2026《金版教程》高考复习方案化学创新版-第4讲 碳、硅及无机非金属材料

0第五章

非金属及其重要化合物第4讲

碳、硅及无机非金属材料1.通过实验探究，了解C、Si单质及其重要化合物的制备方法和主要性质，认识这些物质在生产生活中的应用。2.结合实例认识无机非金属材料的性能及用途。考点一01课时作业04目录CONTENTS考点二02真题演练03考点一碳、硅及其氧化物碳原子的排列方式：___________的空间网状结构物理性质：熔点_____，硬度______，不导电一、碳及其氧化物1．常见的三种碳单质(1)金刚石正四面体高大碳原子的排列方式：层状结构，每层为____________的平面网状结构物理性质：熔点______，硬度______，______导电(2)石墨(3)足球烯(C60)正六边形碳原子的排列方式：“足球”状分子，由正五边形和正六边形排列而成物理性质：不导电高小能无无难无无有血红蛋白无Ca(OH)2＋CO2二、硅及其氧化物1．硅的结构与制备硅酸盐氧化物Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑3.二氧化硅的性质高名师点拨SiO2不是两性氧化物而是酸性氧化物，但不与水反应。大Na2SiO3＋H2OCaSiO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O光导纤维判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(1)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。()错因：______________________________________________________________(2)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失。()错因：______________________________________________________________(3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。()错因：______________________________________________________________×同素异形体之间的转化，化合价不变，不是氧化还原反应。×由于盐酸的酸性比碳酸强，CO2与CaCl2溶液不反应。×pH<5.6的雨水才是酸雨，CO2不能形成酸雨。错因：______________________________________________________________(5)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(如NaOH)，不溶于任何酸。()错因：______________________________________________________________(6)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。()错因：______________________________________________________________×在高温条件下生成CO而不是CO2。×SiO2能与氢氟酸反应。×Si不能用于制造光导纤维。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、储氢材料题组一认知与探究碳及其氧化物的性质1．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是(

)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．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，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2．利用以下装置制备、纯化CO，并探究CO和Na2O2的反应(CO＋Na2O2===Na2CO3)。下列说法正确的是(

)A．装置b中的试剂可选用无水CaCl2B．装置d中的试剂可选用NaOH溶液C．实验开始时，依次点燃a、c处酒精灯D．加热一段时间后，硬质玻璃管中粉末由白色变为淡黄色解析：浓硫酸有强氧化性，故甲酸与浓硫酸反应还可能产生CO2、SO2，则b中应盛放碱石灰，A错误；CO与NaOH溶液不反应，故B错误；先点燃a处酒精灯，利用产生的CO排除装置中的空气，再点燃c处酒精灯，C正确；Na2O2生成Na2CO3，粉末由淡黄色变为白色，D错误。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元素的非金属性比Si强，A错误；二氧化硅是由硅原子和氧原子构成的，不存在分子，因此石英晶体中不存在SiO2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．(2025·福建名校联盟高三联考)下列关于二氧化硅的说法正确的是(

)A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24L气体(标准状况)时，得到2.8g硅考点二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1．硅酸的性质难弱H2SiO3↓＋Na2CO3Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl名师点拨硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶，硅胶是一种很好的无毒干燥剂。2．硅酸钠(1)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______性。(2)与酸性比硅酸强的酸反应①与盐酸反应的化学方程式：____________________________________。②与CO2水溶液反应的化学方程式：___________________________________。(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。水玻璃碱Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓水泥玻璃陶瓷原料_______________________________________________主要成分硅酸二钙(2CaO·SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)______________________硅酸盐、铝硅酸盐3．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料石灰石、黏土石灰石、纯碱、石英砂黏土Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

(2)新型无机非金属材料材料类型主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨骼、人造关节、接骨螺钉等名师点拨水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料；碳化硅、氮化硅等是新型无机非金属材料。判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(1)氮化硅陶瓷、超导陶瓷、透明陶瓷是新型无机非金属材料。()(2)合成纤维与光导纤维都是新型无机非金属材料。()错因：______________________________________________________________(3)生产陶瓷的原料主要是纯碱、石灰石和二氧化硅。()错因：______________________________________________________________×√合成纤维是有机物。×生产陶瓷的原料主要是黏土。(4)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中。()错因：______________________________________________________________(5)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐。()错因：______________________________________________________________×Na2SiO3具有黏性。×新型无机非金属材料组成不限于硅酸盐，如新型陶瓷碳化硅。题组一宏观识别硅酸盐1．水玻璃(Na2SiO3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。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：下列说法正确的是(

)A．原材料稻壳灰价格低廉，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改变D．反应器中发生的反应为氧化还原反应2．中国科学院空天信息创新研究院根据玉兔二号提供的一个暗绿色闪光的“石块”信息进行分析，发现石块主要由约45%的斜长石(CaAl2Si2O8)、7%的辉石XYAl2－2nSi2O6(X、Y为单核离子，0<n≤1)和6%的橄榄石(M2SiO4，M为Mg、Fe)组成。下列关于上述“三石”的说法正确的是(

)A．含硅元素，属于硅酸盐；含金属元素，属于金属材料B．斜长石可以写为CaSiO3·Al2(SiO3)3的形式C．橄榄石的氧化物形式一定为MgO·FeO·SiO2D．若辉石中n＝1、Y为V3＋时，X可以是Na＋或Li＋等规律方法

硅酸盐组成的表示方法通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：(1)氧化物的书写顺序：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。(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(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2

，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。题组二推理与认知无机非金属材料3．近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于碳纳米管说法不正确的是(

)A．碳纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性B．碳纳米管拥有极高的熔点C．碳纳米管是一种新型有机纳米材料D．碳纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成解析：碳纳米管只由碳原子构成，属于单质，不是有机化合物，故C错误。4．(2025·商洛市山阳中学高三质量检测)中国高铁被誉为中国新“四大发明”之一，它对实现“一带一路”的构想有重要的作用。(1)建设高铁轨道需要大量的水泥，生产水泥的主要原材料是黏土和________。(2)高铁车厢的大部分材料是铝合金，是利用了铝合金材料_________________________________(填2种)等优点。(3)高铁上安装有许多玻璃，氢氟酸可以处理玻璃表面的微裂纹，氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应的化学方程式为__________________________________。石灰石强度大、质量轻、耐腐蚀(任写两种)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O反思归纳(1)用作半导体材料的是晶体硅，用于制作光导纤维的是SiO2，计算机芯片的成分是晶体硅。(2)水晶、石英、玛瑙、硅石的主要成分是SiO2。(3)晶体硅、晶体二氧化硅、新型陶瓷(如SiC、压电陶瓷、超导陶瓷)、碳纳米材料等均为新型无机非金属材料。真题演练1．(2024·浙江6月选考)Si5Cl10中的Si原子均通过sp3杂化轨道成键，与NaOH溶液反应Si元素均转化成Na2SiO3。下列说法不正确的是(

)A．Si5Cl10分子结构可能是B．Si5Cl10与水反应可生成一种强酸C．Si5Cl10与NaOH溶液反应会产生H2D．Si5Cl10沸点低于相同结构的Si5Br10A.九霄环佩木古琴B.裴李岗文化骨笛C.商朝后期陶埙D.曾侯乙青铜编钟2．(2023·广东卷)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是(

)解析：在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成空间网状结构，因此，平均每个Si形成2个共价键，1molSi含Si—Si键的数目约为2×6.02×1023，B错误。4．(2022·河北高考)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SiO2和MgOC．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5．(2021·福建高考)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，下列说法错误的是(

)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，含有多种金属元素解析：制备陶瓷的原料是黏土，黏土是天然存在的，不是人工合成的，C错误。

课时作业[建议用时：40分钟]一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．(2025·杭州市高三年级教学质量检测)材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列属于新型无机非金属材料的是(

)A．水泥

B．碳化硅C．橡胶

D．塑料2．下列说法不正确的是(

)A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C．硅是良好的半导体材料，可以制成光导纤维D．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N43．(2025·南京市高三年级学情调研)第19届亚运会秉持“绿色、智能、节俭、文明”的办会理念。下列说法不正确的是(

)A．会场“莲花碗”(如图)采取自然采光方式有利于实现“碳中和”B．火炬“薪火”使用的1070铝合金具有硬度高、耐高温的特点C．吉祥物“江南忆”机器人所采用芯片的主要成分为二氧化硅D．特许商品“亚运莲花尊”的艺术载体青瓷属于无机非金属材料5．我国正面临巨大的CO2减排压力。燃煤电厂是CO2的主要排放源，直接从燃煤烟气中捕获CO2是缓解CO2排放危机最有效的手段。一种钙基吸收剂(主要成分为CaO)循环捕集烟气中CO2的过程如图所示，下列说法中错误的是(

)A．碳酸化反应器中发生了化合反应，且为放热反应B．生成的CaCO3附着在钙基吸收剂表面会堵塞孔隙，导致其捕集性能下降C．1molCO2中含有16NA个电子D．封存的CO2可以转化为甲醇等产品6．下列关于硅元素及其化合物的说法正确的是(

)①在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，因此硅酸盐材料大多具有硬度大、熔点高、难溶于水等特点②现代建筑物大量使用的沙子和水泥都是硅酸盐材料③水晶项链和石英玻璃都是硅酸盐材料④陶瓷是具有悠久历史的硅酸盐材料⑤硅单质是灰黑色有金属光泽的固体⑥硅单质是良好的导体材料A．①④⑤ B．②③⑥C．①②⑤ D．③④⑥解析：①在硅酸盐中，硅和氧构成了硅氧四面体结构，结构稳定牢固，因此硅酸盐材料大多具有硬度大、熔点高、难溶于水等特点，正确；②沙子的主要成分为SiO2，不是硅酸盐，错误；③水晶和石英的主要成分为SiO2，不是硅酸盐，错误；④陶瓷是传统的硅酸盐材料之一，正确；⑤硅单质是灰黑色有金属光泽的固体，正确；⑥硅单质是良好的半导体材料，错误。故选A。

7．(2025·长春市高三质量监测)新材料的发明与制造推动着人类社会的进步和发展。下列说法错误的是(

)A．电阻率低、热导率高的石墨烯可用于制作超级导电材料B．制作航天服的聚酯纤维属于新型无机非金属材料C．4nm芯片即将上市，芯片的主要成分是高纯硅D．“蛟龙号”深潜器外壳使用的特种钛合金硬度高、耐高压、耐腐蚀解析：制作航天服的聚酯纤维属于有机合成高分子材料，B错误。

8．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