《高考备考指南 化学 》课件-第三节　无机非金属材料

化工生产中的重要非金属元素第五章

第三节无机非金属材料(本节对应系统复习P145)栏目导航01必备知识关键能力03真题体验领悟高考02研解素养悟法猎技04配套训练必备知识关键能力1☞知识点1碳、硅单质及其氧化物硅酸1.碳和硅的结构、存在形式与用途(1)碳、硅的原子结构与存在形成。

元素碳硅原子结构示意图

单质的结构金刚石：___________结构

石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的结构元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有______态

空间网状化合(2)碳、硅的物理性质和用途。

物质石墨金刚石晶体硅外观黑色鳞片状固体无色晶体有金属光泽的灰黑色固体硬度很小自然界中硬度___硬度大导电性可导电不能导电________用途用作导体、电极、铅笔芯等制作首饰等用作半导体材料和制光电池材料(用于光伏电站、人造卫星和电动汽车)

最大

半导体

2.碳和硅的化学性质——还原性

完成上面①~⑧的化学方程式：①

；②

；③

；④

；⑤

；⑥

；⑦

；⑧

。

3.二氧化碳和二氧化硅的比较

物质二氧化硅二氧化碳主要物理性质硬度____，熔、沸点____，常温下为____体，不溶于水

熔、沸点____，常温下为气体，能溶于水

大

高固低化学性质与水反应不反应_与酸反应只与氢氟酸反应：_不反应与碱(如NaOH)反应_

_(盛碱液的试剂瓶用____________塞)

CO2少量：

__；

CO2过量：

_

橡胶(或软木)

CO2+H2OH2CO3

化学性质与盐反应如与Na2CO3反应：_______________________________________与碱性氧化物反应如与CaO反应：_____________如与Na2O反应：

_用途制光导纤维、光学仪器、电子部件、水晶(可作饰品)制饮料、制碳酸盐、用作制冷剂(干冰)

4.硅酸

难

碳酸Na2CO3+H2SiO3↓

易错辨析判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)碳元素是形成化合物种类最多的元素(

)(2)硅的晶体结构与金刚石相似(

)(3)硅是地壳中含量最多的非金属，其单质是灰黑色有金属光泽的固体(

)(4)硅的导电性介于金属与绝缘体之间，是良好的半导体材料(

)(5)在点燃的条件下，C可以还原氧化镁生成镁和二氧化碳(

)(6)C60的摩尔质量是720(

)

√

√

×

√

×

×(7)金刚石、石墨和C60互为同分异构体(

)(8)硅在自然界中只以化合态的形式存在(

)(9)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱，不溶于任何酸(

)

×

√

×

B

2.(2022·广东深圳罗湖第一次质量检测)价类二维图可以表示元素化合价与物质类别之间的关系，图中的a、b、c、d、e代表常见的含碳物质，下列说法错误的是(

)

A.由a得到e至少要经过三步化学反应B.e可能难溶于水C.c和水反应生成dD.b和氧气反应生成c

A3.(2023·广东广州、深圳联考)“从二氧化碳到淀粉的人工合成”入选2021年度“中国生命科学十大进展”。下列有关说法不正确的是(

)A.化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因

B.“人工合成淀粉”有助于“双碳”达标和缓解粮食危机

C.自然界由二氧化碳合成淀粉主要依靠植物的光合作用

D.淀粉和纤维素互为同分异构体

D突破二

硅的单质及其氧化物的性质与用途4.(2023·江苏卷)某实验小组的同学用氯化钙粉末、碳酸钠粉末、粒状大理石、稀盐酸、稀硫酸这几种药品，探究哪两种药品适合在实验室制取CO2。请你参与下列的探究并回答问题。【资料卡片】硫酸钙微溶于水，易在碳酸钙表面形成一层隔膜。【提出问题】上述的酸和碳酸盐的反应是否适合在实验室制取CO2？【方案设计】小红认为可选用稀硫酸、氯化钙反应制得CO2，小江认为不可能。(1)小江的理由是__________________________________________。

大家经过讨论后，设计了如下三个实验进行对比分析。

反应物中没有碳元素【实验与结论】(2)请你填写实验报告中①、②处的内容。

实验实验现象实验分析、结论A剧烈反应，放出大量气泡反应速率过快，气体不便收集，不宜于实验室制取二氧化碳B产生气泡，速率迅速减慢，随后反应几乎停止无法持续产生CO2，不能用于实验室制取CO2C①___________②_______________

产生大量平稳的气泡反应速率适中，气体便于收集(3)根据探究结论，适合在实验室制取二氧化碳的反应物为________________。

(4)分析：实验室不能用实验B制取二氧化碳的原因是____________________________________________。

【拓展与迁移】(5)由上述探究可知，在确定实验室制取气体的反应原理时，要考虑诸多因素。请你再写出一种需要考虑的因素：_____________________________________________。

大理石、稀盐酸B中生成的物质覆盖在碳酸钙表面阻止反应进行

反应装置简约(或反应条件易控或反应原料价廉等)(6)以下是某研究小组探究影响反应速率部分因素的相关实验数据。实验序号H2O2溶液质量分数/%H2O2溶液体积/mL温度/℃MnO2的用量/g收集氧气的体积/mL反应所需的时间/s①51200.1416.75②151200.146.04③30535

249.21④30555

210.76通过实验①和②对比可知，化学反应速率与___________有关；从实验③和④对比可知，化学反应速率与温度的关系是

。

溶液的浓度温度越高，反应速率越快

C硅及其氧化物的特性（1）Si、SiO2的特性。

物质一般规律特性Si硅的还原性比碳强非金属单质与强碱反应一般不生成氢气非金属单质一般不与非氧化性酸反应一般非金属单质为绝缘体硅为半导体SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水，也不与水反应（不能用SiO2与水反应制备硅酸）酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应（2）虽然SiO2既能与酸（HF）反应，又能与碱（NaOH）反应，但SiO2不是两性氧化物。☞知识点2硅酸盐材料无机非金属材料1.硅酸盐材料(1)硅酸盐。①概念：由__________________组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。

②表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可写成______________，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为

。

硅、氧和金属元素

Na2O·SiO2

CaO·3MgO·4SiO2③硅酸钠(Na2SiO3)。a.白色，可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称________，有黏性，水溶液显碱性。b.它能与酸性较硅酸强的酸反应(写化学方程式)：与盐酸反应：

。与CO2水溶液反应：

。

c.用途：常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。

水玻璃

(2)传统无机非金属材料。①常见硅酸盐材料(见下表)。

硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土______、

______、

石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔窑陶瓷窑

纯碱

石灰石②玻璃生产中的两个重要反应：

；

。

2.新型无机非金属材料(1)高纯硅的制备。其中涉及的主要化学反应如下：Ⅰ.

。Ⅱ.

。Ⅲ.

。

(2)新型陶瓷。在______、热学、______等方面具有很多新的特性和功能。

新型材料成分主要性能主要应用金刚砂碳化硅硬度大、耐高温、抗氧化

用作磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料等

光学

磁学高温结构陶瓷碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物

耐高温、抗氧化、耐磨蚀

用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等压电陶瓷钛酸盐、锆酸盐等

能实现机械能和电能的相互转化用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等透明陶瓷氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷具有优异的光学性能，耐高温、绝缘性好用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等超导陶瓷

临界温度下具有超导性用于电力、交通、医疗等领域(3)碳纳米材料。碳纳米材料主要包括________、________、__________等，在能源、信息、医药等领域具有广阔的应用前景。

新型材料结构特点主要性能主要应用富勒烯碳原子构成的一系列笼形分子

作为工业材料，应用于电化学，催化剂、化妆品、抗癌药物生产等

富勒烯碳纳米管石墨烯

碳纳米管石墨片层卷成的、直径为纳米尺度的管状物比表面积大，具有相当高的强度和优良的电学性能用于生产复合材料、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、具有很高的强度应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面易错辨析判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)水玻璃是一种玻璃，泡花碱属于碱(

)(2)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳元素的非金属性强于硅元素(

)(3)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中(

)(4)合成纤维、光导纤维和氮化硅陶瓷都是新型无机非金属材料(

)(5)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂(

)(6)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料(

)

×

√

×

×

√

×(7)SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维(

)(8)非金属性：C>Si；热稳定性：CH4>SiH4(

)(9)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应(

)(10)用铜片制成的“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧，说明“纳米铜”的还原性比铜片更强(

)

×

√

×

×突破一

无机非金属材料与传统文化1.钧瓷是宋代五大名窑瓷器之一，以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法正确的是(

)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.高品质白瓷晶莹剔透，属于纯净物C.氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料D.由于陶瓷耐酸碱，因此可以用来熔化氢氧化钠

A2.(2022·浙江卷6月，改编)下列说法不正确的是(

)A.晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维B.高压钠灯发出的黄光透雾能力强、射程远，可用于道路照明C.氧化铝熔点高，常用于制造耐高温材料D.高纯硅可用于制作光感电池

A【解析】二氧化硅常用于制造光导纤维，A错误。突破二

高纯硅的制备3.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：

B4.在20世纪90年代末，科学家发现碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关碳元素单质的说法错误的是(

)A.金刚石和石墨的熔点肯定比C60高B.熔点：C60＜C70＜C90C.球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都是分子晶体，都是碳的同素异形体D.金刚石以非分子形式的粒子存在，属于原子晶体；C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子以分子形式的粒子存在，属于分子晶体；这些碳单质不互为同素异形体

D

【解析】金刚石属于原子晶体，石墨属于混合晶体，C60属于分子晶体，因此金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高，A正确；分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，因此熔点：C60＜C70＜C90，B正确；球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都是碳元素形成的不同单质，所以均为碳的同素异形体，C正确；金刚石是由原子构成的；C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子都是以分子形式存在；都是碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，D错误。突破三

新型无机非金属材料的性能与应用5.(2022·广东深圳实验学校段考)关于无机非金属材料，下列说法不正确的是(

)A.“中国天眼”的镜片材料为SiC，属于新型无机非金属材料B.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料C.用于制造永久性模具等机械构件的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料D.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差

D6.(2023·广东汕头金山中学质检)硅是带来人类文明的重要元素之一，在从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：

。

(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：

除去原料气中的氧气除去生成的水蒸气该反应是放热反应，应防止局部过热，导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去(或将整个体系中空气排尽)

硝酸研解素养悟法猎技2☞社会实践篇雾霾的成因及治理方案

1.雾霾概念雾霾是雾和霾的统称。两者的差异在于雾的相对湿度比霾大，霾的固体悬浮物比雾多。2.雾和霾的组成物质①可吸入颗粒物，又称PM10，它是雾霾天气污染的罪魁祸首，主要来源于柴油车辆的尾气、

燃煤等排放的颗粒；②气态污染物，主要包括二氧化硫、氮氧化物等；③工业生产排放的废气(如冶金、机电制造业的工业窑炉与锅炉，还有大量汽修喷漆、建材生产窑炉燃烧排放的废气)；④建筑工地和道路交通产生的扬尘。3.雾霾形成的人为原因①工业生产排放大量烟尘；②冬季燃煤用于居民生活取暖排放大量烟尘；③交通工具排放大量尾气(机动车的尾气是雾霾颗粒组成的最主要的成分)；④建筑工地产生大量烟尘。4.雾霾的防治方法①加大环保执法力度；②调整、优化能源结构，发展清洁能源(如风能、核能和水能等)；③加大技术投入，发展清洁煤、液化煤等技术，过滤回收粉尘；④植树造林。

(2022·广东华中师范大学海丰附属学校月考)化学与环境密切相关，近年来雾霾问题已成为百姓所关注的主要问题，自入秋以来，我国大部分地区更是“霾伏”四起，部分地区持续出现中度至重度霾，环境治理刻不容缓。雾霾天气其实就是气溶胶细粒子在高湿度条件下引发的低能见度现象。气溶胶是胶体的一种，下列关于气溶胶的说法中不正确的是(

)A.气溶胶的分散质是水蒸气B.当有阳光时会出现光亮的“通路”C.气溶胶分散质粒子直径为1~100nmD.胶体有丁达尔效应是由于胶体粒子对光线散射

A

D(2022·北京卷)某MOFs多孔材料孔径大小和形状恰好将N2O4

“固定”，能高选择性吸附NO2。废气中的NO2被吸附后，经处理能全部转化为HNO3。原理示意图如下。

已知：2NO2(g)

N2O4(g)

ΔH＜0下列说法不正确的是(

)A.温度升高时不利于NO2吸附B.多孔材料“固定”N2O4，促进2NO2

N2O4平衡正向移动C.转化为HNO3的反应是2N2O4+O2+2H2O

4HNO3D.每获得0.4molHNO3时，转移电子的数目为6.02×1022

D

1.近年来，我国很多地区雾霾频发，严重时某些地方PM2.5指数濒临“爆表”。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的细小颗粒物，也称为可入肺颗粒物。下列有关说法中，不正确的是(

)A.雾霾的形成与汽车尾气排放有一定的关系B.霾的核心物质是悬浮在空气中的烟、灰尘等物质C.PM2.5表面积大，能吸附大量的有毒和有害物质D.直径为2.5微米的细小颗粒物与空气形成的分散系属于胶体

D2.(2022·广东汕头金山中学期中)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如图所示)。下列叙述错误的是(

)

A.雾和霾的分散剂相同B.雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵C.NH3是形成无机颗粒物的催化剂D.大气中的氨与过度施用氮肥有关

C3.汽车尾气中的氮氧化合物NOx与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾霾。有关该雾霾的叙述错误的是(

)A.NO、NO2最终均可转化为HNO3B.反应②是非氧化还原反应C.NH3是形成该雾霾的催化剂D.NH3可能来自过度施用氮肥

C

【解析】五氧化二氮和硝酸中的氮的化合价相同，所以反应②是非氧化还原反应，B正确；由图示可知氨气参与反应生成铵盐，为反应物，不是催化剂，C错误；NH3可能来自过度施用氮肥，铵盐不稳定易分解产生氨气，D正确。

请回答下列问题：(1)试样溶液加入过量NaOH溶液后生成沉淀1的化学式是________，生成气体1的离子方程式为

，检验该气体的方法是____________________________________________

。

(2)根据实验结果，推测出雾霾中一定含有的离子有

。

Mg(OH)2

将湿润的红色石蕊试纸粘在玻璃棒上，靠近集气瓶口，若试纸变蓝，则说明该气体为氨气

D

真题体验领悟高考31.(2022·广东卷)广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是(

)

C2.(2023·广东卷)科教兴国，“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”。下列说法正确的是(

)A.“天舟六号”为中国空间站送去推进剂Xe气，Xe是第ⅠA族元素B.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FeOC.创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”，其原料中的2H与3H互为同位素D.“深地一号”为进军万米深度提供核心装备，制造钻头用的金刚石为金属晶体

C

【解析】化学符号Xe，原子序数54，在元素周期表中处于第5周期0族，A错误；赤铁矿的主要成分是Fe2O3，不是FeO，B错误；2H与3H具有相同的质子数，不同的中子数，互为同位素，C正确；金刚石是共价晶体，D错误。3.(2023·天津卷)《武备志》记载了古人提纯硫的方法：“先将硫打豆粒样碎块，每斤硫黄用麻油二斤，入锅烧滚，再下青柏叶半斤在油内，看柏枯黑色，捞去柏叶，然后入硫黄在滚油内。待油面上黄泡起至半锅，随取起，安在冷水盆内，倒去硫上黄油，净硫凝，一并在锅底内者是。”下列说法错误的是(

)A.“硫打豆粒样”是为了增大接触面积B.“下青柏叶”“看柏枯黑色”是为了指示油温C.“倒去硫上黄油”实现了固液分离D.流程用到了蒸馏原理

D

√

√

×

√

×

√

√

×

×

√配套训练4(本栏目对应配套训练P43~44)[A组·基础练习]1.(2023·福建五中一模)航天科技的发展与化学密切相关。2013年12月15日，“玉兔号”成为我国登陆月球的第一辆月球车。2023年10月26日，神舟十七号载人飞船成功发射，实现6名航天员太空会师。下列说法中错误的是(

)A.碳化硅(SiC)可用作宇宙飞船的耐热材料B.肼(N2H4)可作火箭燃料，可用NO2作氧化剂C.二氧化硅可用作航天器太阳能电池板的材料D.电解水产生氧气是宇航员供氧的主要来源

C

【解析】碳化硅为共价晶体，有非常高的熔沸点，是耐高温的好材料，A正确；在火箭发射时，肼和NO2剧烈反应产生大量气体并释放出大量的热，B正确；硅是半导体材料，可用作航天器太阳能电池板的材料，C错误；电解水产生氧气是宇航员供氧的主要来源，D正确。2.用于制造太阳能电池板的核心材料是(

)A.二氧化硅 B.硅C.钛合金

D.铝合金

B3.天问一号探测器上使用了重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是

(

)A.SiC是一种新型硅酸盐材料B.SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构C.SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接D.SiC具有优异的高温抗氧化性能

A4.(2022·浙江卷)某课题组设计了一种固定CO2的方法，如下图所示。下列说法不正确的是(

)A.反应原料中的原子100%转化为产物B.该过程在化合物X和I-催化下完成C.该过程仅涉及加成反应

C5.下列说法不正确的是(

)A.陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品B.硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料C.光导纤维的主要成分是晶体硅D.青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O

C

D7.(2023·广东中山第二中学阶段检测)用四种溶液进行实验，下表中“溶液”与“操作及现象”对应关系错误的是(

)选项溶液操作及现象A饱和Na2CO3溶液通入CO2，溶液变浑浊BNa2SiO3溶液通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊不消失CCa(ClO)2溶液通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去DBaCl2溶液通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊

D

C

[B组·提高练习]9.碳元素以多种形态存在于自然界中，其化合价与物质类别间的关系如下图所示。下列说法错误的是(

)

A.a存在多种同素异形体B.正常雨水的pH约为5.6，是因为含有dC.若e和f都是钙盐，热稳定性：f>eD.用同一氧化剂可实现a→b→c的转化

C10.(2023·广东湛江阶段检测)陶瓷是火与土的结晶，是中华民族文化的象征之一。(1)下列中学实验室常见用品中，材质为陶瓷的是

________(填字母)。

A.烧杯 B.集气瓶C.蒸发皿 D.坩埚钳(2)