【新人教版高中化学】必修一 第21讲　碳、硅　无机非金属材料

02考点20301考点1ContentNavigation内容导航真题体验·素养提升第21讲碳、硅无机非金属材料

［课标要求］

1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。2.结合实例认识碳、硅及其化合物性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。3.能借助国家关于安全生产、环境保护、食品安全、药物开发等方面的法律法规分析与化学有关的社会热点问题。碳、硅及其化合物考点1

碳(1)碳族元素碳、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________，主要化合价为____________。(2)碳单质①多种碳单质存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、富勒烯(C60)等，它们互为____________。ns2np2＋2价、＋4价同素异形体②金刚石、石墨、C60的物理性质项目金刚石石墨C60晶体类型共价晶体混合型晶体分子晶体物理性质熔点高，硬度大，不导电熔点高，硬度____，____导电熔点低，不导电主要用途制作钻石，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、医学领域小能硅(1)硅元素的存在自然界中硅元素仅有________，在地壳中含量仅次于____，主要以________和________的形式存在。(2)硅单质①常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟、氢氟酸、碱反应。反应的化学方程式分别为与F2：__________________________________________________；与HF：_________________________________________________；与NaOH：_______________________________________________。化合态氧氧化物硅酸盐Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑②在加热的条件下可以与氧气、氯气等反应。③粗硅的制取：____________________________________________。④硅单质的用途：a．良好的半导体材料；b．硅太阳能电池；c．计算机芯片。胶不H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O(3)制备由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl，Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3(证明酸性：H2CO3>H2SiO3)。(4)用途：硅胶可作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品的干燥剂。硅酸盐(1)概念：由________和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸盐的表示方法——常用氧化物的形式表示，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，钾长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。硅、氧(3)硅酸钠(Na2SiO3)——又称泡花碱①物理性质：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。②化学性质——与酸性比硅酸强的酸反应：a．与盐酸反应的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________。b．与CO2水溶液反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________________。③用途：黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料。水玻璃Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓①③⑦⑧⑨2．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)金刚石、石墨、C60都是碳的同素异形体。(

)提示同一种元素形成的不同单质属于同素异形体。(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。(

)提示常温下碳很稳定，很难与其他物质发生反应。√√(3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。(

)提示CO2不是形成酸雨的气体。(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。(

)提示Si用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维。(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。(

)提示常温下硅能与氢氟酸、氢氧化钠反应。×××√碳及其化合物的性质1．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>C76>C90C．球碳分子和管状碳分子都能与O2发生反应D．金刚石以非分子形式的粒子存在，属于共价晶体，C60、C76和管状碳分子以分子形式的粒子存在，属于分子晶体，这些碳单质互为同素异形体√解析金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，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项正确；分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，因此熔点：C60<C76<C90，B项错误；球碳分子和管状碳分子都是碳元素形成的不同单质，所以都能与O2发生反应，C项正确；金刚石属于共价晶体，不存在分子，C60、C76和管状碳分子都是分子晶体，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项正确。2．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，所以它们的化学性质相同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√硅及其化合物的性质3．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是(

)A．高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片B．硅可由二氧化硅还原制得C．低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅√解析硅作为半导体材料被广泛用于制作计算机芯片，A项正确；焦炭和二氧化硅在高温下反应制得粗硅，二氧化硅被还原，B项正确；低温时，硅与水、空气和酸不反应，但硅能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和氢气，C项正确；自然界中没有游离态的硅，即不存在大量的单质硅，D项错误。√√解析SiO2可用于制造光导纤维的原因是其导光性能好，与硬度无对应关系，A项错误；CaCO3高温分解生成CaO，CaO与SiO2在高温时反应生成CaSiO3，B项正确；硅太阳能电池工作时，利用半导体的光电效应，将光能转化为电能，与氧化还原反应无关，C项错误；SiO2不能与盐酸反应，D项错误。硅及其化合物的相互转化6．已知A是灰黑色的有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题：(1)写出B、C两物质的名称：B________，C________。(2)写出D―→B的化学方程式：_______________________________。硅酸钠硅酸SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(3)写出B―→C的离子方程式：_________________________________________________________。解析灰黑色有金属光泽的固体单质A能与O2反应，能与NaOH溶液反应，且A由氧化物D与碳在高温下制得，故A为Si，依据各物质间的转化关系进而推知B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。无机非金属材料考点2传统无机非金属材料组成硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅硅酸盐用途重要的建筑材料制化学实验用的玻璃仪器、窗玻璃等在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛新型无机非金属材料(1)高温结构陶瓷：如BN、Si3N4、SiC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、医药等领域有着广阔的应用前景。(3)特殊功能的含硅材料①碳化硅为共价晶体，具有金刚石结构，可用作磨料。②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。硅酸盐写成氧化物形式的顺序：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。如：石棉(CaMg3Si4O12)用氧化物的形式表示为CaO·3MgO·4SiO2。1．下列说法中正确的是________。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②③⑤2．生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是________，石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化学式)。3．复杂硅酸盐通常用氧化物形式表示，则NaAlSi3O8用氧化物形式表示为________________。石灰石SiO2Na2O·Al2O3·6SiO24．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)工业生产水泥和玻璃均用到石灰石。(

)提示水泥的原料为黏土、石灰石，玻璃的原料为石灰石、石英砂、纯碱。(2)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。(

)提示玻璃为非晶体，没有固定的熔点。√×(4)沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。(

)提示水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅。(5)传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。(

)提示沙子的主要成分为SiO2。×(3)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品。(

)××传统无机非金属材料的分类和应用1．“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，描绘了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、石灰石和石英砂C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．陶瓷的烧制过程为物理变化√解析陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制普通玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误。2．“琴棋书画”被誉为中国四大古老的文化艺术，常用来表示个人的文化素养。下列“琴棋书画”实物中，主要由无机非金属材料制成的是(

)√解析蚕丝和猪鬃的主要成分都是蛋白质，A、C两项错误；釉瓷棋子为陶瓷制品，主要成分是硅酸盐，B项正确；宣纸的主要成分是纤维素，D项错误。新型无机非金属材料的分类和应用3．(2026·天津联考)下列关于无机非金属材料的说法不正确的是(

)A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损等优点D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同√解析新型无机非金属材料如石墨烯等，具有很高的强度，B项错误。解析石墨烯是碳的单质，A项错误；氧化石墨烯中含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C两项错误；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项正确。4．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．石墨烯是一种新型的化合物

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√真题体验·素养提升√√××(5)(2024·浙江6月选考)制作水果罐头时加入抗氧化剂维生素C，可延长保质期。(

)(6)(2024·浙江6月选考)石墨呈层状结构，层间以范德华力结合，因此石墨可用作润滑剂。(

)(7)(2024·广东)制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料。(

)(8)(2024·广东)基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiC。(

)√√√×2．(2024·江西)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√解析青蓝色是由于生成了氧化钴，陶瓷烧制过程中不会生成金属单质，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；青花瓷呈现青蓝色，Fe2O3呈红棕色，青蓝色彩瓷不会含有Fe2O3，D项错误。3．(2024·吉林)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√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，A项符合题意。4．(2023·广东)“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(

)√解析九霄环佩木古琴主要是由木材、动物筋制得，A项错误；裴李岗