资源简介 第45讲 碳和硅 无机非金属材料复习要求 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 碳族元素 碳及其化合物【知识梳理】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ns2np2。(2)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。2.碳的单质(1)碳单质的主要存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。(2)碳纳米管、石墨烯都是石墨的特殊存在形式。(3)金刚石、石墨、C60物质 金刚石 石墨 C60晶体 类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体晶体 结构物理 性质 熔点高，硬度大，不导电，导热性好 熔点高，硬度小，易导电 熔点低，不导电主要 用途 钻石制作、切割工具、钻探机的钻头等 作电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域(4)化学性质——还原性与非金属 单质化合 2C＋O2(不足)2CO、C＋O2(足量)CO2与氧化 物反应 CuO:C＋2CuO2Cu＋CO2↑(冶炼金属)； SiO2:2C＋SiO2Si＋2CO↑(制取粗硅)； H2O:C＋H2O(g)H2＋CO(制取水煤气)与强氧化 性酸反应 浓硫酸:C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O； 浓硝酸:C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O小题对点过判断正误。(1)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。( )(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)碳原子有4个价电子，只能形成＋4价化合物。( )(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。( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)×3.CO、CO2的性质对比项目 CO CO2物理性质 无色无味气体，密度比空气小，难溶于水 无色无味气体，密度比空气大，可溶于水(溶解度小)毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应)化学性质 还原性 可燃性，还原氧化铁 —氧化性 — ①与炽热炭反应； ②Mg在CO2中燃烧与水反应 — CO2＋H2OH2CO3与碱反应 (石灰水) — Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O相互转化 CO2CO用途 燃料、冶炼金属 灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等小题对点过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。(1)CO(CO2):_______________________________(合理即可，下同)。 (2)CO2(CO):_______________________________。 (3)CO2(SO2或HCl):_______________________________。 答案 (1)通过盛有NaOH溶液的洗气瓶(2)通过装有灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶4.碳酸及其盐(1)H2CO3为二元弱酸，不稳定，只能存在水中，CO2＋H2OH2CO3。(2)碳酸的正盐和酸式盐的比较正盐(C) 酸式盐(HC)溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶热稳定性 正盐>酸式盐>碳酸溶液pH 同浓度时:正盐>酸式盐相互转化 CHC小题对点过完成上述各步转化的化学方程式。①________________。 ②________________。 ③________________。 答案 ①CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O②CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2③Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O【知能通关】(一)新材料——碳元素的同素异形体1.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答案 D解析 石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯中含有 C、H、O三种元素，既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。2.科学家制造出了大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )石墨烯:从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料石墨炔:平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性碳纳米管:具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料A.石墨烯具有良好的导电性B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体C.石墨炔的孔径略大于H2的直径，因此可作H2的提纯薄膜D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同答案 D解析 石墨烯从石墨中分离出来，作为电的良导体，具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；石墨炔的孔径略大于 H2 的直径，可以容纳H2，则石墨炔是理想的 H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件下与浓硫酸都能发生反应，且反应产物相同，D错误。(二)CO2的循环与利用3.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，需将溶液过滤得到CaCO3，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。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溶于江水、海水中:CO2＋H2OH2CO3；②光合作用将CO2转化为有机物；③岩石的风化:CaCO3＋H2O ＋CO2===Ca(HCO3)2。考点二 硅及其化合物【知识梳理】1.硅单质2.二氧化硅(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，熔点高、硬度大。(3)化学性质(4)用途:光导纤维、光学仪器、电子部件。小题对点过判断正误。(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。( )(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。( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)√ (7)× (8)× (9)×【知能通关】(一)硅及其化合物性质的应用1.硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是________(填化学式，下同)，光导纤维的主要成分是________。 (2)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为________________。 (3)工业上可利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶，进一步脱水处理可得到硅胶，写出水玻璃和盐酸反应的离子方程式:_______________________________。 答案 (1)Si SiO2(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)2H＋＋Si===H2SiO3(胶体)(二)SiO2、Si的制备流程2.纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )A.X可用作木材防火剂B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋ Na2SO4C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替D.SiO2既能与 NaOH 溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物答案 D解析 碳酸、硫酸的酸性都强于硅酸，能够与硅酸钠溶液反应生成硅酸，B、C正确；SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，但与氢氟酸反应的生成物不是盐，所以二氧化硅不是两性氧化物，而是酸性氧化物，D不正确。3.工业制备高纯硅的主要过程如图所示:石英砂粗硅SiHCl3高纯硅下列说法错误的是( )A.制备粗硅的反应体现了碳元素的非金属性比硅元素的强B.石英晶体中不存在分子C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气D.流程中HCl、H2可以循环使用答案 A解析 在高温下焦炭和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，粗硅和氯化氢反应生成SiHCl3，然后在高温下氢气和SiHCl3反应生成纯硅。制备粗硅的反应不是在溶液中进行的置换反应，不能体现C的非金属性比Si的强，A错误；二氧化硅是由硅原子和氧原子构成的共价晶体，不存在分子，因此石英晶体中不存在分子，B正确；高温下水蒸气能和焦炭反应，氢气和氧气容易发生爆炸，所以原料气HCl和 H2应充分去除水和氧气，C正确；流程中第二步反应产生氢气，第三步反应产生氯化氢，因此HCl、H2可以循环使用，D正确。4.工业上可用以下流程制取高纯硅，完成各步反应的化学方程式:SiCl4反应①:________________。 反应②:________________。 反应③:________________。 答案 SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑Si(粗)＋2Cl2SiCl4SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl考点三 无机非金属材料【知识梳理】1.传统无机非金属材料——常见硅酸盐材料硅酸盐材料 水泥 普通玻璃 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 陶瓷窑玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。小题对点过(1)判断正误。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)复杂硅酸盐通常用氧化物形式表示如Na2SiO3可写成Na2O·SiO2，则Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为________。 答案 (1)①× ②√ ③√ ④× ⑤√(2)Na2O·Al2O3·6SiO22.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。【知能通关】(一)传统的无机非金属材料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、抗氧化等优点答案 A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.(2025·河北张家口二模)下列关于博物院馆藏文物的说法正确的是( )A.春秋龙纹人字形玉佩的主要成分是二氧化硅B.西汉铜错金银承弓器的主要成分属于无机非金属材料C.宋海棠花式玛瑙碗的主要成分是碳酸钙D.明宣德青花缠枝莲纹碗的主要成分是硅酸盐答案 D解析 A.春秋龙纹人字形玉佩的主要成分为硅酸盐，故A错误；B.西汉铜错金银承弓器的主要成分为金属材料，故B错误；C.宋海棠花式玛瑙碗的主要成分为二氧化硅，故C错误；D.明宣德青花缠枝莲纹碗的主要成分为硅酸盐，故D正确。(二)新型无机非金属材料3.(2025·湖南岳阳模拟预测)化学促进我国航空航天事业不断蓬勃发展。下列有关说法正确的是( )A.“北斗系统”芯片的主要成分为二氧化硅B.隐形涂料中的纳米氧化钨材料属于新型有机材料C.“天和核心舱”推进系统中的腔体采用的氮化硼陶瓷属于新型金属材料D.火星全球影像彩图显示了火星表土颜色，表土中赤铁矿主要成分为Fe2O3答案 D解析 A.北斗芯片中的半导体材料为晶体硅，二氧化硅是光导纤维的成分，A错误；B.纳米氧化钨是无机化合物，属于无机非金属材料，而非有机材料，B错误；C.硬度大、强度高的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料，C错误；D.Fe2O3呈红色，表土中赤铁矿主要成分为Fe2O3，D正确。4.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:下列说法错误的是( )A.硅酸钠水溶液必须用带玻璃塞的试剂瓶盛装B.沉淀反应的离子方程式为Si＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋CC.蒸发“滤液”所得晶体中含有离子键和极性共价键D.用稀酸洗涤沉淀的目的是除去沉淀表面的C答案 A解析 硅酸钠水溶液有黏性，能黏合玻璃塞与试剂瓶口，因此不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装，A项错误；二氧化碳通入硅酸钠溶液中生成硅酸和碳酸钠，B项正确；蒸发“滤液”所得晶体为Na2CO3·xH2O，Na2CO3中含有离子键和极性共价键，H2O中含有极性共价键，C项正确；C可与H＋反应:C＋2H＋===CO2↑＋H2O，因此用稀酸洗涤沉淀可除去沉淀表面的C，D项正确。5.写出下列反应方程式。(1)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，但能被氢氟酸腐蚀，写出该陶瓷与氢氟酸反应的化学方程式:_______________________________。 (2)用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为________________。 答案 (1)Si3N4＋12HF===3SiF4＋4NH3(2)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl 我的收获知识建构 感悟笔记1.方法规律: 2.盲点误区: 体验真题 感知高考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答案 C解析 青蓝色是由于使用了含钴颜料，与单质钴无关，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。3.(2025·云南卷)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＋2MgSi＋2MgO答案 B解析 稻壳在一定条件下制备纳米SiO2，纳米SiO2和Mg在650 ℃发生置换反应生成MgO和纳米Si，加盐酸将MgO转化为MgCl2，过滤、洗涤、干燥得到纳米Si。A.SiO2是酸性氧化物，与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，A正确；B.盐酸参与的反应为MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O，该反应是非氧化还原反应，盐酸体现酸性，没有体现还原性，B错误；C.高纯硅可以将太阳能转化为电能，故可用于制硅太阳能电池，C正确；D.SiO2和Mg在650 ℃条件下发生置换反应得到MgO和纳米Si，反应的化学方程式为SiO2＋2MgSi＋2MgO，D正确。1.高考热点: 2.新考法新角度: 分层训练 提升考能基础落实1.“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲”是明代诗人于谦的著名诗句，下列有关该诗句中所涉及物质的说法错误的是( )A.碳酸钙可作补钙剂B.氧化钙可作干燥剂C.氧化钙用于制作发热包D.碳酸钙是生产陶瓷的原料答案 D解析 A.碳酸钙可与胃酸反应生成可溶性钙盐，可作补钙剂，A正确；B.氧化钙可以吸收水蒸气生成氢氧化钙，因此能作干燥剂，B正确；C.氧化钙和水反应会产生大量的热，可以对食品进行加热，故可用于制作发热包，C正确；D.陶瓷的原料是黏土，碳酸钙是生产玻璃和水泥的原料，D错误。2.(2025·广东汕尾一模)宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是( )A.它耐高温、抗氧化B.它比钢铁轻，但质地较脆C.它没有固定熔点D.它是一种新型无机非金属材料答案 B解析 A.碳化硅陶瓷和碳纤维具有耐高温抗氧化的性能，A正确；B.“连续纤维增韧”航空材料，则说明该材料具有一定的韧性，B错误；C.该材料是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成，属于混合物，没有固定的熔、沸点，C正确；D.该材料由无机物复合而成，为新型无机非金属材料，D正确。3.(2025·山东青岛二模)下列物质的性质与用途具有对应关系的是( )A.石墨能导电，可用作润滑剂B.单晶硅硬度大，可用作半导体材料C.氢氟酸有弱酸性，可用于刻蚀玻璃D.ClO2有强氧化性，可用于自来水消毒答案 D解析 A.石墨耐高温具有滑腻感，可用作润滑剂，作润滑剂与导电性无关，A错误；B.单晶硅具有良好的半导体性能，可用作半导体材料，B错误；C.HF能与二氧化硅反应，故可以用于刻蚀玻璃，与弱酸性无关，C错误；D.二氧化氯具有强氧化性，可以使蛋白质变性，达到自来水杀菌消毒的目的，D正确。4.(2025·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答案 D解析 A.CO2是导致温室效应的主要气体，A错误；B.CO和CO2组成元素相同，但它们分子组成不同，化学性质不相同，B错误；C.单质是指只含有一种元素的纯净物，故金刚石、石墨是碳的单质，C60也是碳的单质，C错误；D.在高温条件下，碳能使CO2转变成CO，CO2＋C2CO，D正确。5.(2025·福建一模)化学物质在航空航天领域用途广泛。下列有关物质用途说法错误的是( )A.SiO2可作航天飞行器的太阳能电池板B.N2H4和N2O4可作火箭发射的推进剂C.高温结构陶瓷可作航天飞船发动机材料D.耐高温碳纤维可作航天服材料答案 A解析 A.Si可作航天飞行器的太阳能电池板，不是SiO2，A项错误；B.N2H4和N2O4发生反应时，会产生大量的热并释放出大量气体，可作火箭发射的推进剂，B项正确；C.航天飞船发动机在工作时会产生高温，同时要承受高压等极端条件。高温结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优良性能，所以适合用作航天飞船发动机材料，C项正确； D.航天服需要在太空复杂的环境中保护宇航员，要求材料具备耐高温、强度高以抵御太空辐射和微小流星体撞击，同时质量轻，便于宇航员活动。耐高温碳纤维正好具备这些特性，所以可作航天服材料，D项正确。6.中国力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，关于碳及其化合物，下列说法不正确的是( )A.金刚石和石墨是碳元素的两种不同单质，二者互称为同素异形体B.在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石要吸收1.895 kJ的热量，故金刚石比石墨稳定C.考古时常用于测定文物年代的是碳元素的一种核素C，该核素的中子数为8D.引起温室效应的气体之一CO2中含极性共价键答案 B解析 A项，金刚石和石墨是碳元素的两种不同的单质，二者互称为碳元素的同素异形体，正确；B项，在100 kPa时，1 mol石墨转变为金刚石要吸收1.895 kJ的热量，金刚石能量高，则石墨比金刚石稳定，错误；C项，核素C中，中子数＝14－6＝8，正确；D项，引起温室效应的气体之一CO2分子是含两个碳氧双键形成的直线分子，分子中含极性共价键，正确。7.下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )①硅酸盐Na2Fe2Si3O10(其中铁为＋3价)用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2②水泥、玻璃、玛瑙饰物都是硅酸盐制品③硅酸盐都难溶于水④单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料A.②③ B.①③C.①④ D.④答案 D解析 ①硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O·Fe2O3·3SiO2，故错误；②水晶主要成分为二氧化硅，不是硅酸盐，故错误；③大部分硅酸盐难溶于水，如硅酸钙、硅酸镁等，少数硅酸盐能够溶于水，如硅酸钠，故错误；④单质硅是良好的半导体材料，是将太阳能转变为电能的常用材料，故正确；故D正确。8.(2025·河南开封三模)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过特定路线制备，已知X为Z的氧化物，Y是一种氢化物且分子结构与甲烷相似。下列说法错误的是( )A.X可用来生产光导纤维B.Z能与盐酸发生化学反应C.反应①的转化应在保护气中进行D.流程中涉及3个氧化还原反应答案 B解析 单质Z是一种常见的半导体材料，X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，则X为二氧化硅、Y为硅化氢、Z为硅；由转化关系可知，反应①为二氧化硅与镁共热反应生成硅化镁，反应②为硅化镁与稀盐酸反应生成氯化镁和硅化氢，反应③为硅化氢受热分解生成硅和氢气。A.二氧化硅是典型的绝缘体，不具备导电性，但晶体对光具有全反射的特性，所以可用来生产光导纤维，故A正确；B.硅的化学性质稳定，不能与盐酸反应，但在高温条件下能与氯化氢发生置换反应，故B错误；C.反应物镁易与空气中的氧气反应生成氧化镁，且反应生成的硅化镁易与水反应生成易自燃的硅化氢，所以反应①的转化应在保护气中进行，故C正确；D.由分析可知，反应①②③中Si元素化合价均发生变化，属于氧化还原反应，故D正确。9.解答下列问题:(1)实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶采用橡胶塞的原因是:____________________________(用化学方程式表示)。(2)实验室制取硅酸的方法是向硅酸钠溶液中加入稀盐酸，化学方程式为________________。 (3)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象是_______________________，化学方程式为________________。 (4)在水泥、玻璃的制备时，都需要的原料是______________。磷酸钙陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造人造骨骼，这是利用了这类材料的________(填字母)。 A.耐高温的特性 B.电学特性C.光学特性 D.生物功能答案 (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(2)Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓(3)生成白色沉淀 Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3(4)石灰石或CaCO3 D能力提升10.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，有机层呈紫红色答案 B解析 A.硬玉化学式为NaAl(Si2O6)，与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4]、Na2SiO3和H2O，故A正确；B.翡翠硬度大，熔点高，但质脆，受到猛烈撞击容易断裂或粉碎，故B错误；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)，方程式为Na2CO3＋Al2O3＋4SiO22NaAl(Si2O6)＋CO2↑，故C正确；D.翡翠中含NaFe(Si2O6)，高温分解翡翠的产物中含有Fe2O3，Fe2O3溶于氢碘酸生成Fe3＋，Fe3＋和I－反应生成I2，加CCl4萃取，有机层呈紫红色，故D正确。11.(2025·河北一模)地壳中硅元素常以硅酸盐形式存在，与碳酸盐不同，硅酸盐结构复杂、种类繁多，其中下图为辉石单链和闪石双链两种硅酸根的结构(图中每个顶点代表1个氧原子，硅原子位于氧原子构成的四面体空隙中)。下列说法错误的是( )A.两种硅酸根中Si元素的化合价均为＋4B.辉石单链中每个氧与其相邻的氧原子以共价键形式相连C.闪石双链的化学式为[Si4O11]6－D.硅酸根不能像碳酸根一样形成简单离子是因为Si的半径大较难形成π键答案 B解析 A.由图可知，辉石单链和闪石双链中硅原子位于氧原子构成的四面体空隙中，形成了4个σ键，无孤电子对，则两种硅酸根中Si元素的化合价均为＋4，A项正确；B.从图中可以看出，辉石单链中每个硅与其相邻的氧原子以共价键形式相连，氧原子与氧原子之间没有形成化学键，B项错误；C.用均摊法分析，在闪石双链中，每个硅原子连接4个氧原子，其中有2个氧原子为2个硅原子共用，另外2个氧原子为1个硅原子单独占有。按均摊法，设该双链中每有4个硅原子，则氧原子平均个数11个，再根据化合价代数和为0，硅元素显＋4价，氧元素显－2价，所以闪石双链的化学式为[Si4O11]6－，C项正确；D.Si的原子半径较大，难以与氧原子形成π键，所以硅酸根不能像碳酸根一样形成简单离子，D项正确。12.(2025·北京一模)硅是电子工业的重要材料。利用石英砂(主要成分为SiO2)和镁粉模拟工业制硅的流程示意图如下。已知:非金属性:Si下列说法不正确的是( )A.Ⅰ中引燃时用镁条，利用了镁条燃烧放出大量的热B.Ⅱ中主要反应有:MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O、Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑C.为防止SiH4自燃，Ⅱ需隔绝空气D.过程中含硅元素的物质只体现氧化性答案 D解析 Ⅰ中发生的反应有:2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si；Ⅱ中MgO、Mg2Si与盐酸反应。A.因为SiO2与镁反应需要能量，所以Ⅰ中引燃时用镁条，利用了镁条燃烧放出大量的热，A正确；B.因为硅与盐酸不反应，所以Ⅱ中主要反应有:MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O、Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，B正确；C.因为SiH4容易自燃，所以为防止SiH4自燃，Ⅱ需隔绝空气，C正确；D.因为非金属性:Si13.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:物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2沸点/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2物质 SiH3Cl HCl SiH4沸点/℃ －30.4 －84.9 －111.9①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________。 (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)。 答案 (1)Si＋3HClSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl(2)①分馏(或多次蒸馏) ②Si SiCl4、SiHCl3(3)SiHCl3＋4H2O===H4SiO4＋H2↑＋3HCl↑(4)防止氢气爆炸；防止硅被氧化；防止三氯硅烷水解14.氮化铝(AlN)陶瓷是一种类金刚石氮化物的新型无机非金属材料，最高可稳定到2 200 ℃。导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料，制取原理为Al2O3＋3C＋N22AlN＋3CO。(1)氮化铝的晶体类型为____________。 (2)制取氮化铝要用较为纯净的N2，N2的电子式为____________。实验室中制备少量氮气的基本原理是:NH4Cl＋NaNO2===NaCl＋2H2O＋N2↑。为了得到较纯净的N2，最好的收集方法是________。 (3)氮化铝抗酸能力极强，但抗碱蚀能力差，它能与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4]和能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，其化学反应方程式为_______________________________。 (4)工业上制得的AlN中含有Al2O3 、C杂质，取含杂质的粗氮化铝10.00 g于某容器，加入足量浓硫酸，加热，收集到672 mL气体(已折算成标准状况)。则该粗氮化铝中碳的质量分数为________________。 答案 (1)共价晶体 (2)︰N N︰ 排水法收集 (3)AlN＋NaOH＋3H2O===Na[Al(OH)4]＋NH3↑ (4) 1.2%解析 (1)氮化硅硬度高、化学稳定性高，是理想的坩埚材料，则氮化硅为共价晶体；(2)N2的电子式为︰N N︰，氮气的密度和空气相近，不能用排空气法，难溶于水，可以用排水法；(3)能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，根据原子守恒判断，化学反应方程式为AlN＋NaOH＋3H2O===Na[Al(OH)4]＋NH3↑；(4)C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，生成的气体中二氧化碳占，故二氧化碳的物质的量为0.01 mol，即碳的质量为0.12 g，所以该粗氮化铝中碳的质量分数为×100%＝1.2%。(共80张PPT)大单元四 元素及其化合物第二单元 非金属及其化合物第45讲 碳和硅 无机非金属材料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。复习要求考点一 碳族元素 碳及其化合物考点二 硅及其化合物目录CONTENTS体验真题 感知高考分层训练 提升考能考点三 无机非金属材料考点一 碳族元素 碳及其化合物知识梳理知能通关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.碳的单质(1)碳单质的主要存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为_______________。(2)碳纳米管、石墨烯都是石墨的特殊存在形式。ns2np2同素异形体同素异形体(3)金刚石、石墨、C60小物质 金刚石 石墨 C60晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体晶体结构 物理性质 熔点高，硬度大，不导电，导热性好 熔点高，硬度___，___导电 熔点低，不导电主要用途 钻石制作、切割工具、钻探机的钻头等 作电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域易(4)化学性质——还原性与非金属 单质化合 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:________________________________________________________判断正误。(1)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。( )(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)碳原子有4个价电子，只能形成+4价化合物。( )(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。( )×小题对点过√×√×3.CO、CO2的性质对比项目 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 可燃性，还原氧化铁 —氧化性 — ①与炽热炭反应；②Mg在CO2中燃烧与水反应 — CO2+H2O H2CO3无无难无无有血红蛋白无3.CO、CO2的性质对比项目 CO CO2化学性质 与碱反应 (石灰水) — _____________________________________相互转化 CO2 CO用途 燃料、冶炼金属 灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O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。(1)CO(CO2):_______________________________(合理即可，下同)。(2)CO2(CO):_______________________________。(3)CO2(SO2或HCl):____________________________________。通过盛有NaOH溶液的洗气瓶小题对点过通过装有灼热CuO的硬质玻璃管通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶4.碳酸及其盐(2)碳酸的正盐和酸式盐的比较 正盐(C) 酸式盐(HC)溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶热稳定性 正盐>酸式盐>碳酸溶液pH 同浓度时:正盐>酸式盐相互转化 C HC完成上述各步转化的化学方程式。①___________________________________。②___________________________________。③___________________________________。CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O小题对点过CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2(一)新材料——碳元素的同素异形体1.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D解析 石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯中含有 C、H、O三种元素，既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。2.科学家制造出了大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )D 石墨烯:从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料 石墨炔:平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性 碳纳米管:具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料A.石墨烯具有良好的导电性B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体C.石墨炔的孔径略大于H2的直径，因此可作H2的提纯薄膜D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同解析 石墨烯从石墨中分离出来，作为电的良导体，具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；石墨炔的孔径略大于 H2 的直径，可以容纳H2，则石墨炔是理想的 H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件下与浓硫酸都能发生反应，且反应产物相同，D错误。(二)CO2的循环与利用3.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CO2B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，需将溶液过滤得到CaCO3，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 硅及其化合物知识梳理知能通关1.硅单质硅酸盐氧化物Si+4HF===SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑2.二氧化硅(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)化学性质高(4)用途:____________、光学仪器、电子部件。大Na2SiO3+H2OCaSiO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O光导纤维判断正误。(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。( )×小题对点过√×√√√×××(一)硅及其化合物性质的应用1.硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是________(填化学式，下同)，光导纤维的主要成分是________。(2)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为____________________________。(3)工业上可利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶，进一步脱水处理可得到硅胶，写出水玻璃和盐酸反应的离子方程式:_______________________________。SiSiO2SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O2H++Si===H2SiO3(胶体)(二)SiO2、Si的制备流程2.纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( )A.X可用作木材防火剂B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+ Na2SO4C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替D.SiO2既能与 NaOH 溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物D解析 碳酸、硫酸的酸性都强于硅酸，能够与硅酸钠溶液反应生成硅酸，B、C正确；SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，但与氢氟酸反应的生成物不是盐，所以二氧化硅不是两性氧化物，而是酸性氧化物，D不正确。3.工业制备高纯硅的主要过程如图所示:下列说法错误的是( )A.制备粗硅的反应体现了碳元素的非金属性比硅元素的强B.石英晶体中不存在分子C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气D.流程中HCl、H2可以循环使用A解析 在高温下焦炭和二氧化硅反应生成硅和一氧化碳，粗硅和氯化氢反应生成SiHCl3，然后在高温下氢气和SiHCl3反应生成纯硅。制备粗硅的反应不是在溶液中进行的置换反应，不能体现C的非金属性比Si的强，A错误；二氧化硅是由硅原子和氧原子构成的共价晶体，不存在分子，因此石英晶体中不存在分子，B正确；高温下水蒸气能和焦炭反应，氢气和氧气容易发生爆炸，所以原料气HCl和 H2应充分去除水和氧气，C正确；流程中第二步反应产生氢气，第三步反应产生氯化氢，因此HCl、H2可以循环使用，D正确。4.工业上可用以下流程制取高纯硅，完成各步反应的化学方程式:反应①:____________________________。反应②:____________________________。反应③:____________________________。考点三 无机非金属材料知识梳理知能通关1.传统无机非金属材料——常见硅酸盐材料石灰石、黏土硅酸盐材料 水泥 普通玻璃 陶瓷生产原料 ______________ __________________________ 黏土主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑纯碱、石灰石、石英砂Na2SiO3+CO2↑CaSiO3+CO2↑(1)判断正误。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)复杂硅酸盐通常用氧化物形式表示如Na2SiO3可写成Na2O·SiO2，则Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为___________________。×小题对点过√√×√Na2O·Al2O3·6SiO22.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。(一)传统的无机非金属材料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A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.(2025·河北张家口二模)下列关于博物院馆藏文物的说法正确的是( )A.春秋龙纹人字形玉佩的主要成分是二氧化硅B.西汉铜错金银承弓器的主要成分属于无机非金属材料C.宋海棠花式玛瑙碗的主要成分是碳酸钙D.明宣德青花缠枝莲纹碗的主要成分是硅酸盐D解析 A.春秋龙纹人字形玉佩的主要成分为硅酸盐，故A错误；B.西汉铜错金银承弓器的主要成分为金属材料，故B错误；C.宋海棠花式玛瑙碗的主要成分为二氧化硅，故C错误；D.明宣德青花缠枝莲纹碗的主要成分为硅酸盐，故D正确。(二)新型无机非金属材料3.(2025·湖南岳阳模拟预测)化学促进我国航空航天事业不断蓬勃发展。下列有关说法正确的是( )A.“北斗系统”芯片的主要成分为二氧化硅B.隐形涂料中的纳米氧化钨材料属于新型有机材料C.“天和核心舱”推进系统中的腔体采用的氮化硼陶瓷属于新型金属材料D.火星全球影像彩图显示了火星表土颜色，表土中赤铁矿主要成分为Fe2O3D解析 A.北斗芯片中的半导体材料为晶体硅，二氧化硅是光导纤维的成分，A错误；B.纳米氧化钨是无机化合物，属于无机非金属材料，而非有机材料，B错误；C.硬度大、强度高的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料，C错误；D.Fe2O3呈红色，表土中赤铁矿主要成分为Fe2O3，D正确。4.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:下列说法错误的是( )A.硅酸钠水溶液必须用带玻璃塞的试剂瓶盛装B.沉淀反应的离子方程式为Si+H2O+CO2===H2SiO3↓+CC.蒸发“滤液”所得晶体中含有离子键和极性共价键D.用稀酸洗涤沉淀的目的是除去沉淀表面的CA解析 硅酸钠水溶液有黏性，能黏合玻璃塞与试剂瓶口，因此不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装，A项错误；二氧化碳通入硅酸钠溶液中生成硅酸和碳酸钠，B项正确；蒸发“滤液”所得晶体为Na2CO3·xH2O，Na2CO3中含有离子键和极性共价键，H2O中含有极性共价键，C项正确；C可与H+反应:C+2H+=== CO2↑+H2O，因此用稀酸洗涤沉淀可除去沉淀表面的C，D项正确。5.写出下列反应方程式。(1)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，但能被氢氟酸腐蚀，写出该陶瓷与氢氟酸反应的化学方程式:_______________________________。(2)用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为________________________________。Si3N4+12HF===3SiF4+4NH3体验真题 感知高考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Fe2O3C解析 青蓝色是由于使用了含钴颜料，与单质钴无关，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。3.(2025·云南卷)稻壳制备纳米Si的流程图如下。B分层训练 提升考能基础落实1.“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲”是明代诗人于谦的著名诗句，下列有关该诗句中所涉及物质的说法错误的是( )A.碳酸钙可作补钙剂 B.氧化钙可作干燥剂C.氧化钙用于制作发热包 D.碳酸钙是生产陶瓷的原料D解析 A.碳酸钙可与胃酸反应生成可溶性钙盐，可作补钙剂，A正确；B.氧化钙可以吸收水蒸气生成氢氧化钙，因此能作干燥剂，B正确；C.氧化钙和水反应会产生大量的热，可以对食品进行加热，故可用于制作发热包，C正确；D.陶瓷的原料是黏土，碳酸钙是生产玻璃和水泥的原料，D错误。2.(2025·广东汕尾一模)宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是( )A.它耐高温、抗氧化B.它比钢铁轻，但质地较脆C.它没有固定熔点D.它是一种新型无机非金属材料B解析 A.碳化硅陶瓷和碳纤维具有耐高温抗氧化的性能，A正确；B.“连续纤维增韧”航空材料，则说明该材料具有一定的韧性，B错误；C.该材料是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成，属于混合物，没有固定的熔、沸点，C正确；D.该材料由无机物复合而成，为新型无机非金属材料，D正确。3.(2025·山东青岛二模)下列物质的性质与用途具有对应关系的是( )A.石墨能导电，可用作润滑剂B.单晶硅硬度大，可用作半导体材料C.氢氟酸有弱酸性，可用于刻蚀玻璃D.ClO2有强氧化性，可用于自来水消毒D解析 A.石墨耐高温具有滑腻感，可用作润滑剂，作润滑剂与导电性无关，A错误；B.单晶硅具有良好的半导体性能，可用作半导体材料，B错误；C.HF能与二氧化硅反应，故可以用于刻蚀玻璃，与弱酸性无关，C错误；D.二氧化氯具有强氧化性，可以使蛋白质变性，达到自来水杀菌消毒的目的，D正确。4.(2025·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COD5.(2025·福建一模)化学物质在航空航天领域用途广泛。下列有关物质用途说法错误的是( )A.SiO2可作航天飞行器的太阳能电池板B.N2H4和N2O4可作火箭发射的推进剂C.高温结构陶瓷可作航天飞船发动机材料D.耐高温碳纤维可作航天服材料A解析 A.Si可作航天飞行器的太阳能电池板，不是SiO2，A项错误；B.N2H4和N2O4发生反应时，会产生大量的热并释放出大量气体，可作火箭发射的推进剂，B项正确；C.航天飞船发动机在工作时会产生高温，同时要承受高压等极端条件。高温结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优良性能，所以适合用作航天飞船发动机材料，C项正确； D.航天服需要在太空复杂的环境中保护宇航员，要求材料具备耐高温、强度高以抵御太空辐射和微小流星体撞击，同时质量轻，便于宇航员活动。耐高温碳纤维正好具备这些特性，所以可作航天服材料，D项正确。6.中国力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，关于碳及其化合物，下列说法不正确的是( )A.金刚石和石墨是碳元素的两种不同单质，二者互称为同素异形体B.在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石要吸收1.895 kJ的热量，故金刚石比石墨稳定C.考古时常用于测定文物年代的是碳元素的一种核素C，该核素的中子数为8D.引起温室效应的气体之一CO2中含极性共价键B解析 A项，金刚石和石墨是碳元素的两种不同的单质，二者互称为碳元素的同素异形体，正确；B项，在100 kPa时，1 mol石墨转变为金刚石要吸收1.895 kJ的热量，金刚石能量高，则石墨比金刚石稳定，错误；C项，核素C中，中子数＝14-6＝8，正确；D项，引起温室效应的气体之一CO2分子是含两个碳氧双键形成的直线分子，分子中含极性共价键，正确。7.下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )①硅酸盐Na2Fe2Si3O10(其中铁为+3价)用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2②水泥、玻璃、玛瑙饰物都是硅酸盐制品③硅酸盐都难溶于水④单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料A.②③ B.①③C.①④ D.④D解析 ①硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O·Fe2O3·3SiO2，故错误；②水晶主要成分为二氧化硅，不是硅酸盐，故错误；③大部分硅酸盐难溶于水，如硅酸钙、硅酸镁等，少数硅酸盐能够溶于水，如硅酸钠，故错误；④单质硅是良好的半导体材料，是将太阳能转变为电能的常用材料，故正确；故D正确。8.(2025·河南开封三模)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过特定路线制备，已知X为Z的氧化物，Y是一种氢化物且分子结构与甲烷相似。下列说法错误的是( )A.X可用来生产光导纤维B.Z能与盐酸发生化学反应C.反应①的转化应在保护气中进行D.流程中涉及3个氧化还原反应B解析 单质Z是一种常见的半导体材料，X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，则X为二氧化硅、Y为硅化氢、Z为硅；由转化关系可知，反应①为二氧化硅与镁共热反应生成硅化镁，反应②为硅化镁与稀盐酸反应生成氯化镁和硅化氢，反应③为硅化氢受热分解生成硅和氢气。A.二氧化硅是典型的绝缘体，不具备导电性，但晶体对光具有全反射的特性，所以可用来生产光导纤维，故A正确；B.硅的化学性质稳定，不能与盐酸反应，但在高温条件下能与氯化氢发生置换反应，故B错误；C.反应物镁易与空气中的氧气反应生成氧化镁，且反应生成的硅化镁易与水反应生成易自燃的硅化氢，所以反应①的转化应在保护气中进行，故C正确；D.由分析可知，反应①②③中Si元素化合价均发生变化，属于氧化还原反应，故D正确。9.解答下列问题:(1)实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶采用橡胶塞的原因是:________________________________________(用化学方程式表示)。(2)实验室制取硅酸的方法是向硅酸钠溶液中加入稀盐酸，化学方程式为______________________________________________。 (3)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象是_________________，化学方程式为____________________________________________________________________________________________________________________________________。 SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2ONa2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓生成白色沉淀Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2CO2+2H2O===H2SiO3↓+2NaHCO3(4)在水泥、玻璃的制备时，都需要的原料是______________。磷酸钙陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造人造骨骼，这是利用了这类材料的________(填字母)。 A.耐高温的特性 B.电学特性C.光学特性 D.生物功能石灰石或CaCO3D能力提升10.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B11.(2025·河北一模)地壳中硅元素常以硅酸盐形式存在，与碳酸盐不同，硅酸盐结构复杂、种类繁多，其中下图为辉石单链和闪石双链两种硅酸根的结构(图中每个顶点代表1个氧原子，硅原子位于氧原子构成的四面体空隙中)。下列说法错误的是( )A.两种硅酸根中Si元素的化合价均为+4B.辉石单链中每个氧与其相邻的氧原子以共价键形式相连C.闪石双链的化学式为[Si4O11]6-D.硅酸根不能像碳酸根一样形成简单离子是因为Si的半径大较难形成π键B解析 A.由图可知，辉石单链和闪石双链中硅原子位于氧原子构成的四面体空隙中，形成了4个σ键，无孤电子对，则两种硅酸根中Si元素的化合价均为+4，A项正确；B.从图中可以看出，辉石单链中每个硅与其相邻的氧原子以共价键形式相连，氧原子与氧原子之间没有形成化学键，B项错误；C.用均摊法分析，在闪石双链中，每个硅原子连接4个氧原子，其中有2个氧原子为2个硅原子共用，另外2个氧原子为1个硅原子单独占有。按均摊法，设该双链中每有4个硅原子，则氧原子平均个数11个，再根据化合价代数和为0，硅元素显+4价，氧元素显-2价，所以闪石双链的化学式为[Si4O11]6-，C项正确；D.Si的原子半径较大，难以与氧原子形成π键，所以硅酸根不能像碳酸根一样形成简单离子，D项正确。12.(2025·北京一模)硅是电子工业的重要材料。利用石英砂(主要成分为SiO2)和镁粉模拟工业制硅的流程示意图如下。已知:非金属性:Si下列说法不正确的是( )A.Ⅰ中引燃时用镁条，利用了镁条燃烧放出大量的热B.Ⅱ中主要反应有:MgO+2HCl===MgCl2+H2O、Mg2Si+4HCl=== 2MgCl2+SiH4↑C.为防止SiH4自燃，Ⅱ需隔绝空气D.过程中含硅元素的物质只体现氧化性D13.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:物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2沸点/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2物质 SiH3Cl HCl SiH4 沸点/℃ -30.4 -84.9 -111.9 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_______________。(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)。分馏(或多次蒸馏)SiSiCl4、SiHCl3SiHCl3+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)氮化铝的晶体类型为____________。(2)制取氮化铝要用较为纯净的N2，N2的电子式为____________。实验室中制备少量氮气的基本原理是:NH4Cl+NaNO2===NaCl+2H2O+N2↑。为了得到较纯净的N2，最好的收集方法是_____________。共价晶体︰N N︰排水法收集解析 (1)氮化硅硬度高、化学稳定性高，是理想的坩埚材料，则氮化硅为共价晶体；(2)N2的电子式为︰N N︰，氮气的密度和空气相近，不能用排空气法，难溶于水，可以用排水法；(3)氮化铝抗酸能力极强，但抗碱蚀能力差，它能与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4]和能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，其化学反应方程式为________________________________________。(4)工业上制得的AlN中含有Al2O3 、C杂质，取含杂质的粗氮化铝10.00 g于某容器，加入足量浓硫酸，加热，收集到672 mL气体(已折算成标准状况)。则该粗氮化铝中碳的质量分数为____________。AlN+NaOH+3H2O===Na[Al(OH)4]+NH3↑1.2%Thanks！本讲内容结束 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第45讲 碳和硅 无机非金属材料.docx 第45讲 碳和硅 无机非金属材料.pptx
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