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第21讲　碳、硅及无机非金属材料〔基础课〕
复习目标
1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2．了解碳、硅单质及其重要化合物对环境的影响。
3．了解常见的无机非金属材料。
4．了解硅单质的制备方法。
考点一　碳族元素　碳的同素异形体
必备知识 · 助学教材
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__________。
2．碳的同素异形体
金刚石 石墨 C60
晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体
物理性质 熔点高，硬度大，____导电 熔点高，硬度小，____导电 熔点低，____导电
主要用途 钻石制作切割工具，钻探机的钻头等 能导电的非金属单质。 做电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域
3.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
①溶于江、河、海水中：CO2＋H2O H2CO3。
②光合作用将CO2和H2O转化为O2和C6H12O6。
③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
[微思考]　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质(　　)
(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(　　)
(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(　　)
(4)低碳环保中的“碳”是指二氧化碳(　　)
(5)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应(　　)
(6)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨(　　)
关键能力 · 拓展教材
1.(2026·广西南宁开学考)构建化学基本观念是学好化学的基础，下列对化学基本观念的认识错误的是(　　)
A．元素观：金刚石和石墨是由碳元素组成的不同单质
B．粒子观：CO和CO2化学性质不同是由于构成它们的分子不同
C．转化观：CO和CO2在化学反应中可以相互转化
D．守恒观：28克CO在28克O2中充分燃烧，生成CO2的质量为56克
2．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CO2
B．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
考点二　硅及其化合物
必备知识 · 助学教材
1.硅的存在
自然界中硅元素仅有化合态，在地壳中含量仅次于氧，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
2．硅单质
(1)晶体硅的用途
①良好的________材料；②用于生产硅太阳能电池、计算机、通信设备和家用电器等的芯片。
(2)硅与强碱溶液生成氢气：____________________________。　硅的特征反应。
(3)硅的工业制法
制备粗硅：
________________________________________________________________________。
粗硅的提纯：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2、SiHCl3＋H2Si＋3HCl。
3．二氧化硅(共价晶体，熔点高、硬度大)
　　　　　SiO2不溶于水。
(1)酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
(2)高温下，Na2CO3与SiO2反应制玻璃
SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑、
SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。
(3)与氢氟酸反应(特殊性质)
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(4)用途：用于生产__________、光学仪器等。
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。在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，硅氧四面体结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
(2)硅酸钠：硅酸钠水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，是无色黏稠状的液体，具有黏结力强、耐高温等特性，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________________。
[微思考]　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(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＞SiH4(　　)
(3)SiO2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(　　)
(5)SiO2能与氢氟酸反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃(　　)
(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(　　)
(8)工业上制取粗硅的反应是SiO2＋CSi＋CO2↑(　　)
(9)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(　　)
关键能力 · 拓展教材
一、硅及其化合物的性质
1．从物质类别、元素化合价、物质所含元素在元素周期表中的位置的角度可以认识有关物质的化学性质。下列说法正确的是(　　)
A．自然界中存在游离态的硅
B．SiO2中硅元素的化合价为＋4价，具有氧化性，能发生反应SiO2＋2CSi＋2CO↑
C．SiO2属于两性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应，也能与氢氟酸反应
D．H2SiO3属于弱酸，可由反应SiO2＋H2O===H2SiO3↓制得
2．下列关于硅及其化合物的描述中正确的是(　　)
A．SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维
B．在给定条件下，下列物质间转化可实现：CaCO3CaSiO3
C．硅太阳能电池工作时，光能转化成电能，该过程与氧化还原反应有关
D．在给定条件下，下列物质间转化可实现：Si
二、工业制取高纯硅
3．(2026·河南南阳检测)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中依次盛装的是浓H2SO4、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C．整个过程必须严格控制无水无氧，因为SiHCl3遇水会生成氢气
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气
4．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：
制造原理：2Mg＋SiO22MgO＋Si。
除杂原理：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。
下列说法正确的是(　　)
A．操作1、操作2均为过滤
B．SiO2、SiH4均含有共价键，等质量的二者分子数之比为8∶15
C．点燃石英砂和镁粉的混合物发生的副反应为2Mg＋SiMg2Si
D．当有2 mol电子转移时，能生成14 g Si
考点三　无机非金属材料
必备知识 · 助学教材
1.传统硅酸盐材料
(1)陶瓷　主要成分为含水的铝硅酸盐。
陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成的。用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
(2)玻璃
普通玻璃的主要成分为____________________，它是以________________为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
(3)水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是________和________，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
[微思考]　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)。
2．新型无机非金属材料
(1)硅和二氧化硅
单晶硅、二氧化硅具有特殊的电学和光学性能，是现代信息技术的基础材料(包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷)。
(2)新型陶瓷
(3)碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②三类碳纳米材料的比较
结构特点 主要性能 重要应用
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，C60是富勒烯的代表物 — 开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳 米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米量级的直径 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高、具有很高的强度 生产光电器件、超级电容器、电池等
关键能力 · 拓展教材
1.(2026·湘豫名校联考)2025年6月14日是“文化和自然遗产日”。下列文化遗产中，主要材料为硅酸盐的是(　　)
A.中国剪纸 B.莲鹤方壶(青铜器)
C.龙泉青瓷 D.古琴
2．青釉瓷是中国最早出现的一种瓷器，分析青釉瓷器文物发现：主体是石英，还有一定量的莫莱石(3Al2O3·2SiO2)及少量的Fe2O3、CaO和MgO。下列说法正确的是(　　)
A．石英晶体存在硅氧四面体顶角相连的螺旋长链结构
B．陶瓷是由氧化物组成的传统无机非金属材料
C．CaO遇水会生成Ca(OH)2，所以青釉瓷器不可盛水
D．青釉瓷器呈青色是因为瓷体中含有Fe2O3
3．氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题。
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________(填序号)。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________。
(4)高温下SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
素养落实·活用教材
考教互应　命题溯源悟真谛——考教衔接突出创新性应用性
命题溯源
[示例]　(2025·甘肃卷，1)下列爱国主义教育基地的藏品中，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)
[教材溯源]　人教版必修第二册第五章“化工生产中的重要非金属元素”。教材介绍了硅酸盐材料(如陶瓷、玻璃)作为无机非金属材料的典型代表，并举例说明其组成和应用。匹配点在于“硅酸盐材料的性质和分类”。
[价值引领]　以爱国主义教育基地藏品为背景，让学生感受化学在文物保护与历史文化传承中的作用，培养其对化学应用于实际的敏感度。
[关键能力]　考查学生的物质分类能力、对无机非金属材料等概念的理解与辨别能力，以及运用化学知识分析实际事物的能力。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(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(动物蛋白质加工而成，属于有机高分子材料)制成，D不符合题意。
[考教衔接]　(1)判断藏品的成分和组成时，不要纠结于藏品本身，要引导学生找出关键的字词。(2)此类考题往往会以图片的形式呈现，这些图片只是试题命制创新性的一种体现，不影响解题，因此可以不看图片以节省时间。
真题体验
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)单晶硅熔点高，可用于制造芯片(2025·陕晋宁青卷，3A)(　　)
(2)室温下SiO2与碳不发生反应，高温下可生成Si和CO(2025·湖北卷，3A)(　　)
(3)固态硬盘芯片常使用单晶硅作为基础材料，单晶硅是一种共价晶体(2025·广东卷，5D)(　　)
(4)大理石可用于制砚台，主要成分为硅酸盐(2024·新课标卷，7D)(　　)
(5)用氢氟酸刻蚀玻璃：＋4F－＋6H＋===SiF4↑＋3H2O(2024·全国甲卷，8A)(　　)
(6)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一(2022·湖南卷，2D)(　　)
2. (2024·黑吉辽卷，1)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
3．(2023·湖北卷，3)工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂粗硅高纯硅
下列说法错误的是(　　)
A．制备粗硅的反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．1 mol Si含Si—Si的数目约为4×6.02×1023
C．原料气HCl和H2应充分去除水和氧气
D．生成SiHCl3的反应为熵减过程
4．(2023·山东卷，18节选)三氯硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：完成课时作业(二十一)
第21讲　碳、硅及无机非金属材料 〔基础课〕
考点一　碳族元素　碳的同素异形体
必备知识·助学教材
1．ns2np2
2．不　能　不
[微思考]　答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
关键能力·拓展教材
1．解析：金刚石和石墨两种物质是由碳元素组成的不同单质，故A不符合题意；由分子构成的物质，分子是保持物质化学性质的最小粒子，CO是由CO分子构成，CO2是由CO2分子构成，构成两者的分子不同，则化学性质不同，故B不符合题意；一氧化碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳与碳在高温条件下反应生成一氧化碳，因此CO和CO2在化学反应中可以相互转化，故C不符合题意；根据2CO＋O22CO2可知，完全反应时，CO与O2的质量比为(2×28)∶32＝7∶4，则28 g CO在28 g O2中充分燃烧，氧气会剩余，不能生成56 g的二氧化碳，故D符合题意。
答案：D
2．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与NaOH，CaCO3需从溶液中过滤出来再高温煅烧生成CaO，故环节a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溶液捕捉CO2，D正确。
答案：B
考点二　硅及其化合物
必备知识·助学教材
2．(1)①半导体　(2)Si＋2OH－＋＋2H2↑　
(3)SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
3．(4)光导纤维
4．不　弱　H2SiO3↓＋Na2CO3　H2SiO3SiO2＋H2O　Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
5．(3)CaO·3MgO·4SiO2
[微思考]　答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×　(9)×
关键能力·拓展教材
1．解析：硅元素是亲氧元素，所以自然界中无游离态的硅，Si均以SiO2或硅酸盐的形式存在，A错误；在反应SiO2＋2CSi＋2CO↑中，硅由＋4价变为0价，则二氧化硅是氧化剂，B正确；SiO2能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应，但SiO2不是两性氧化物，因为SiO2与氢氟酸反应生成的是SiF4气体与水，SiF4不是盐类，C错误；二氧化硅不能溶于水，不能直接制备硅酸，D错误。
答案：B
2．解析：SiO2可用于制造光导纤维的原因是其导光性能好，与硬度无对应关系，A错误；CaCO3高温分解生成CaO，CaO与SiO2在高温时反应生成CaSiO3，B正确；硅太阳能电池工作时，利用半导体的光电效应，将光能转化为电能，与氧化还原反应无关，C错误；SiO2不能与盐酸反应，D错误。
答案：B
3．解析：装置Ⅰ产生的H2含水蒸气，装置Ⅱ需干燥H2，盛装浓H2SO4合理；SiHCl3沸点为31.85 ℃，需使其汽化进入反应管，装置Ⅲ需在水浴中加热，A错误；实验时应先打开活塞K通入H2排尽装置内空气，防止H2与空气混合加热爆炸，再加热管式炉，B错误；SiHCl3遇水发生水解SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑，生成H2，O2与H2混合高温易爆炸且Si易被氧化，故需严格控制无水无氧，C正确；稀NaOH与NH4Cl固体加热可生成NH3，而装置Ⅰ不能加热，故不能用于制备NH3，D错误。
答案：C
4．解析：将溶液和固体分开，采用过滤操作，操作1为过滤，操作2为洗涤和烘干，故A错误；SiO2是共价晶体，没有分子，故B错误；由除杂原理可知副反应为2Mg＋SiMg2Si，故C正确；当有2 mol电子转移时，参加反应的Mg的物质的量为1 mol，能生成0.5 mol单质硅，但因有副反应发生，最终获得的Si的质量少于14 g，故D错误。
答案：C
考点三　无机非金属材料
必备知识·助学教材
1．(2)Na2SiO3、CaSiO3和SiO2　纯碱、石灰石和石英砂　(3)黏土　石灰石
[微思考]　提示：石灰石　SiO2
关键能力·拓展教材
1．解析：纸的主要成分是纤维素，A错误；莲鹤方壶(青铜器)属于合金，B错误；龙泉青瓷是陶瓷制品，陶瓷属于硅酸盐产品，C正确；古琴的主要构成是木材、动物筋，木材的主要成分是纤维素，筋的主要成分是蛋白质，D错误。
答案：C
2．解析：石英晶体是以硅氧四面体为基本结构单元，顶角相连形成螺旋长链结构，A正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，只是可表示成氧化物形式，不是由氧化物组成，B错误；微量的CaO与硅酸盐在高温下熔合，不能与水反应，陶瓷可以盛水，C错误；Fe2O3是红棕色粉末状固体，青釉瓷的青色与Fe2O3无关，D错误。
答案：A
3．解析：(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)可通过题目信息运用质量守恒定律得出3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(2)①②
(3)Si3N4　(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
素养落实·活用教材
命题溯源
[示例]　答案：A
真题体验
1．答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　
2．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。
答案：A
3．解析：SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO，因此，制备粗硅的反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，A说法正确；在晶体硅中，每个Si原子与其周围的4个Si原子形成共价键，因此，平均每个Si原子形成2个共价键， 1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02×1023，B说法错误；SiHCl3遇水易水解，且H2与O2在高温下易发生爆炸，所以应充分去除水和氧气，C说法正确；Si(s)＋3HCl(g)，该反应是气体分子数减少的反应，因此为熵减过程，D说法正确。
答案：B
4．解析：(1)利用Si和HCl(气体)的反应制备SiHCl3，实验前要检查装置气密性，故操作(ⅰ)为检查装置气密性。制备反应结束时，Si完全反应，SiHCl3(常温下为无色液体)不再增加，则实验现象是管式炉中固体消失、蒸馏烧瓶中无液体滴下。SiHCl3容易水解，D中水蒸气容易进入C中，C和D之间应增加吸收水蒸气的装置。该反应中有H2产生，与空气混合易爆炸，故在D后还应接H2处理装置。(2)已知电负性Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H为－1价，Si为＋4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。
答案：(1)检查装置气密性　管式炉中固体消失、烧瓶中无液体滴下　缺少处理H2的装置，C和D之间缺少吸水装置
(2)SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O(共91张PPT)
第21讲　碳、硅及无机非金属材料〔基础课〕
复习目标
1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2．了解碳、硅单质及其重要化合物对环境的影响。
3．了解常见的无机非金属材料。
4．了解硅单质的制备方法。
必备知识 · 助学教材
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__________。
ns2np2
2．碳的同素异形体
金刚石 石墨 C60
晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体
物理性质 熔点高，硬度大，____导电 熔点高，硬度小，____导电 熔点低，____导电
主要用途 钻石制作切割工具，钻探机的钻头等 能导电的非金属单质。
做电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域
不
不
能
3.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
①溶于江、河、海水中：CO2＋H2O H2CO3。
②光合作用将CO2和H2O转化为O2和C6H12O6。
③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
[微思考]　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质(　　)
(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(　　)
(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(　　)
(4)低碳环保中的“碳”是指二氧化碳(　　)
(5)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应(　　)
(6)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨(　　)
√
√
×
√
×
×
关键能力 · 拓展教材
1.(2026·广西南宁开学考)构建化学基本观念是学好化学的基础，下列对化学基本观念的认识错误的是(　　)
A．元素观：金刚石和石墨是由碳元素组成的不同单质
B．粒子观：CO和CO2化学性质不同是由于构成它们的分子不同
C．转化观：CO和CO2在化学反应中可以相互转化
D．守恒观：28克CO在28克O2中充分燃烧，生成CO2的质量为56克
答案：D
2．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CO2
B．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与NaOH，CaCO3需从溶液中过滤出来再高温煅烧生成CaO，故环节a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溶液捕捉CO2，D正确。
必备知识 · 助学教材
1.硅的存在
自然界中硅元素仅有化合态，在地壳中含量仅次于氧，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
半导体

(3)与氢氟酸反应(特殊性质)
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(4)用途：用于生产__________、光学仪器等。
光导纤维
4．硅酸(H2SiO3)
不
弱
H2SiO3↓＋Na2CO3
Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
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。在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，硅氧四面体结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
(2)硅酸钠：硅酸钠水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，是无色黏稠状的液体，具有黏结力强、耐高温等特性，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
[微思考]　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(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＞SiH4(　　)
(3)SiO2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(　　)
(5)SiO2能与氢氟酸反应，因此可用氢氟酸刻蚀玻璃(　　)
×
√
×
√
√
√
×
×
×
答案：B
答案：B
解析：SiO2可用于制造光导纤维的原因是其导光性能好，与硬度无对应关系，A错误；CaCO3高温分解生成CaO，CaO与SiO2在高温时反应生成CaSiO3，B正确；硅太阳能电池工作时，利用半导体的光电效应，将光能转化为电能，与氧化还原反应无关，C错误；SiO2不能与盐酸反应，D错误。
二、工业制取高纯硅
3．(2026·河南南阳检测)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中依次盛装的是浓H2SO4、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C．整个过程必须严格控制无水无氧，因为SiHCl3遇水会生成氢气
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气
答案：C
解析：装置Ⅰ产生的H2含水蒸气，装置Ⅱ需干燥H2，盛装浓H2SO4合理；SiHCl3沸点为31.85 ℃，需使其汽化进入反应管，装置Ⅲ需在水浴中加热，A错误；实验时应先打开活塞K通入H2排尽装置内空气，防止H2与空气混合加热爆炸，再加热管式炉，B错误；SiHCl3遇水发生水解SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑，生成H2，O2与H2混合高温易爆炸且Si易被氧化，故需严格控制无水无氧，C正确；稀NaOH与NH4Cl固体加热可生成NH3，而装置Ⅰ不能加热，故不能用于制备NH3，D错误。

答案：C
必备知识 · 助学教材
1.传统硅酸盐材料
(1)陶瓷　主要成分为含水的铝硅酸盐。
陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成的。用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
(2)玻璃
普通玻璃的主要成分为____________________，它是以
____________________为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
纯碱、石灰石和石英砂
(3)水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是________和________，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
石灰石
黏土
[微思考]　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)。
石灰石
SiO2
2．新型无机非金属材料
(1)硅和二氧化硅
单晶硅、二氧化硅具有特殊的电学和光学性能，是现代信息技术的基础材料(包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷)。
(2)新型陶瓷
(3)碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②三类碳纳米材料的比较
结构特点 主要性能 重要应用
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，C60是富勒烯的代表物 — 开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳
米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米量级的直径 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高、具有很高的强度 生产光电器件、超级电容器、电池等
关键能力 · 拓展教材
1.(2026·湘豫名校联考)2025年6月14日是“文化和自然遗产日”。下列文化遗产中，主要材料为硅酸盐的是(　　)
答案：C
解析：纸的主要成分是纤维素，A错误；莲鹤方壶(青铜器)属于合金，B错误；龙泉青瓷是陶瓷制品，陶瓷属于硅酸盐产品，C正确；古琴的主要构成是木材、动物筋，木材的主要成分是纤维素，筋的主要成分是蛋白质，D错误。
2．青釉瓷是中国最早出现的一种瓷器，分析青釉瓷器文物发现：主体是石英，还有一定量的莫莱石(3Al2O3·2SiO2)及少量的Fe2O3、CaO和MgO。下列说法正确的是(　　)
A．石英晶体存在硅氧四面体顶角相连的螺旋长链结构
B．陶瓷是由氧化物组成的传统无机非金属材料
C．CaO遇水会生成Ca(OH)2，所以青釉瓷器不可盛水
D．青釉瓷器呈青色是因为瓷体中含有Fe2O3
答案：A
解析：石英晶体是以硅氧四面体为基本结构单元，顶角相连形成螺旋长链结构，A正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，只是可表示成氧化物形式，不是由氧化物组成，B错误；微量的CaO与硅酸盐在高温下熔合，不能与水反应，陶瓷可以盛水，C错误；Fe2O3是红棕色粉末状固体，青釉瓷的青色与Fe2O3无关，D错误。
3．氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题。
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：_____________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________(填序号)。
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
①②
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________。
(4)高温下SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：__________________________________。
Si3N4
[示例]　(2025·甘肃卷，1)下列爱国主义教育基地的藏品中，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)
答案：A
[教材溯源]　人教版必修第二册第五章“化工生产中的重要非金属元素”。教材介绍了硅酸盐材料(如陶瓷、玻璃)作为无机非金属材料的典型代表，并举例说明其组成和应用。匹配点在于“硅酸盐材料的性质和分类”。
[价值引领]　以爱国主义教育基地藏品为背景，让学生感受化学在文物保护与历史文化传承中的作用，培养其对化学应用于实际的敏感度。
[关键能力]　考查学生的物质分类能力、对无机非金属材料等概念的理解与辨别能力，以及运用化学知识分析实际事物的能力。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(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(动物蛋白质加工而成，属于有机高分子材料)制成，D不符合题意。
[考教衔接]　(1)判断藏品的成分和组成时，不要纠结于藏品本身，要引导学生找出关键的字词。(2)此类考题往往会以图片的形式呈现，这些图片只是试题命制创新性的一种体现，不影响解题，因此可以不看图片以节省时间。
真题体验
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)单晶硅熔点高，可用于制造芯片(2025·陕晋宁青卷，3A)(　　)
(2)室温下SiO2与碳不发生反应，高温下可生成Si和CO(2025·湖北卷，3A)(　　)
(3)固态硬盘芯片常使用单晶硅作为基础材料，单晶硅是一种共价晶体(2025·广东卷，5D)(　　)
×
√
√
×
×
√
2. (2024·黑吉辽卷，1)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
答案：A
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。
答案：B
(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
__________________________________________________。
检查装置气密性
管式炉中固体消失、烧瓶中无液体滴下
缺少处理H2的装置，C和D之间缺少吸水装置
(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
____________________________________________________。
SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O
解析：(1)利用Si和HCl(气体)的反应制备SiHCl3，实验前要检查装置气密性，故操作(ⅰ)为检查装置气密性。制备反应结束时，Si完全反应，SiHCl3(常温下为无色液体)不再增加，则实验现象是管式炉中固体消失、蒸馏烧瓶中无液体滴下。SiHCl3容易水解，D中水蒸气容易进入C中，C和D之间应增加吸收水蒸气的装置。该反应中有H2产生，与空气混合易爆炸，故在D后还应接H2处理装置。(2)已知电负性Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H为－1价，Si为＋4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。
1．(2026·江西上进联考)文物是历史的产物，记录了人类历史的发展过程。下列文物的主要成分属于硅酸盐的是(　　)
A.纳西族羊皮披肩 B.三支俑铜灯
C.木雕窗棂 D.鸡形陶壶　
答案：D
解析：羊皮披肩的主要成分为蛋白质，属于有机高分子材料，A项不符合题意；铜灯主要成分是铜锡合金，属于金属材料，B项不符合题意；木雕窗棂的主要成分是纤维素，属于有机高分子材料，C项不符合题意；陶壶属于陶瓷制品，属于硅酸盐材料，D项符合题意。
2.下列有关玻璃的说法不正确的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土
B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点
C．普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
答案：A
解析：生产玻璃的原料是纯碱、石英和石灰石，A错误；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B正确；普通玻璃是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅熔化在一起的物质，C正确；玻璃中含有SiO2，它能够被碱溶液腐蚀SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，故盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，D正确。
答案：C
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。
4．(2026·海南文昌中学检测)下边是碳元素的价类二维图，有关说法不正确的是(　　)
A．a是最简单的有机化合物
B．b在高温下被SiO2氧化成e
C.d与血红蛋白结合的能力比O2强
D．将氨气和e通入饱和食盐水中可得到m
答案：B
解析：化合价为－4价的碳元素氢化物为CH4，是最简单的有机化合物，A正确；b是单质C，e是CO2，C在高温下被SiO2氧化成CO，不是CO2，B错误；d为CO，CO与血红蛋白结合的能力比O2强，C正确；e是CO2，将氨气和CO2通入饱和食盐水反应生成NH4Cl和NaHCO3，则可得到碳元素化合价为＋4价的盐m(NaHCO3)，D正确。
5．(2026·佛山顺德区检测)海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球气候变化的关键控制环节。如图为海洋中碳循环的简单原理图。
答案：D
6．(14分)高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：

回答下列问题。
(1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是________(填标号)。
A．Al　　B．Al2O3　　C．CuO　　D．NaHCO3
SiO2还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸
的电子式为__________。
D
(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为
_______________________________________________。
若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是
_________________________________(答出两条即可)。
1∶2
防止SiHCl3发生水解；防止硅被氧化
(4)流化床反应器中除SiHCl3外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等)，可以用蒸馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是________________。
(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是________。
各组分沸点相差较大
H2、HCl
解析：(1)铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，故A不符合题意；氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠，故B不符合题意；氧化铜与氢氧化钠溶液不反应，故C不符合题意；碳酸氢钠与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，故D符合题意。SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸为HF，HF属于共价化合物，其电子式为 。
7．(2026·湖北武汉三中检测)杭州市的DeepSeek(深度求索)公司专注于研究世界领先的通用人工智能(AI)底层模型与技术，挑战人工智能前沿性难题。人工智能产业发展离不开芯片、传感器、开发平台等核心基础的支撑。下列说法错误的是(　　)
A．晶体硅为共价晶体
B．芯片材料主要为晶体硅
C．高温下，SiHCl3与H2反应可制得高纯硅
D．晶体硅中的Si和金刚石中的C的杂化方式不相同
答案：D
解析：晶体硅由硅原子通过共价键形成三维网状结构，属于共价晶体，A正确；芯片的核心材料是晶体硅，其具有优良的半导体性能，B正确；高温下H2还原SiHCl3生成Si和HCl，工业上利用此反应制备高纯硅，C正确；晶体硅中的Si和金刚石中的C均为sp3杂化，形成正四面体结构，杂化方式相同，D错误。
8．(2026·河南信阳检测)现代高科技工业领域对石墨的纯度要求越来越高，某氢氟酸提纯石墨工艺流程图如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．氢氟酸主要作用是溶解硅酸盐等矿物杂质
B．氢氟酸有强腐蚀性且有剧毒，对生产设备和生产条件要求严格
C．该工艺流程污染较大，不适合广泛应用
D．石墨有良好的导电性和导热性，是光导纤维的优良原料
答案：D
解析：石墨中常含有硅酸盐等矿物杂质，氢氟酸能与难溶性硅酸盐等反应，从而将其溶解，起到提纯石墨的作用，所以氢氟酸主要作用是溶解硅酸盐等矿物杂质，A正确；氢氟酸具有强腐蚀性且有剧毒，在生产过程中会对生产设备造成腐蚀，还可能对操作人员造成危害，因此对生产设备和生产条件要求严格，B正确；该工艺流程中使用了氢氟酸，氢氟酸有强腐蚀性和剧毒，处理不当会对环境造成严重污染，所以该工艺流程污染较大，不适合广泛应用，C正确；石墨有良好的导电性和导热性，但光导纤维的主要原料是二氧化硅，而不是石墨，D错误。
9．(2026·山东潍坊检测)SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。
下列说法正确的是(　　)
A．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维
C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的晶体
D．可用盐酸除去石英砂(主要成分SiO2)中的少量碳酸钙
答案：D
解析：化学反应前后有元素化合价变化的一定是氧化还原反应，二氧化硅与碳反应生成粗硅、粗硅提纯得到单晶硅过程中的反应，均有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的成分是二氧化硅，B错误；普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，玻璃是一种非晶体、属于混合物，没有固定的熔点，C错误；碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙、水以及二氧化碳，二氧化硅和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中的少量碳酸钙，D正确。
10.(16分)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。二氯二氢硅易燃、有毒、与水接触易水解，沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。
(1)以浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的________性。
(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为___________________________________________________。
(3)按照气体从左到右的方向制取SiH2Cl2的装置(h处用弹簧夹夹好)连接次序为a→(　)→(　)→(　)→(　)→(　)→(　)→(　)(填仪器接口的标号，其中装置C用到2次)。
吸水
Si＋2HCl SiH2Cl2
d
e
f
g
b
c
d
(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的试剂为________，后面装置C的作用为____________________________________。
(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和________、________等。
P2O5
尾气处理和防止空气中的水蒸气进入B中
SiCl4
SiHCl3
(6)制取SiH2Cl2的新方案：往硅粉中先通入Cl2，在300～350 ℃反应生成SiCl4，然后SiCl4再与HCl在250～260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果为__________________________(用化学方程式表示)。
解析：(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HCl。(3)A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发出来，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水蒸气进入B中，则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或无水CaCl2，后面的装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4(或SiHCl3)。

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