碳硅及其化合物无机非金属材料（原卷版）-2023年高考化学复习

备战2023年高考化学【一轮・夯实基础】复习精讲精练

第24讲碳、硅及其化合物、无机非金属材料

【复习目标】

1.掌握c、Si单质及其重要化合物的制备方法、性质和用途。

2.掌握传统无机非金属材料的组成、性能及用途。

3.掌握新型无机非金属材料的性能及用途。

【知识精讲】

考点一碳及其重要化合物

碳原子的最外电子层有4个电子，原子结构示意图为其原子既不易失去电子，也不易得到电

子，主要形成四价的化合物。

碳是构成有机物的主要元素，在自然界中碳元素既有游离态，又有化合态。

1.碳单质

(1)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。

I-碳原子的排列方式：

正四面体的空间网状结构

物理性质：

匚熔点邕,硬度大，不导电

L碳原子的排列方式：层状

结构，每层为正六边形的

平面网状结构一

(2)石墨

物理性质:熔点高，硬度小,

L鳗电

「碳原子的排列方式:“足球”

状分子，由正五边形和正六

Zq\足球-边形排列而成~

⑻烯（CQ

-物理性质：不导电

用途：金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯。

（2）主要化学性质——还原性

可燃性2C+O2（不足）^^2CO、C+O2（足量）^^CO2

CO2：C+CO2=^^2CO

A

CuO：2CuO+C=2Cu+CO2T（冶炼金属）；

与氧化物反应

SiO2：SiCh+2C型巴Si+2cOf（制取粗硅）；

H20：C+H2O（g）型堡C0+H2（制取水煤气）

A

浓H2so4：C+2H2so4（浓）=CO2T+2SO2T+2H2。；

与强氧化性酸反应

A

浓HNO3：C+4HNC>3（浓）=CO2T+4NO2T+2H2。

2.碳的氧化物（CO、CO2）的比较

COC02

无色无味气体、密度比空气小、难无色无味气体、密度比空气大、可

物理性质

溶于水溶于水（溶解度小）

毒性有毒（易结合血红蛋白）无毒（温室效应）

可燃性（蓝色火焰）、还原氧化

还原性无（灭火）

铁

①与炽热炭反应：

化学

C+CO2图逞2co

性质

氧化性一

②Mg在C02中燃烧：

占燃

2Mg+CO2^^2MgO+C

与水反应——

CO2+H2OH2CO3

；

与碱反应（澄Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H20

一

清石灰水）

(检验C02)

灭火、制汽水、植物肥料、化工

用途用作燃料、冶炼金属

原料等

【拓展】检验CO2中是否存在co的装置及作用

清

澄

灰

石

水

各装置的作用是：

A——除去混合气体中的CO2

B——检验混合气体中C02是否除尽

C——干燥气体

△

D——CO还原CuO：CO+CuO=Cu+CO2

E——安全瓶，防倒吸

F——验证CO的氧化产物CO2

G—除去尾气中的CO,防止污染环境

确定混合气体中含有CO的实验现象是：

D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。

【例题1】通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品（如图所示），是一种较为理想的减

排方式，下列说法中正确的是（）

A.CCh经催化分解为C、CO、O2的反应为放热反应

B.除去Na2c。3固体中少量NaHCCh可用热分解的方法

C.过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理相同

D.由CCh和H2合成甲醇，原子利用率达100%

【例题2】(2022•安徽省淮北模拟)有以下六种饱和溶液①CaCH②Ca(OH)2；@Na2SiO3；@Na2CO3；⑤NaAQ;

⑥NH3和NaCl。分别持续通入CO2，最终不会得到沉淀或析出晶体的是()

A.①②B.③⑤

C.①⑥D.④⑥

3.碳酸(H2cCh)

弱酸、不稳定，碳酸(H2co3)只能在水中存在。H2c。3在水中与CO2共存，因此常把CO2+H2O当碳酸

用。

4.碳酸的正盐和酸式盐的比较

正盐(CO歹)酸式盐(HCO,)

溶解性只有钾、钠、钱盐可溶一般都可溶

一般而言，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度

；

溶解度Ca(HCO3)2>CaCO3

可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度Na2CO3>NaHCO3

热稳定性正盐〉酸式盐>碳酸

溶液pH同温度、同浓度：正盐〉酸式盐

@CO2+H2O；②H+

corOH-HCO?

相互转化

碳酸的酸式盐加适量强碱或固体加热就生成碳酸的正盐；向碳酸的正盐的水溶

液通入co2可转化成酸式盐。

考点二硅无机非金属材料

1.硅及其化合物

硅元素在自然界中主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。

（1）单质硅

①晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔、沸点很高、硬度大，导电

能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

②硅与强碱溶液生成氢气（特征反应）：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2to

③硅的工业制法：

制备粗硅：SiO2+2C^^Si+2C0f0

当碳过量时，继续反应生成SiC：3C+SiCh（少量）奠超SiC+2cOf（SiC的结构和性能与金刚石相似，属

于共价晶体）。

粗硅的提纯：

300℃

Si+3HC1==SiHCh+H2

11oo℃

SiHCl3+H,Si+3HC1

（2）Si（）2的性质

①晶体类型：共价晶体。

②酸性氧化物：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2Oo

③高温下，Na2cCh与SiO2反应制玻璃：

Na2cCh+SiO2=^^Na2SiO3+CChf、

CaCO3+SiO2=BB=CaSiO3+CO2T。

④与氢氟酸反应（特殊）：SiO2+4HF=SiF4T+2H2O。

【例题3】高纯度晶体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：

①C②HC1③过量上

Si°2高温,Si（粗）3UUCSHCI3I（J（JO〜11。。C§（纯）

下列说法不正确的是（）

A.步骤①的化学方程式为SiC）2+2C里逞Si+2cOf

B.步骤①②③中每生成或反应1molSi,转移4mol电子

C.硅和二氧化硅能与氢氟酸反应

D.SiHCb（沸点为33.0℃）中含有少量的SiCL（沸点为67.6℃）,通过蒸储（或分储）可提纯SiHCh

【例题4】由下列实验事实得出的结论正确的是（）

A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiC>3的酸酎

B.由SiC）2+2C属遇Si+2coT，可知碳的非金属性强于硅

C.CO2通入NazSiCh溶液产生白色沉淀，可知酸性H2cO3>H2SiC）3

D.SiCh可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiCh为两性氧化物

【例题5】晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：

300°C

①粗硅与干燥的HC1气体反应制得SiHCb：Si（fi）+3HC1==SiHCl3+H2；

②经过纯化的SiHCb与过量H2在1000—1100℃下反应制得纯硅。

回答相关问题：

（1）粗硅与HC1气体反应完全后，经冷凝得到SiHCb（沸点为36.5℃）,只含有少量SiCl“沸点为57.6℃）和

HC1(沸点为一84.7℃),提纯SiHCl3的方法为-

(2)用SiHCb与过量也反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去):

①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是

②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是o

(3)硅酸

①硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。

一△

②硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3^Si02+H20o

③硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H,00

④硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。

⑤实验室制法：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3；o

(4)硅酸钠(NazSiCh)

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②它能与酸性较硅酸强的酸反应，如与CO2水溶液反应：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3i+Na2CO3o

③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

(5)硅酸盐的组成

硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，例如：硅

酸钠(NazSiCh)：Na2O-SiO2,长石(KAlSisOs)：K2OAl2O3-6SiO2o硅酸钠的水溶液俗称水玻璃。

①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物一较活泼金属氧化物一二氧化硅一水，不同氧化物间以“，'隔开。

②各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。

如硅酸钠(NazSiCh)可表示为Na2OSiO2,长石(KAlSisOs)可表示为K2OAl2O3-6SiO2o

【例题6】水玻璃(NazSiCh的水溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如

图是用灰(SiCh：65%〜70%、C：30%〜35%)制取水玻璃的工艺流程：

下列说法正确的是()

A.原材料灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值

B.操作A与操作B完全相同

C.该流程中硅元素的化合价发生了改变

D.反应器中发生的复分解反应为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

2.无机非金属材料

(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

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陶瓷窑

①水泥

普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煨烧，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。

②玻璃

普通玻璃的主要成分为NazSiCh、CaSiCh和SiCh，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，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陶瓷

陶瓷以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。

④特殊功能的含硅物质

（1）碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。

（2）含硅元素4%的硅钢具有导磁性。

（3）硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。

（2）新型无机非金属材料

①以硅为主体的硅芯片、硅太阳能电池。

②以二氧化硅为主体的光导纤维。

③新型陶瓷：新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很

多新的特性和功能。

高温结构陶瓷（碳化硅、氮化硅）；压电陶瓷（钛酸盐和错酸盐）；透明陶瓷（氧化铝、氧化钻、氮化铝、氟

化钙）；超导陶瓷等。

材料类型主要特性示例用途

火箭发动机的尾管及

高温结构耐高温、抗氧化、耐磨碳化硅、氮化硅与某些

燃烧室、汽车发动

陶瓷蚀金属氧化物等烧结而成

机、高温电极材料等

实现机械能与电能的相滤波器、扬声器、声

压电陶瓷钛酸盐、错酸盐

互转化纳探伤器、点火器等

优异的光学性能，耐高氧化铝、氧化铝、氮化高压钠灯、激光器、

透明陶瓷

温，绝缘性好铝、氟化钙高温探测窗等

超导陶瓷

在某一临界温度下电阻可用于电力、交通、

为零医疗等领域

④碳纳米材料：一类新型的无机非金属材料，包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药

等领域有广阔的应用前景。

结构特点应用

由碳原子构成的一系列笼形分子的总代表物C60开启了碳纳米材料研究和

富勒烯

称应用的新时代

由石墨片层卷成的管状物，具有纳米

碳纳米管用于生产复合材料、电池和传感器

尺度的直径

应用于光电器件、超级电容器、电池

石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨

和复合材料等方面

3.常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料

无机非金属材料金属材料复合材料

生产生活中的复合材料（玻璃

钢：玻璃纤维增强树脂基复

传统无机非金属材料和新型

合材料、碳纤维：碳纤维增

无机非金属材料（高温结构陶黑色金属材料（钢铁）；有色

强树脂基复合材料）；航空航

瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、金属材料（金、银、铜及其合

天中的复合材料（飞机、火

光导纤维、富勒烯、碳纳米金）

箭：纤维增强金属基复合材

管、石墨烯）

料；航天飞机：纤维增强陶

瓷基复合材料）

【例题7】青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为

Na2Fe5Si8O22（OH）2o青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO,下列说法不正确的是（）

A.青石棉是一种硅酸盐产品

B.青石棉中含有一定量的石英晶体

C.青石棉的化学组成可表示为Na2O-3FeOFe2O3-8SiO2H2O

D.1mol青石棉能还原1molHNO3

【例题8】（2022•康定教学质量检查）“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘

我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是（）

A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品

B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英

C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高

D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐

【例题9】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:

结构示意图结构示意图

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

【真题演练】

1.（2022・辽宁•高考真题）北京冬奥会备受世界瞩目。下列说法错误的是（）

A.冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料

B.火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料

C.冬奥会“同心”金属奖牌属于合金材料

D.短道速滑服使用的超高分子量聚乙烯属于有机高分子材料

2.（2022・河北・高考真题）定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是（）

A.传统陶瓷是典型的绝缘材料B.陶瓷主要成分为Si。?和Mg。

C.陶瓷烧制的过程为物理变化D.白瓷的白色是因铁含量较高

3.(2022・河北・高考真题)化学是材料科学的基础。下列说法错误的是()

A.制造5G芯片的氮化铝晶圆属于无机非金属材料

B.制造阻燃或防火线缆的橡胶不能由加聚反应合成

C.制造特种防护服的芳纶纤维属于有机高分子材料

D.可降解聚乳酸塑料的推广应用可减少“白色污染”

4.(2022・湖南.高考真题)下列说法错误的是()

A.氢键，离子键和共价键都属于化学键

B.化学家门捷列夫编制了第一张元素周期表

C.药剂师和营养师必须具备化学相关专业知识

D.石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一

5.(2022・广东.高考真题)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()

文物

选项A.南宋鎏金饰品B.蒜头纹银盒C.广彩瓷咖啡杯

A.AB.BC.CD.D

6.(2022・浙江•高考真题)尖晶石矿的主要成分为MgAlzON含Si。?杂质)。已知：

MgAl2O4(S)+4C12(g)=MgCl2(s)+2A1C13(g)+2O2(g)AH>0o该反应难以发生，但采用“加炭氯化法”可以制

备MgCU和A1C13,同时还可得到副产物Sic,(SiCL沸点为58℃,AlCl,在180℃升华)：

高温

MgAl2O4(S)+4C(S)+4C12(g)—MgCl2(S)+2A1C13(g)+4CO(g)o下列说法不正聊的是()

A.制备时要保持无水环境

B.输送气态产物的管道温度要保持在180C以上

C.氯化时加炭，既增大了反应的趋势，又为氯化提供了能量

D.为避免产生大量CO?,反应过程中需保持炭过量

7.（2021•福建・高考真题）建盏是久负盛名的陶瓷茶器，承载着福建历史悠久的茶文化。关于建盏，下列

说法埼误的是（）

A.高温烧结过程包含复杂的化学变化B.具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点

C.制作所用的黏土原料是人工合成的D,属硅酸盐产品，含有多种金属元素

8.（2021・辽宁・高考真题）下列说法错误的是（）

A.纯铁比生铁易生锈B.臭氧可用于自来水消毒

C.酚醛树脂可用作绝缘、隔热材料D.高纯硅可用于制芯片

9.（2021・广东・高考真题）化学创造美好生活。下列生产活动中，没有运用相应化学原理的是（）

选项生产活动化学原理

A用聚乙烯塑料制作食品保鲜膜聚乙烯燃烧生成82和也。

B利用海水制取漠和镁单质可被氧化、Mg。*可被还原

C利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品氢氟酸可与Si。?反应

D公园的钢铁护栏涂刷多彩防锈漆钢铁与潮湿空气隔绝可防止腐蚀

A.AB.BC.CD.D

10.（2021.广东.高考真题）今年五一假期，人文考古游持续成为热点。很多珍贵文物都记载着中华文明的

灿烂成就，具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列国宝级文物主要由合金材料制成的是（）

选项ABCD

文物出

一■

W

名称铸客大铜鼎河姆渡出土陶灶兽首玛瑙杯角形玉杯

A.AB.BC.CD.D

11.（2020・天津•高考真题）下列实验仪器或装置的选择正确的是（）

[——>

zWx

F/

饱和N：CI溶液

水L

酉己制SO.OOmLO.lOOOmol.L1

除去Cb中的HC1蒸储用冷凝管盛装Na2SiO3溶液的试剂瓶

Na2cO3溶液

ABcD

A.AB.BC.CD.D

12.（2020.浙江•高考真题）CasSiOs是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是（

A.可发生反应：Ca3SiO5+4NH4Cl^CaSiO3+2CaCl2+4NH3T+2H2O

B.具有吸水性，需要密封保存

C.能与SO?,反应生成新盐

D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为Si。？

13.（2020•浙江•高考真题）下列说法不正确的是（）

A.二氧化硅导电能力强，可用于制造光导纤维

B.石灰石在高温下可用于消除燃煤烟气中的SO?

C.钠着火不能用泡沫灭火器灭火

D.利用催化剂可减少汽车尾气中有害气体的排放

【课后精练】

第I卷（选择题）

1.（2022・全国•高三专题练习）陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡，下列说法错误的是

A.陶瓷、玻璃和水泥均属于无机非金属材料

B.陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为FezCh

C.高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能

D.陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成

2.（2022・湖南•常德市一中模拟预测）化学与人类生活密切相关，下列说法正确的是（）

A.单质Si用于制作光导纤维和光电池

B.常温下，浓硫酸可以用铁槽车运输

C.SO2的漂白没有涉及到化学变化

D.日常生产生活中钢铁的腐蚀主要原因是化学腐蚀

3.（2022•江西江西•模拟预测）传统文化是中华文明的瑰宝。下列传统文化从化学视角解读错误的是

（）

选项传统文化摘录从化学视角解读

苏轼的《格物粗谈》中记载：“红柿摘下

文中的，，气，，能漂白酸性高锌酸钾溶

A未熟，每篮用木瓜三枚放入，得气即发，

液或澳水

并无涩味”

B西晋•刘琨:“何意百炼钢，化为绕指柔”工业炼铁发生了氧化还原反应

《本草纲目》记载：“慈石治肾家诸病，

C而通耳明目”“慈石，石上皴涩，可吸连针“慈石”的主要成分是四氧化三铁

铁”

唐•刘禹锡的诗中“千淘万漉虽辛苦，吹尽

D“沙”的主要成分能与氢氟酸反应

狂沙始到金”

A.AB.BC.CD.D

4.（2022.湖北.天门市教育科学研究院模拟预测）如图是某元素常见物质的“价一类”二维图，f为钠盐。下

列说法不正确的是（）

氢G氧

类别

物质

化质化酸盐

物物

还原

也可被

化，

被氧

既可

物质a

A.

系

化关

的转

^一！

-d一

a―b

存在

B.可

少量c

有的

中混

除去d

化铜

的氧

灼热

通过

C.可

2产生

有C0

定没

酸，一

稀盐

少量

加入

液中

量f溶

向足

D.

是利

指的

名，

究组命

阳光研

院液态

国科学

”由中

态阳光

）“液

预测

模拟

究院

学研

育科

市教

.天门

湖北

022・

5.（2