第04講 碳、硅及無機(jī)非金屬材料（講義）（學(xué)生版） 2025年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)（新教材新高考）

第04講碳、硅及無機(jī)非金屬材料目錄01TOC\o"1-3"\h\u考情透視·目標(biāo)導(dǎo)航 02知識(shí)導(dǎo)圖·思維引航 03考點(diǎn)突破·考法探究 考點(diǎn)一碳、硅及其化合物 知識(shí)點(diǎn)1碳及其重要化合物 知識(shí)點(diǎn)2硅及其重要化合物 考向1碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用 考向2二氧化碳的綜合利用 考向3硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用 考向4硅的工業(yè)制法 考點(diǎn)二硅酸鹽、新型無機(jī)非金屬材料 知識(shí)點(diǎn)1硅酸鹽 知識(shí)點(diǎn)2傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料 知識(shí)點(diǎn)3新型無機(jī)非金屬材料 考向1硅酸鹽材料 考向2新型無機(jī)非金屬材料 04真題練習(xí)·命題洞見 考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析碳及其化合物2023浙江1月7題，2分；2022江蘇卷7題，3分；2022福建卷1題，4分；2021山東卷1題，2分；2021湖北卷1題，3分；2021全國乙卷1題，6分；2021海南卷1題，2分本講知識(shí)的特點(diǎn)是繁雜，涉及的化學(xué)反應(yīng)多，物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系多樣。注意Si、SiO2在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用經(jīng)常以選擇題形式出現(xiàn)，隨著新能源、新材料、新工藝的發(fā)展應(yīng)用，對(duì)碳硅及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用的考查有逐漸增多的趨勢(shì)，已成為高考考查的熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)高考命題仍然會(huì)以生活、生產(chǎn)、實(shí)際應(yīng)用為背景，突出C、Si及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，題型延續(xù)選擇題、填空題、綜合推斷題及實(shí)驗(yàn)探究題的形式，結(jié)合能源、環(huán)保等，以新材料、新工藝為載體，考查碳、硅及其化合物的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用，以檢測(cè)考生理論聯(lián)系實(shí)際、運(yùn)用化學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力和將化學(xué)成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識(shí)。硅及其化合物2024浙江1月7題，3分；2023湖北卷3題，3分；2023遼寧卷3題，3分；202山東卷18題，12分；2022廣東卷3題，2分；2022江蘇卷6題，3分；2022浙江1月10題，2分；2021遼寧卷1題，3分無機(jī)非金屬材料2023浙江6月1題，2分；2023湖南卷1題，3分；2022河北卷1題，3分；2022廣東卷3題，2分；2021重慶卷1題，3分復(fù)習(xí)目標(biāo)：1．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應(yīng)用。2．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境的影響。3．通過從材料組成和性質(zhì)的角度對(duì)生活中常見的無機(jī)非金屬材料進(jìn)行分析，并能科學(xué)合理地使用?？键c(diǎn)一碳、硅及其氧化物知識(shí)點(diǎn)1碳及其重要化合物1．碳單質(zhì)(1)存在形式：有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為__________________。(2)主要化學(xué)性質(zhì)——還原性可燃性2C＋O2(不足)eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO、C＋O2(足量)eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2與氧化物反應(yīng)CuO：__________________________(冶煉金屬)；SiO2：______________________________(制取粗硅)；H2O：________________________(制取水煤氣)與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)濃H2SO4：__________________________________________；濃HNO3：__________________________________________。________________________________________________2．CO、CO2的性質(zhì)對(duì)比COCO2物理性質(zhì)______無味氣體，密度比空氣小，難溶于水______無味氣體，密度比空氣大，可溶于水(溶解度小)毒性有毒(易結(jié)合______)無毒(溫室效應(yīng))化學(xué)性質(zhì)還原性可燃性，還原氧化鐵無(滅火)氧化性①與熾熱炭反應(yīng)，②Mg在CO2中燃燒與水反應(yīng)無CO2＋H2OH2CO3與堿反應(yīng)(石灰水)無____________=CaCO3↓＋H2O相互轉(zhuǎn)化用途燃料、冶煉金屬滅火、制汽水、植物肥料、化工原料等知識(shí)點(diǎn)2硅及其重要化合物1．硅單質(zhì)2．二氧化硅3．硅酸【名師點(diǎn)晴】熟記下列方程式：1．用SiO2制取粗硅的反應(yīng)：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。2．Si和NaOH溶液的反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。3．SiO2和NaOH溶液的反應(yīng)：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。4．SiO2和氫氟酸的反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。5．向Na2SiO3溶液中通入少量CO2氣體：Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓?？枷?碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用【例1】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()A．石墨烯是一種新型化合物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異形體D．氧化石墨烯具有一定的親水性【變式訓(xùn)練】中國力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，關(guān)于碳及其化合物，下列說法不正確的是()A．金剛石和石墨是碳的兩種不同的單質(zhì)，二者互稱同素異形體B．在100KPa時(shí)，1mol石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?.895kJ的熱量，故金剛石比石墨穩(wěn)定C．考古時(shí)常用于測(cè)定文物年代的是碳元素的一種核素146C中，中子數(shù)為8D．引起溫室效應(yīng)的氣體之一CO2中含極性共價(jià)鍵考向2二氧化碳的綜合利用【例2】利用N(C2H5)3捕獲CO2并在納米金催化劑作用下在較低溫度下轉(zhuǎn)化為甲酸，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”提供了新路徑，轉(zhuǎn)化過程如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()。A．N(C2H5)3可與HCl反應(yīng)生成鹽B．CO2加氫合成甲酸，符合綠色化學(xué)思想C．1molCO2完全轉(zhuǎn)化為甲酸，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NAD．納米金催化劑降低了反應(yīng)的活化能【變式訓(xùn)練】科技的進(jìn)步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說法錯(cuò)誤的是()。A．CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)B．CO2加氫轉(zhuǎn)化為乙烯，CO2被還原C．CO2電催化時(shí)，在陽極轉(zhuǎn)化為燃料D．CO2與環(huán)氧丙烷可合成可降解塑料考向3硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用【例3】(2024?河南省許昌市檢測(cè))二氧化硅又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料，部分轉(zhuǎn)化過程如圖所示。回答下面問題：(1)碳元素和硅元素都位于周期表的族，非金屬性較強(qiáng)的是(填元素符號(hào))。工業(yè)上制備粗硅的反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑，該反應(yīng)能否比較碳和硅元素的非金屬性強(qiáng)弱(填“是”或“否”)。(2)NaOH溶液需要盛放在有橡膠塞的試劑瓶中，原因(用化學(xué)方程式表示，下同)，利用HF溶液可以在玻璃表面上寫字作畫，原因是。制玻璃的原材料是石英(SiO2)、純堿(Na2CO3)和大理石(CaCO3)，寫出制玻璃時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式、。SiC是一種新型無機(jī)非金屬材料，半導(dǎo)體領(lǐng)域未來代替硅基芯片的一種新型原材料，SiC屬于(填“離子”戒“共價(jià)”)化合物?！咀兪接?xùn)練】(2024?·陜西省安康市高新中學(xué)質(zhì)檢)硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。(1)可用于制作計(jì)算機(jī)芯片和太陽能電池的是(填化學(xué)式，下同)，光導(dǎo)纖維的主要成分是。(2)工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(3)工業(yè)上可利用水玻璃和鹽酸反應(yīng)制備硅酸凝膠，進(jìn)一步脫水處理可得到硅膠，寫出水玻璃和鹽酸反應(yīng)的離子方程式：。(4)高純度單晶硅可以按下列方法制備：SiO2Si(粗)SiiHCl3Si(純)。寫出步驟①的化學(xué)方程式：。該反應(yīng)中C作劑，此方程式能否說明非金屬性：C>Si。若要證明C和Si的非金屬性強(qiáng)弱，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?？枷?硅的工業(yè)制法【例4】(2024?高一下·湖北省武漢市期中)工業(yè)制備高純硅的主要過程如圖所示：已知石英晶體部分結(jié)構(gòu)如圖。下列說法錯(cuò)誤的是()A．制備粗硅的反應(yīng)體現(xiàn)了C元素的非金屬性比強(qiáng) B．石英晶體中不存在SiO2分子C．原料氣HCl和H2應(yīng)充分去除水和氧氣 D．流程中HCl、H2可以循環(huán)使用【變式訓(xùn)練】(2024?高一下·湖南省長沙市月考)多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。已知：SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯(cuò)誤的是()A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅的反應(yīng)為：SiO2+CSi(粗)+CO2↑C．制備高純多晶硅的反應(yīng)為：SiHCl3+H2Si(純)+3HClD．為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進(jìn)行考點(diǎn)二硅酸鹽、新型無機(jī)非金屬材料知識(shí)點(diǎn)1硅酸鹽材料1．硅酸鹽是由______、______與其他化學(xué)元素結(jié)合而成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。2．硅酸鈉(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱____________。有黏性，水溶液顯______性。(2)與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)a．與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________________。b．與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________。(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。3．硅酸鹽組成的表示方法：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成。(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。(2)各元素的化合價(jià)保持不變，且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來的組成。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為____________，長石(KAlSi3O8)可表示為__________________?！久麕熖嵝选?．硅酸鹽大多難溶于水，常見可溶性硅酸鹽硅酸鈉，其水溶液稱為泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。2．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，但高溫下Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生，原因可以從兩方面解釋：①硅酸鹽比碳酸鹽穩(wěn)定；②從化學(xué)平衡角度，由高沸點(diǎn)難揮發(fā)固體SiO2制得低沸點(diǎn)易揮發(fā)的CO2。知識(shí)點(diǎn)2傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料1．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。2．常見硅酸鹽材料比較物質(zhì)水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料__________________________________________主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯3．玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。知識(shí)點(diǎn)3新型無機(jī)非金屬材料材料類型主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等半導(dǎo)體陶瓷具有電學(xué)特性二氧化錫陶瓷集成電路中的半導(dǎo)體光學(xué)材料具有光學(xué)特性光導(dǎo)纖維光纜、醫(yī)療、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷人造骨骼、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘?shù)取疽族e(cuò)提醒】水泥、玻璃與陶瓷是三大傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料；碳化硅、氮化硅等是新型無機(jī)非金屬材料。考向1硅酸鹽【例1】(2024?江西省部分學(xué)校高三二輪復(fù)習(xí)聯(lián)考驗(yàn)收)“挖掘文物價(jià)值，講好中國故事”。下列文物中主要成分屬于硅酸鹽的是()

A．戰(zhàn)國透雕龍鳳紋銅鋪首B．元代青花釉里紅開光貼花蓋罐C．宋水晶珠串D．清梅花圖紙本頁冊(cè)【變式訓(xùn)練】“嫦娥五號(hào)”帶回了月壤樣品，將月壤進(jìn)行20倍放大后能明顯看到褐色的玻璃狀物質(zhì)。下列有關(guān)玻璃的說法中正確的是()。A．普通玻璃的原料是燒堿、石英砂、石灰石B．普通玻璃和石英玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品C．制備普通玻璃時(shí)的反應(yīng)之一為Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3D．普通玻璃用于鑲嵌建筑物的門窗、墻面，但其不具有保溫和防輻射等特征考向2新型無機(jī)非金屬材料【例2】(2024·天津河北市一模)氮化硅(Si3N4)因其在高溫和高頻條件下的優(yōu)異性能，成為現(xiàn)代微電子領(lǐng)域的重要材料。工業(yè)上用石英砂和原料氣(含N2和少量O2)制備SiN4的操作流程如下(已知：粗硅中含少量Fe、Cu的單質(zhì)及化合物；常溫下Si3N4除與氫氟酸反應(yīng)外不與其他酸反應(yīng))，下列敘述不正確的是A．“還原”時(shí)焦炭主要被氧化為CO2B．“高溫氮化”反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Si+2N2Si3N4C．“操作X”可將原料氣通過灼熱的銅粉D．“稀酸Y”可選用稀硝酸【變式訓(xùn)練】(2024?河南省濮陽市第三次聯(lián)考)氮化硅常用于制造耐高溫管、切削工具。某小組以石英砂為原料制備氮化硅的微型流程如圖1所示：下列敘述正確的是()A．反應(yīng)①的氧化產(chǎn)物為CO2 B．粗硅中可能含有金剛砂C．反應(yīng)③中的NH3可通過加熱NH4Cl制備 D．反應(yīng)③的尾氣可用圖2所示裝置吸收1．(2024·浙江1月卷，7，3分)根據(jù)材料的組成和結(jié)構(gòu)變化可推測(cè)其性能變化，下列推測(cè)不合理的是()材料組成和結(jié)構(gòu)變化性能變化A生鐵減少含碳量延展性增強(qiáng)B晶體硅用碳原子取代部分硅原子導(dǎo)電性增強(qiáng)C纖維素接入帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈吸水能力提高D順丁橡膠硫疏化使其結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀強(qiáng)度提高2．(2023?遼寧省選擇性考試，3)下列有關(guān)物質(zhì)的工業(yè)制備反應(yīng)錯(cuò)誤的是()A．合成氨：N2+3H22NH3 B．制HCl：H2+Cl22HClC．制粗硅：SiO2+2CSi+2CO D．冶煉鎂：2MgO(熔融)2Mg+O2↑3．(2022?江蘇卷，6)周期表中ⅣA族元素及其化合物應(yīng)用廣泛，甲烷具有較大的燃燒熱(890.3kJ·mol-l)，是常見燃料；Si、Ge是重要的半導(dǎo)體材料，硅晶體表面SiO2能與氫氟酸(HF，弱酸)反應(yīng)生成H2SiF6(H2SiF6在水中完全電離為H+和SiF62-)；1885年德國化學(xué)家將硫化鍺(GeS2)與H2共熱制得了門捷列夫預(yù)言的類硅—鍺；下列化學(xué)反應(yīng)表示正確的是()A．SiO2與HF溶液反應(yīng)：SiO2+6HF=2H++SiF62-+2H2OB．高溫下H2還原GeS2：GeS2+2H2=Ge+2H2SC．鉛蓄電池放電時(shí)的正極反應(yīng)：Pb+SO42--2e-=PbSO4D．甲烷的燃燒：CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)＋2H2O(g)ΔH2＝890.3kJ·mol?14．(2022?河北省選擇性考試，1)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說法正確的是()A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料 B．陶瓷主要成分為SiO2和MgOC．陶瓷燒制的過程為物理變化 D．白瓷的白色是因鐵含量較高5．(2022?河北省選擇性考試，1)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說法正確的是()A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料 B．陶瓷主要成分為SiO2和MgOC．陶瓷燒制的過程為物理變化 D．白瓷的白色是因鐵含量較高6．(2022?廣東選擇性考試，3)廣東一直是我國對(duì)外交流的重要窗口，館藏文物是其歷史見證。下列文物主要由硅酸鹽制成的是()文物選項(xiàng)A．南宋鎏金飾品B．蒜頭紋銀盒C．廣彩瓷咖啡杯D．銅鍍金鐘座7．(2021?全國乙卷，1)我國提出爭(zhēng)取在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，這對(duì)于改善環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要。碳中和是指CO