第5章 第3节 无机非金属材料-【创新教程】2025年高考化学总复习大一轮课件PPT（人教多选版）

第三节　 无机非金属材料 第五章 化工生产中的重要非金属元素 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 知识梳理 层级突破 01 感悟真题 高考探究 02 课时作业 03 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 知识梳理 层级突破 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 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化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 课后作业 点击进入WORD链接 下一页 上一页 返回导航 第五章 化工生产中的重要非金属元素 高考总复习 化学（新教材） 课程标准 1.了解碳、硅元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用 2．了解碳、硅元素单质及其重要化合物对环境质量的影响 3．以上各部分知识的综合应用 核心素养(教师用书独具) 1.变化观念与平衡思想：根据碳、硅的结构，预测在一定条件下碳、硅及其化合物可能发生的化学变化 2．科学态度与社会责任：关注与碳、硅有关的热点问题(如光导纤维、硅电池、半导体材料)，形成可持续发展的意识；知道碳、硅及其化合物对社会发展的重大贡献 考点一　碳及其氧化物 一、碳单质 1．碳的存在形式、物理性质 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。 2．碳的化学性质 (1) (2) (3) 二、一氧化碳 1．物理性质：无色气体、有毒、难溶于水。 2．化学性质——还原性 (1)燃烧：2CO＋O2eq \o(=====,\s\up20(点燃))2CO2，淡蓝色火焰。 (2)还原CuO：CuO＋COeq \o(=====,\s\up20(△))Cu＋CO2(冶炼金属)。 三、二氧化碳 1．CO2的存在和俗名 二氧化碳是一种无色、无味的气体；能溶于水，固态CO2俗称干冰。 2．CO2在自然界中的循环 CO2的主要来源 大量含碳燃料的燃烧 自然界消耗CO2的主要反应 ①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3 ②光合作用将CO2转化为O2 ③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2 3.CO2与H2O、Na2O、Mg反应 反应的化学方程式：　CO2＋H2OH2CO3；CO2＋Na2O===Na2CO3；2Mg＋CO2eq \o(=====,\s\up20(点燃))2MgO＋C　。 4．CO2与盐溶液的反应 (1)CO2的用量不同产物不同，如： CO2(过量)＋Na[Al(OH)4]===Al(OH)3↓＋NaHCO3； CO2(少量)＋2Na[Al(OH)4]===2Al(OH)3↓＋Na2CO3＋H2O； (2)与CO2用量无关。 CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3、CO2＋NaClO＋H2O===HClO＋NaHCO3。 [易错提醒]　①澄清石灰水只用于检验CO2，不能用于除去混合气体中的CO2，应用NaOH溶液除去；②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生。 5．CO2与碱反应 以CO2与单一组分反应(如CO2通入NaOH溶液)产物的分析为例 (1)反应原理 NaOHeq \o(――→,\s\up20(少量CO2))Na2CO3eq \o(――→,\s\up20(CO2))NaHCO3 (2)反应后溶质成分的判断 x＝eq \f(nNaOH,nCO2) 溶质成分 x≤1∶1 NaHCO3 1∶1<x<2∶1 Na2CO3、NaHCO3 x＝2∶1 Na2CO3 x>2∶1 NaOH、Na2CO3 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)(2023·辽宁卷)利用CO2合成了脂肪酸：实现了无机小分子向有机高分子的转变( × ) (2)(2023·辽宁卷)11.2 L CO2含π键数目为NA( × ) (3)(2023·浙江6月)过氧化钠能与二氧化碳反应生成氧气，可作潜水艇中的供氧剂( √ ) (4)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质( × ) (5)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应( × ) (6)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨( × ) (7)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( × ) (8)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体( √ ) 2．思考回答： 确认混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法。 各装置的作用是： A——　除去混合气体中的CO2气体　 B——　检验混合气体中CO2是否除尽　 C——　除去水蒸气　 D——　CO还原CuO：CO＋CuOeq \o(=====,\s\up20(△))Cu＋CO2　 E——　验证CO的氧化产物CO2　 F——　除去尾气中的CO2气体　 G——　除去尾气中的CO气体，防止污染环境　 确定混合气体中含有CO气体的实验现象是： B中无明显现象，D中的物质由黑色变成光亮的红色，E中的澄清石灰水变浑浊　。 3．研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。 (1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCOeq \o\al(－,3)占95%。写出CO2溶于水产生HCOeq \o\al(－,3)的方程式： __________________ ________________________________________________。 (2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。 ①写出钙化作用的离子方程式：____________________ ________________________________________________。 ②同位素示踪法证明光合作用释放出的O2只来自于H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整： ________＋________eq \o(=====,\s\up20(光能),\s\do18(叶绿体))(CH2O)x＋x18O2＋xH2O (3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法： ①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如图所示)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。 ②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x mol·L－1 HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________ mol·L－1。 解析：(1)CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3电离出H＋和HCOeq \o\al(－,3)。(2)①根据钙化作用的反应物是HCOeq \o\al(－,3)和Ca2＋，生成物是CaCO3和CO2，故不难写出反应的离子方程式为2HCOeq \o\al(－,3)＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的空白处为xCO2和2xHeq \o\al(18,2)O。(3)①该装置为洗气装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂稀硫酸，因HCl易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。②根据该滴定过程得关系式：CO2～HCOeq \o\al(－,3)～HCl，n(CO2)＝n(HCl)＝x mol·L－1×y×10－3 L＝xy×10－3 mol，所以c(CO2)＝eq \f(xy×10－3 mol,z×10－3 L)＝eq \f(xy,z) mol·L－1。 答案：(1)CO2＋H2OH2CO3、H2CO3HCOeq \o\al(－,3)＋H＋ (2)①Ca2＋＋2HCOeq \o\al(－,3)===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O ②xCO2　2xHeq \o\al(18,2)O (3)①xy,z)INCLUDEPICTURE"C104.tif" 　② ◆[题组1]　碳及碳的氧化物　 1．(2023·江苏卷)我国提出2060年实现碳中和的目标，体现了大国担当。碳中和中的碳是指(　　) A．碳原子　　　　　　　 B．二氧化碳 C．碳元素 D．含碳物质 解析：B　[碳中和中的碳是指二氧化碳，减少二氧化碳的排放和充分利用二氧化碳转化为其他物质是碳中和的核心。] 2．(2024·济宁模拟)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法不正确的是(　　) A．石墨烯是能导热的金属材料 B．铝合金是密度较低的金属材料 C．碳纤维是耐低温的无机非金属材料 D．新型材料种类多、用途广 解析：A　[石墨烯是碳的一种单质，属于无机非金属材料，A错误；铝合金的密度较小，属于金属材料，B正确；碳纤维是由有机纤维经炭化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，属于无机非金属材料，C正确；人们依据生产生活的需要研制出很多种用途不同的新型材料，如功能新型材料、新的合金材料等，D正确。] ◆[题组2]　二氧化碳的性质和应用　 3．标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(COeq \o\al(2－,3))与c(HCOeq \o\al(－,3))的比值为(不考虑COeq \o\al(2－,3)、HCOeq \o\al(－,3)的水解)(　　) A．1∶1　 B．1∶2 C．2∶1　 D．1∶3 解析：B　[n(CO2)＝eq \f(3.36 L,22.4 L·mol－1)＝0.150 mol，n(NaOH)＝0.200 L×1.00 mol·L－1＝0.200 moleq \f(nNaOH,nCO2)＝eq \f(0.2 mol,0.15 mol)＝eq \f(4,3)，即1<eq \f(nNaOH,nCO2)<2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2x＋y＝0.2 mol,x＋y＝0.15 mol))，解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x＝0.05 mol,y＝0.10 mol))，则eq \f(nCO\o\al(2－,3),nHCO\o\al(－,3))＝1∶2。] 4．将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、K[Al(OH)4]的混合液中，如图能表示生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积之间的关系的是(　　) 解析：C　[将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、K[Al(OH)4]的混合溶液中，反应的顺序为①CO2＋2OH－＋Ba2＋===BaCO3↓＋H2O，沉淀质量增加；②CO2＋2OH－===H2O＋COeq \o\al(2－,3)，沉淀质量不变；③CO2＋2[Al(OH)4]－===COeq \o\al(2－,3)＋2Al(OH)3↓＋H2O，沉淀质量增加；④COeq \o\al(2－,3)＋CO2＋H2O===2HCOeq \o\al(－,3)，沉淀质量不变；⑤BaCO3＋H2O＋CO2===Ba(HCO3)2，沉淀质量减少。最后沉淀为Al(OH)3。] 考点二　硅单质及其氧化物 一、硅(Si) 1．硅的存在：硅在自然界中以化合态存在，在地壳中的含量仅次于氧。 2．物理性质：灰黑色，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。 3．化学性质：常温下与F2、HF、NaOH反应；加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下： ①与非金属单质反应eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=====,\s\up20(△))SiO2,F2：Si＋2F2===SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=====,\s\up20(△))SiCl4)) ②与氢氟酸反应：　Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑　。 ③与NaOH溶液反应：　Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑　。 4．高纯硅的制备 5．用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。 二、二氧化硅(SiO2) 1．二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙(含杂质的石英)等中。晶体类型为共价晶体。SiO2是由Si和O按个数比1∶2直接构成。 2．二氧化硅的性质及用途 主要物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 化 学 性 质 ①与水反应 不反应 ②与酸反应 只与氢氟酸反应：　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　 ③与碱反应(NaOH) 　SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) 化 学 性 质 ④与盐反应 如与Na2CO3反应：　SiO2＋Na2CO3eq \o(=====,\s\up20(高温))Na2SiO3＋CO2↑　 ⑤与碱性氧化物反应 如与CaO反应：　SiO2＋CaOeq \o(=====,\s\up20(高温))CaSiO3　 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)(2023·辽宁卷)制粗硅：SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(高温),\s\do18(　))Si＋2CO↑( √ ) (2)(2023·广东卷)千家万户通光纤，光纤的主要材质为Si( × ) (3)在点燃的条件下，碳可以还原氧化镁生成镁和二氧化碳( × ) (4)硅是地壳中含量最多的非金属元素，其单质是灰黑色有金属光泽的固体( × ) (5)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化( × ) (6)SiO2是空间正四面体网状结构晶体( √ ) (7)SiO2是酸性氧化物，与任何酸都不能发生反应( × ) (8)利用石英坩埚可熔融NaOH固体( × ) 2．思考回答： (1)为什么自然界中存在C的单质，却不存在Si的单质？Si在自然界中最重要的化合物是什么？ 答案：因为Si有特殊的亲氧性，容易和O2反应生成SiO2，所以Si在自然界中最重要的化合物是SiO2。 (2)能否依据Na2CO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up20(高温))Na2SiO3＋CO2↑说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？ 答案：不能。因为酸盐转化关系：强酸＋弱酸盐===强酸盐＋弱酸，仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且干燥状态下进行，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因，因CO2为气体，及时离开反应体系，使化学反应得以向右进行。 3．根据教材SiO2性质的一般性与特殊性完成下列表格。可供选择的试剂：A.盐酸B．氢氧化钠溶液C．氧气D．水　E．二氧化碳 可选用的操作：①水洗　②加热　③高温灼烧 ④过滤　⑤结晶 粉末状混合物 选择的试剂 选用的操作 (1) CaCO3(SiO2) (2) NaCl(SiO2) (3) SiO2(Fe2O3) (4) SiO2(CaCO3) (5) SiO2(NH4Cl) 答案：(1)B　④　(2)D　④⑤　(3)A　④　(4)A　④　(5)② ◆[题组1]　硅的性质和应用　 1．(2024·宜昌模拟)下列关于硅的说法不正确的是(　　) A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体 B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C．用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化 D．加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属单质发生反应 解析：C　[用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被还原。] 2．(2024·湖北高三检测)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示。已知：SiHCl3遇水剧烈水解。下列说法错误的是(　　) A．Y、Z分别为H2、Cl2 B．制取粗硅过程可能发生反应：SiO2＋3Ceq \o(=====,\s\up20(高温),\s\do18(　))SiC＋2CO↑ C．提纯SiHCl3可采用萃取、分液的方法 D．为防止SiHCl3水解而损失及氢气燃炸，“还原”步骤在无水、无氧条件下进行 解析：C　[电解饱和NaCl溶液，反应产生NaOH、H2、Cl2，X是NaOH，H2、Cl2反应产生HCl，焦炭与石英在高温下反应产生粗Si，HCl与粗硅反应产生SiHCl3和少量SiCl4，SiHCl3和SiCl4是沸点不同的混合物，经分馏分离提纯得到SiHCl3，SiHCl3和H2在加热条件下反应产生多晶硅和HCl，所以Y是H2，Z是Cl2。A.根据上述分析可知X是NaOH，Y是H2，Z是Cl2，A正确；B.焦炭与SiO2在高温下发生反应制取粗Si、CO，反应的化学方程式为SiO2＋3Ceq \o(=====,\s\up20(高温),\s\do18(　))SiC＋2CO↑， 同时可能发生副反应：SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(高温),\s\do18(　))Si＋2CO↑，B正确；C.SiHCl3和SiCl4是沸点不同的互溶的液体混合物，可以采用蒸馏方法进行分离，而不是采用萃取、分液的方法，C错误；D.已知：SiHCl3遇水剧烈水解，且H2是可燃性气体，与O2混合点燃可能会发生爆炸，因此为防止SiHCl3水解而损失及氢气燃炸，“还原”步骤应在无水、无氧条件下进行，D正确。] 3．(2024·海口模拟)设NA为阿伏加德罗常数的值。工业上制备高纯度硅的反应有： ①SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(1 800～2 000℃),\s\do18(　))Si＋2CO↑； ②Si＋3HCleq \o(=====,\s\up20(300℃),\s\do18(　)),SiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2eq \o(=====,\s\up20(1 100℃),\s\do18(　)),Si＋3HCl 已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8.下列有关说法正确的是(　　) A．①中，30 g氧化剂含极性键数目为NA B．②中，生成1 g H2时转移电子数为NA C．②和③互为可逆反应 D．②和③的目的是除去粗硅中的杂质 解析：D　[A.①SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(1 800～2 000 ℃),\s\do18(　))Si＋2CO↑中Si元素化合价降低，SiO2是氧化剂，30 g SiO2的物质的量为eq \f(30 g,60 g/mol)＝0.5 mol，含Si－O极性键0.5 mol×4＝2 mol，数目为2NA，故A错误；B.已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8，SiHCl3中H和Cl元素为－1价，Si为＋4价，②Si＋3HCleq \o(=====,\s\up20(300 ℃),\s\do18(　))SiHCl3＋H2中，部分H元素由＋1价下降到0价， 部分由＋1价下降到－1价，1 g H2的物质的量为eq \f(1 g,2 g/mol)＝0.5 mol，生成0.5 mol H2时转移0.5 mol×2＋1 mol＝2 mol电子，数目为2NA，故B错误；C.②和③反应条件不同，不互为可逆反应，故C错误；D.②和③的目的是除去粗硅中的杂质，故D正确。] ◆[题组2]　二氧化硅的性质及应用　 4．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是(　　) A．高炉炼铁时，加入石灰石将铁矿石中的脉石(主要成分为SiO2)转化为易熔的炉渣 B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料 C．用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 D．图中所含反应都不属于氧化还原反应 解析：D　[CaCO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up20(高温))CaSiO3＋CO2↑，CaSiO3的熔点低于SiO2的熔点，A项正确；光导纤维的成分是二氧化硅，半导体、芯片的成分是单晶硅，纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，B项正确；碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙、水和二氧化碳，二氧化硅和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙，C项正确；二氧化硅与碳生成硅单质的反应是氧化还原反应，D项错误。] 5．(2024·全国高三专练)二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部分转化过程如图所示，下列说法正确的是(　　) A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B．因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强 C．SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性 D．除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应 解析：D　[A.SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，但属于酸性氧化物，因为二氧化硅只能与一种酸反应，且生成的四氟化硅不是盐，A错误；B.高温条件下，二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，常温下，二氧化硅和碳酸钠不反应，所以不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；C.SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，反应中硅元素的化合价不变，不能体现二氧化硅的氧化性，C错误；D.图中氧化还原反应有3个，即Si的制取过程中涉及的反应，其他反应都是非氧化还原反应，D正确。] 　在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点 (1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(高温))Si(粗)＋2CO↑ (2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3 Si＋3HCleq \o(=====,\s\up20(300 ℃))SiHCl3＋H2 (3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4 Si(粗)＋2Cl2eq \o(=====,\s\up20(高温))SiCl4 (4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅 SiHCl3＋H2eq \o(=====,\s\up20(高温))Si(纯)＋3HCl (5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅 SiCl4＋2H2eq \o(=====,\s\up20(高温))Si(纯)＋4HCl (6)SiO2＋2Mgeq \o(=====,\s\up20(高温))2MgO＋Si (7)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应 SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl (8)SiH4在空气中易自燃 SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 考点三　硅酸和硅酸盐　无机非金属材料 一、硅酸的性质、制备及用途 二、硅酸盐 1．概念：由硅、氧和金属元素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，常用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成　Na2O·SiO2　，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成　K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O　。 3．硅酸钠(Na2SiO3) (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)与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为　Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓　；与CO2水溶液反应的化学方程式为　Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3　。 (3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 (1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。 (2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。 三、常见无机非金属材料 1．传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 　纯碱、石灰石和石英砂　 黏土 主要设备 　水泥回转窑　 玻璃窑 陶瓷窑 生产条件 高温 2.新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。 3．碳纳米材料 结构特点 应用 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物C60开启了碳纳米材料研究和应用的新时代 碳纳 米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、电池和传感器 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)(2024·镇江一中高三开学考)用于火箭发动机的碳化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料( √ ) (2)(2024·河北省高三省级联考)航天通讯用到的光导纤维主要成分是单质硅( × ) (3)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强( × ) (4)(2024·开封高级中学高三质检)氮化硅陶瓷、光导纤维、硅酸盐水泥均属于新型无机非金属材料( × ) (5)(2024·开封高级中学高三质检)制造月球探测器中的瞄准镜时使用的光导纤维，其主要成分是二氧化硅( √ ) (6)(2024·河北省高三省级联考)氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造汽车发动机( √ ) (7)反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up20(高温))Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生( × ) (8)硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂( × ) 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(　　) A.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 解析：C　[A.九霄环佩木古琴主要构成是木材、动物筋制得，A错误；B.裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成，B错误；C.商朝后期陶埙属于陶瓷，由硅酸盐制成，C正确；D.曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误。] ◆[题组1]　硅酸、硅酸盐　 1．(2024·葫芦岛二模)近年来，我国科技迅猛发展，下列科技成果中蕴含的化学知识叙述不正确的是(　　) A．建造港珠澳大桥所采用的高强抗震螺纹钢属于合金 B．中国天眼FAST用到的SiC是新型无机非金属材料 C．华为麒麟芯片的主要成分是单质硅 D．飞船返回舱使用氮化硅耐高温结构材料，Si3N4属于分子晶体 解析：D　[A.建造港珠澳大桥所采用的高强度抗震螺纹钢属于铁碳合金，A项正确；B.SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有硬度很大、优异的高温抗氧化性能，SiC属于新型无机非金属材料，B项正确；C.利用硅的半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，即芯片的主要成分是单质硅，C项正确；D.Si3N4是耐高温结构材料，Si3N4属于共价晶体，D项错误。] 2．在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为(　　) A．Na2SiO3　　　 B．Na2SiO3与Na2CO3 C．SiO2与Na2CO3 D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO3 解析：A　[通入少量CO2气体时，发生的反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，加热后H2SiO3分解为SiO2和H2O，再高温灼烧，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2。] ◆[题组2]　无机非金属材料　 3．(2024·全国高三专题)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、密度小等优点 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：B　[A.无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等，故A正确；B.新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料，新型非金属材料具有以下四个特点：①承受高温，强度高，②具有光学特性，③具有电学特性，④具有生物功能，故B错误；C.高温结构陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，故C正确；D.传统无机非金属材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸盐，而新型无机非金属材料，如：高温结构陶瓷、光导纤维等主要成分不是硅酸盐，故D正确。] 4．《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事、天文等领域的发展受到世界瞩目。它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是(　　) A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料 B．“复兴号”车厢连接处关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于无机金属材料 C．“神舟十三号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料 D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 解析：C　[A项，传统的无机非金属材料：如水泥、耐火材料、平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷、搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)。新型无机非金属材料主要有先进陶瓷、非晶体材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等；“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于金属材料。B项，增强聚四氟乙烯板属于有机 高分子材料。C项，新型无机非金属材料在性能上比传统无机非金属材料有了很大的提高，要适用于不同的要求。如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等都属于新型无机非金属材料。D项，硅是人类将太阳能转化为电能的常用材料，利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转化为电能，二氧化硅为光导纤维的成分。] [例]　(2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下： 石英砂eq \o(――→,\s\up20(焦炭),\s\do18(1 800～2 000 ℃))粗硅eq \o(――→,\s\up20(HCl),\s\do18(300 ℃))SiHCl3eq \o(――→,\s\up20(H2),\s\do18(1 100 ℃))高纯硅 下列说法错误的是(　　) A．制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(高温))Si＋2CO↑ 'B.1 mol Si含Si－Si键的数目约为4×6.02×1023 C．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 试题情境 突破方法 核心素养 工业制备高纯硅流程 了解制备粗硅的反应原理，晶体中共价键的计算，熵增原理 宏观辨识与微观探析(晶体硅中呈四面体网状结构，根据共价键的共用原则，平均1 mol Si中含有2 mol Si－Si键) 解析：B　[A.SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO，因此，制备粗硅的反应的化学方程式为SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(高温),\s\do18(　))Si＋2CO↑，A说法正确；B.在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成三维骨架结构，因此，平均每个Si形成2个共价键，1 mol Si含Si－Si键的数目约为2×6.02×1023，B说法错误；C.HCl易与水形成盐酸，在一定的条件下氧气可以将HCl氧化；H2在高温下遇到氧气能发生反应生成水，且其 易燃易爆，其与SiHCl3在高温下反应生成硅和HCl，因此，原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C说法正确；D.Si＋3HCleq \o(=====,\s\up20(300 ℃),\s\do18(　))SiHCl3＋H2，该反应是气体分子数减少的反应，因此，生成SiHCl3的反应为熵减过程，D说法正确。] 1．(2023·浙江1月)下列物质中属于耐高温酸性氧化物的是(　　) A．CO2　　　　　　　 B．SiO2 C．MgO D．Na2O 解析：B　[A.二氧化碳和碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，但为分子晶体，不耐高温，A错误；B.SiO2能跟碱反应生成盐和水：SiO2＋2OH－===SiOeq \o\al(2－,3)＋H2O，所以SiO2是酸性氧化物，为共价晶体，耐高温，B正确；C.MgO能跟酸反应生成盐和水：MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O，所以MgO是碱性氧化物，C错误；D.Na2O能跟酸反应生成盐和水，所以是碱性氧化物，D错误；答案选B。] 2．(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。 金刚石 石墨 石墨炔 下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是(　　) A．三种物质中均有碳碳原子间的σ键 B．三种物质中的碳原子都是sp3杂化 C．三种物质的晶体类型相同 D．三种物质均能导电 解析：A　[A.原子间优先形成σ键，三种物质中均存在σ键，A项正确；B.金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化，石墨中所有碳原子均采用sp2杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂化，B项错误；C.金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合型晶体，C项错误；D.金刚石中没有自由移动电子，不能导电，D项错误。] 3．(2022·河北卷)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MgO 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 解析：A　[A.陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，A正确；B.陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，B错误；C.陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，有新物质生成，属于化学变化，C错误；D.由于Fe2＋、Fe3＋和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越多，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误。] 4．(2021·福建卷)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：C　[A.高温烧结过程是许多物理化学变化的综合过程，A正确；B.陶瓷成分是硅酸盐，经高温烧结具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点，B正确；C.黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤，一般的黏土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，不是人工合成的，C错误；D.陶瓷主要原料是黏土，属硅酸盐产品，含有多种金属元素，D正确。] 5．(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(　　) 文物 选项 A.南宋鎏金饰品 B.蒜头纹银盒 C.广彩瓷咖啡杯 D.铜镀金钟座 解析：C　[A.鎏金饰品是用金汞合金制成的金泥涂饰器物的表面，经过烘烤，汞蒸发而金固结于器物上的一种传统工艺，其中不含硅酸盐，故A项不符合题意；B.蒜头纹银盒中主要成分为金属银，其中不含硅酸盐，故B项不符合题意；C.广彩瓷咖啡杯是由黏土等硅酸盐产品烧制而成，其主要成分为硅酸盐，故C项符合题意；D.铜镀金钟座是铜和金等制得而成，其中不含硅酸盐，故D项不符合题意。] 6．(化学与科学技术)近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是(　　) A．Si24是一种新型化合物 B．Si24是硅的一种同素异形体 C．Si24易与稀硫酸反应生成氢气 D．硅太阳能电池供电原理与原电池相同 解析：B　[该物质是一种单质而不是化合物，故A错误；Si24是单质，与硅单质属于同素异形体，故B正确；硅的性质稳定，不与稀硫酸反应，故C错误；硅太阳能电池供电原理是将太阳能转化为电能，而原电池供电原理是将化学能转化为电能，因此两者原理不同，故D错误。] 7．(化学与工艺流程)(全国Ⅱ卷)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示： 回答下列问题： (1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是____________________________ _______________________，还可使用________________代替硝酸。 (2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_________________________________ ________________________________________________。 (3)加氨水过程中加热的目的是____________________________。 沉淀B的主要成分为____________、________________(写化学式)。 (4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：MnOeq \o\al(－,4)＋H＋＋H2C2O4―→Mn2＋＋CO2↑＋H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 mol·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为____________________________________________。 解析：(1)Fe3＋容易在pH较小时转化为沉淀，所以需要将Fe2＋氧化为Fe3＋。双氧水可以将Fe2＋氧化为Fe3＋且不会引入杂质。 (2)二氧化硅不溶于一般酸溶液，所以沉淀A的主要成分是二氧化硅。与HF发生反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (3)加热可以促进Fe3＋、Al3＋水解转化为Fe(OH)3、Al(OH)3。在pH为4～5时Ca2＋、Mg2＋不沉淀，Fe3＋、Al3＋沉淀，所以沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3。 (4)5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4 n(KMnO4)＝0.050 0 mol/L×36.00×10－3 L＝1.80×10－3 mol n(Ca2＋)＝4.50×10－3 mol 水泥中钙的质量分数为 eq \f(4.50×10－3 mol×40 g·mol－1,0.400 g)×100%＝45.0%。 答案：(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋　双氧水(H2O2) (2)SiO2　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (3)防止胶体生成，易沉淀分离　Fe(OH)3 Al(OH)3　(4) 5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4 n(KMnO4)＝0.050 0 mol/L×36.00×10－3 L＝1.80×10－3 mol n(Ca2＋)＝4.50×10－3 mol 水泥中钙的质量分数为eq \f(4.50×10－3 mol×40 g·mol－1,0.400 g)×100%＝45.0% [归纳提升] 体系构建 1. 2. 核心巧记 1.特殊的用途 Si——半导体材料、太阳能电池板、计算机芯片。 SiO2——光导纤维。 H2SiO3——硅胶可用作干燥剂。 Na2SiO3(水玻璃)——黏合剂、耐火阻燃材料。 2．特殊的性质 (1)Si与NaOH溶液的反应： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)SiO2能溶于氢氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (3)H2CO3的酸性强于H2SiO3： Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。 (4)粗硅的制备：SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up20(高温))Si＋2CO↑。 $$