第21讲　无机非金属材料、化学与可持续发展

第21讲无机非金属材料、化学与可持续发展

CONTENTS考点一无机非金属材料考点二化学品的合理使用考点三环境保护与绿色化学真题演练课时跟踪检测考教衔接2粗硅的制备与提纯考点一无机非金属材料复习目标1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解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。

必备知识

1.

传统硅酸盐材料（1）比较水泥玻璃陶瓷生产原料

⁠

⁠

⁠主要设备

⁠

⁠陶瓷窑主要成分硅酸盐Na2SiO3、CaSiO3、SiO2含水的铝

硅酸盐生产条件高温石灰石、黏土纯碱、石灰石和石英砂黏土水泥回转窑玻璃窑（2）玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑；

CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑。2.

新型无机非金属材料（1）硅单质（2）二氧化硅（3）新型陶瓷材料类型主要特性示例用途高温结构陶瓷耐高温、抗氧化、耐磨蚀碳化硅、氮化硅

或某些金属氧化

物等烧结而成可用于火箭发动机、汽车

发动机、高温电极材料等压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化钛酸盐、锆酸盐可用于滤波器、扬声器、

超声波探伤器、点火器等材料类型主要特性示例用途透明陶瓷优异的光学性能，耐高温，绝缘性好氧化铝、氧化

钇、氮化铝、氟

化钙可用于高压钠灯、激光

器、高温探测窗等超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零—可用于电力、交通、医疗

等领域（4）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、医药等领域有广阔的应用前景。（5）特殊功能的含硅材料①碳化硅共价晶体，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。

易错辨析（1）NaOH溶液、Na2CO3溶液不能用玻璃瓶盛放。

（

×

）（2）晶体Si的熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。

（

×

）（3）Si是半导体材料，可用作太阳能电池。

（

√

）（4）SiO2与NaOH溶液、氢氟酸都可反应，所以SiO2是两性氧化物。

（

×

）（5）碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作。

（

√

）（6）压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。

（

√

）××√×√√

关键能力

考向1传统无机非金属材料1.

下列叙述正确的是（

）A.

水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙、分子筛都属于硅酸盐工业产品B.

普通玻璃的主要成分为纯碱、石灰石、石英砂C.

“古方言云母粗服，则著人肝肺不可去”中云母的主要成分为铝硅酸盐D.

“良渚古城遗址”出土的良渚陶器制作原料是石灰石、纯碱和二氧化硅√解析：

水晶、玛瑙的主要成分为SiO2，不是硅酸盐，A错误；制造

玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英砂，普通玻璃的主要成分为

Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，B错误；陶瓷的传统概念是指以黏土等无机

非金属矿物为原材料，经过高温烧制而成的产品，所以良渚陶器的主

要原料是黏土，D错误。2.

（2025·南昌外国语学校月考）江西陶瓷历史源远流长，既是万年陶器

创烧地，又是千年瓷都所在地。下列有关陶瓷说法错误的是（

）A.

陶瓷烧制的过程为物理变化B.

陶瓷属于无机非金属材料C.

陶瓷稳定性较强且耐腐蚀D.

传统陶瓷可用作绝缘材料解析：

陶瓷烧制的过程涉及燃烧及瓷器中新物质的生成，属于化学变

化，A错误。√考向2新型无机非金属材料3.

碳纳米管可看做多层石墨烯无缝卷曲而成的直径为10～20

nm的中空管

状结构。下列说法错误的是（

）A.

石墨烯和碳纳米管互为同素异形体B.

石墨烯中只存在非极性键C.

碳纳米管是一种胶体D.

石墨烯可用于制造超级电容器、电池等√解析：

同素异形体是同种元素组成的单质，石墨烯和碳纳米管互为同

素异形体，A正确；石墨烯中只存在碳碳键，属于非极性键，B正确；碳纳

米管是碳单质，为纯净物，不是胶体，C错误；石墨烯的电阻率低，热导

率高，具有很高的强度，可用于制造超级电容器、电池等，D正确。4.

近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型

无机非金属材料的叙述不正确的是（

）A.

氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其

化学式为Si3N4B.

航空航天太阳能电池翼所使用的“碳纤维”（由聚丙烯腈经碳化而成）

与金刚石互为同位素C.

碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承D.

富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金

属材料√解析：

同位素是同种元素的不同核素的互称，“碳纤维”与金刚石是

碳元素的不同单质，互为同素异形体，B错误。考点二化学品的合理使用

必备知识

1.

化肥的合理施用合理施用化

肥要考虑的

因素土壤酸碱性作物营养状况化肥本身的性质不合理施肥

的危害造成水体富营养化，产生

⁠等污染现象影响土壤的

⁠性和土壤结构水华

酸碱

2.

农药的合理施用简单分类

影响①破坏生态平衡；②造成土壤和作物的农药残留超标；③造成大气和水污染发展方向高效、低毒和低残留3.

合理用药（1）药物按来源分类：可分为天然药物与合成药物。（2）常见药物——阿司匹林①制备原理

＋

＋CH3COOH②功能及不适症状：阿司匹林的化学名称为

，具有

⁠

作用。乙酰水杨酸

解热

镇痛

4.

常见的食品添加剂类别功能品种着色剂改善食品色泽天然色素如红曲红等；合成色素如柠檬黄等增味剂增加食品鲜味味精等膨松剂使食品膨松或酥脆碳酸氢铵、碳酸氢钠凝固剂改善食品形态盐卤、葡萄糖酸-δ-内酯类别功能品种防腐剂防止食品腐败变质苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐抗氧化剂防止食品因氧化而变质抗坏血酸（维生素C）营养强化剂补充必要的营养成分碘酸钾、维生素、碳酸钙、硫酸亚铁、硫酸锌

易错辨析（1）（2023·海南高考）规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度，保持

食品营养价值。

（

√

）（2）虽然药物能治病，但大部分药物有毒副作用。

（

√

）（3）多食用增味剂和营养强化剂对人体的健康有益。

（

×

）（4）在食品包装袋里加一小包还原铁粉是为了防止食品被氧化。

（

√

）（5）亚硝酸钠是一种食品防腐剂，有一定毒性和氧化性，如误食，可服

用维生素C解毒。

（

√

）（6）（2023·全国甲卷）苯甲酸可作为食品防腐剂是由于其具有酸性。

（

×

）√√×√√×

关键能力

1.

下列关于施用化肥、农药的描述中正确的是（

）A.

高温多雨时比较适合施用钾肥B.

长期施用硫酸铵会造成土壤板结C.

石灰硫黄合剂必须与硫酸混合后才能施用D.

硝酸铵是一种高效氮肥，可直接施用解析：

高温多雨时施用化肥易使肥料分解损失或随雨水流失，A错误；

石灰硫黄合剂中加硫酸会因石灰、硫酸间发生化学反应而失去相应的功

效，C错误；硝酸铵受热或经撞击易发生爆炸，必须改性处理后才能施

用，D错误。√2.

药物是人类抵御疾病的重要武器之一。下列有关药物的说法不正确的是

（

）A.

“胃得乐”（主要成分为碳酸镁）是一种抗酸药B.

鸦片、吗啡、海洛因等这些物质属于毒品C.

青霉素能抑制细菌细胞壁的生长，致使细菌因细胞破裂而死亡D.

“阿司匹林”是一种重要的抗生素解析：

阿司匹林不是抗生素，是常用的解热、镇痛和消炎药。√3.

食品添加剂是指为改善食品的品质和色、香、味，以及防腐、保鲜和加

工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。下列说法错误的是

（

）A.

天然的食品添加剂多数对人体无害，人工合成的食品添加剂需控制用

量B.

碳酸氢钠、碳酸氢铵等可以做馒头、面包等食品的膨松剂C.

抗坏血酸（即维生素C）是水果罐头中常用的抗氧化剂D.

用盐卤和豆浆作用制取豆腐，是利用了蛋白质胶体的丁达尔效应解析：

胶体中加电解质溶液会发生聚沉，豆浆属于胶体，向豆浆中加

入盐卤可制作豆腐，利用了胶体聚沉的性质，D错误。√考点三环境保护与绿色化学

必备知识

1.

常见环境污染及主要危害2.

多角度全面理解绿色化学理念

关键能力

1.

“绿色化学”也称作环境友好化学，其核心思想就是改变“先污染后治

理”的观念和做法。下列实验或叙述中不符合“绿色化学”理念的是

（

）A.

用乙醇汽油代替普通汽油作汽车燃料B.

工业合成氨时，氨分离后剩余的气体再利用C.

制CuSO4时先将Cu氧化成CuO后再与稀硫酸反应D.

通过化学方法去治理排放到环境中的废气、废渣、废液解析：该做法为“先污染后治理”，不符合“绿色化学”理念，D错误。√2.

化学与人类生活、社会发展密切相关。下列说法不正确的是（

）A.

开发太阳能、水能、风能等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料有

利于节能减排、保护环境B.

聚乳酸等高分子材料在微生物的作用下可降解为小分子，为消除“白色

污染”带来了希望C.

燃煤时加生石灰，可减少温室气体产生D.

聚乙烯耐化学腐蚀，耐寒且无毒，可用于制作食品和药品的包装材料解析：

燃煤时加生石灰，可减少SO2产生，减少酸雨形成，但不能减少

CO2的产生，C错误。√考教衔接2粗硅的制备与提纯

（2025·云南高考7题）稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的

是（

）稻壳

纳米SiO2

MgO＋纳米Si

MgCl2＋纳米SiA.SiO2可与NaOH溶液反应B.

盐酸在该工艺中体现了还原性C.

高纯Si可用于制造硅太阳能电池D.

制备纳米Si：SiO2＋2Mg

Si＋2MgO√

高纯硅的制备工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98％左右的粗硅，再以

其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷（SiHCl3），再

经氢气还原得到高纯硅。其中涉及的主要化学反应为：

SiO2＋2C

Si＋2CO↑

Si＋3HCl

SiHCl3＋H2

SiHCl3＋H2

Si＋3HCl

拓展2：SiO2与Si的性质用途比较，科技前沿中应用。

拓展3：反应原理拓展与实验设计。

1.

（2023·湖北高考3题）工业制备高纯硅的主要过程如下：石英砂

粗硅

SiHCl3

高纯硅下列说法错误的是（

）A.

制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2C

Si＋2CO↑B.1

mol

Si含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023C.

原料气HCl和H2应充分去除水和氧气D.

生成SiHCl3的反应为熵减过程√

2.

高纯度单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”。这种材料可以按下列方

法制备：下列说法正确的是（

）A.

步骤①中X是CO2B.

二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸C.

二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D.SiHCl3易水解，遇水可生成H2√

3.

（2025·湖南株洲四校联考）制造芯片用到高纯硅，用SiHCl3（沸点：

31.85

℃，SiHCl3遇水会剧烈反应）与过量H2在1

100～1

200

℃反应制备高

纯硅的装置如图所示（夹持装置和尾气处理装置略去），下列说法错误的

是（

）A.Ⅰ装置可用于二氧化锰固体与浓盐酸反应制备氯气B.

装置Ⅱ中盛装的是浓硫酸、装置Ⅲ烧杯盛装的是温度高于32

℃的温水C.

实验时，先打开装有稀硫酸仪器的活塞，收集尾气验纯，再预热装置

Ⅳ石英管D.Ⅳ中发生反应的化学方程式：H2＋SiHCl3

Si＋3HCl√

真题演练1.

判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。（1）（2025·湖北高考3题）室温下SiO2与碳不发生反应，高温下可生成

Si和CO。

（

√

）（2）（2025·陕晋青宁高考3题）单晶硅熔点高，可用于制造芯片。

（

×

）（3）（2025·云南高考1题）岩彩壁画颜料所用贝壳粉，主要成分属于硅

酸盐。

（

×

）（4）（2025·四川高考6题）CO2和SiO2晶体分别为分子晶体和共价晶

体。

（

√

）（5）（2025·浙江6月选考5题）SiO2熔点高，可用于生产光导纤维。

（

×

）√××√×2.

判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。（1）（2024·河北高考）透雕白玉璧主要成分是硅酸盐。

（

√

）（2）（2024·湖北高考）黏土高温烧结制陶瓷的过程中形成新的化学

键。

（

√

）（3）（2024·新课标卷）大理石可用于制砚台，主要成分为硅酸盐。

（

×

）

（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。

（

√

）√√××√√3.

（2025·河南高考1题）活字印刷术极大地促进了世界文化的交流，推

动了人类文明的进步。下列“活字”字坯的主要成分为硅酸盐的是

（

）解析：

泥活字字坯的主要原料是黏土，黏土的主要成分是硅酸盐，A符

合题意；木活字字坯的主要成分是纤维素，纤维素属于有机高分子化合

物，B不符合题意；铜活字字坯和铅活字字坯的主要成分均为金属，均属

于金属材料，C、D不符合题意。√4.

（2025·江西高考1题）化学给了我们一双智慧的眼睛。下列广告或说

法正确的是（

）A.

用铁锅烹饪食材可以补铁，但不能代替药物B.

本饮料含有一千多种微量元素，有益健康C.

本化妆品不含任何化学物质，不伤皮肤D.

含食品添加剂亚铁氰化钾的食盐，有剧毒√解析：

铁锅烹饪可能溶出微量铁元素，但补铁效果有限且不能替代药

物，A正确；目前元素周期表中有118种元素，微量元素的种类不可能有一

千多种，人体必需的微量元素大约有20种，B错误；所有物质均含化学成

分，“不含化学物质”违背科学常识，C错误；亚铁氰化钾具有防止食盐

结块、保持食盐松散等作用，在标准用量下对人体没有显著的危害，过量

摄入可能会有危害，D错误。5.

（2024·山东高考2题）化学品在食品工业中也有重要应用，下列说法

错误的是（

）A.

活性炭可用作食品脱色剂B.

铁粉可用作食品脱氧剂C.

谷氨酸钠可用作食品增味剂D.

五氧化二磷可用作食品干燥剂解析：

P2O5吸水后的产物有毒，不能用作食品干燥剂。√课时跟踪检测

1.

二氧化硅（SiO2）又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料。下列说

法正确的是（

）A.

硅在自然界中主要以单质形式存在B.

北斗导航系统所用芯片的主要成分是SiO2C.

利用SiO2与NaOH溶液反应可制取“水玻璃”D.

在硅酸盐中，每个硅原子周围结合2个氧原子√123456789101112解析：

硅在自然界中以化合物形式存在，没有硅单质，A错误；芯片的

主要成分是晶体硅，B错误；“水玻璃”是硅酸钠的水溶液，可以利用

SiO2与NaOH溶液反应获得，C正确；在硅酸盐中，每个硅原子周围结合4

个氧原子，构成了硅氧四面体结构，D错误。1234567891011122.

（2025·八省联考云南卷）科学使用化学品可提升人们的生产生活质

量。下列说法正确的是（

）A.

有机氯农药防虫害效率高，可大量使用B.BaCO3可用于中和过多的胃酸，缓解胃部不适C.

苯甲酸钠是一种常用的增味剂，能增加食品的鲜味D.

卤水能使豆浆中的蛋白质聚沉，是制作豆腐常用的凝固剂√123456789101112解析：

有机氯农药防虫害效率高，但有机氯有较长的残留致毒期，是

一种重要的环境污染物，所以要禁止或限制使用有机氯农药，A错误；

BaCO3溶于盐酸（胃酸的主要成分），钡离子能使蛋白质变性，引起人体

中毒，不能用BaCO3中和过多的胃酸，B错误；苯甲酸钠是一种防腐剂，

可以抑制细菌的滋生，防止食品变质，不是增味剂，不能增加食品的鲜

味，C错误。1234567891011123.

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√123456789101112解析：

石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石

墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构

中含有的羟基和羧基为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。1234567891011124.

下列物质性质与用途具有对应关系的是（

）A.

晶体硅熔点高，可用于制作半导体材料B.SiO2硬度大，可用于制作光导纤维C.

碳化硅硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料D.

硅酸钠耐热性好，它的水溶液常用作黏合剂解析：

晶体硅用于制作半导体材料，与熔点高无关，A错误；SiO2具有

良好的导光性能，常用于制作光导纤维，与硬度大无关，B错误；碳化硅

硬度大，常用作砂纸、砂轮的磨料，C正确；硅酸钠溶液具有良好的黏结

性，常用作黏合剂，与耐热性好无关，D错误。√1234567891011125.

在现代食品工业中，食品添加剂的使用满足了人们对食品多样化的需

求。某糕点的配料表如下：产品名称：×××加工方式：热加工配料：鲜鸡蛋、小麦粉、白砂糖、植物油、黄油、食品添加剂（甘油、β-

胡萝卜素、碳酸氢钠等）、食用盐、食用香料下列有关判断正确的是（

）A.

碳酸氢钠属于增味剂B.β-胡萝卜素是一种防腐剂C.

乙酸乙酯可用作食品中的香料D.

食品添加剂均为人工合成的物质√123456789101112解析：

碳酸氢钠属于膨松剂，使生产的食品松软，A错误；β-胡萝卜素

属于着色剂，可以改善食品色泽，B错误；乙酸乙酯具有芳香气味，可用

作食品中的香料，C正确；食品添加剂按照来源可以分为天然和人工合成

两大类，因此食品添加剂不一定是人工合成的物质，D错误。1234567891011126.

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。NOx

N2O5

HNO3

烟（一种雾霾）下列有关该雾霾的叙述错误的是（

）A.

该雾霾中含硝酸铵固体B.

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√123456789101112解析：

硝酸与氨气反应生成硝酸铵固体，A正确；反应②是N2O5与

水反应生成硝酸，反应中元素没有化合价变化，属于非氧化还原反

应，B正确；硝酸与氨气反应生成硝酸铵固体，氨气是反应物，不是催

化剂，C错误；铵盐不稳定，易分解产生氨气，则NH3可能来自过度施

用氮肥，D正确。1234567891011127.

硅单质及其化合物应用广泛。请回答下列问题：（1）硅作为芯片的材料之一，其中硅元素位于周期表的第

⁠周期

第

族。解析：

硅元素位于周期表的第三周期第ⅣA族。（2）硅可作半导体材料的最主要原因是

（填字母）。A.

硅元素在地壳中含量巨大，仅次于氧元素B.

硅元素位于周期表的金属与非金属的分界线附近C.

硅单质性质稳定，无毒无害D.

硅单质提纯技术成熟，制作成本较低三

ⅣA

B

123456789101112解析：

硅在地壳中含量高不是作半导体材料的主要原因，A错误；硅

元素位于周期表的金属与非金属的分界线附近，兼具金属与非金属的性

质，导电性介于导体和绝缘体之间，可作半导体材料，B正确；硅单质性

质稳定不是作半导体材料的主要原因，C错误；硅单质制作成本较低不是

作半导体材料的主要原因，D错误。123456789101112

123456789101112（4）沙子可用作建筑材料和制玻璃的原料，下列说法不正确的是

⁠

（填字母）。A.SiO2能与水反应B.SiO2在一定条件下能与氧化钙反应C.SiO2是制作光导纤维的主要原料D.SiO2能与稀硫酸反应解析：

SiO2不能与水反应，A错误；SiO2在高温条件下能与氧化钙反

应生成硅酸钙，B正确；SiO2是制作光导纤维的主要原料，C正确；SiO2不

能与稀硫酸反应，D错误。AD

123456789101112（5）硅单质可作为硅半导体材料。三氯硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备

高纯硅的主要方法，生产过程如图：石英砂

粗硅

SiHCl3（粗）

SiHCl3（纯）

高纯硅写出制粗硅的化学方程式