] 宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。下列有关说法不正确的是 (　　)
A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化
B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料
C.高品质的瓷器晶莹剔透,属于纯净物
D.陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀,但是不能用来盛装氢氟酸
C
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
【解析】 不同的金属氧化物颜色可能不同,在高温下,釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变,故A正确;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,具有耐高温、高强度等特点,故B正确;瓷器主要由黏土烧结而成,瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅,是混合物,故C错误;HF能与SiO2反应生成SiF4和H2O,陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅,所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸,故D正确。
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
2.[2026·上虞中学模拟] 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CO2
B.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
B
课标要点二　硅酸盐、新型无机非金属材料
【解析】 反应①中焦炭是还原剂,被氧化,生成氧化产物CO,A错误;金刚砂是SiC,焦炭与二氧化硅在高温下可发生副反应生成SiC,B正确;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,不能通过加热NH4Cl制取NH3,C错误;反应③的尾气用图2所示装置吸收容易产生倒吸,D错误。

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