第14讲 碳、硅及无机非金属材料-【勤径学升】2026年高考化学一轮总复习教师用书Word

第14讲　碳、硅及无机非金属材料 1.结合真实情景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，认识这些物质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促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。 考点1 碳及其重要化合物 ➢ 对应学生用书P78 1.碳单质 存在形式有金刚石、石墨、足球烯、无定形碳等，它们互为同素异形体。 2.氧化物（CO、CO2）的比较 CO CO2 物理性质 无色无味气体密度比空气小难溶于水 无色无味气体密度比空气大可溶于水（溶解度小） 毒性 有毒（易结合血 红蛋白） 无毒（温室效应） 化学 性质 还原性 可燃性还原氧化铁 无（灭火） 氧化性 ①与炽热的炭反应 ②Mg在CO2中燃烧 与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3 与碱反应（石灰水） 不反应 Ca（OH）2＋CO2CaCO3↓＋H2O（检验CO2） 相互转化 CO2CO 用途 燃料、冶炼金属 灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等 3.碳酸（H2CO3） 弱酸、不稳定。碳酸（H2CO3）只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。 易丨错丨易丨混 判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 1.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。 （ × ） 2.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。 （ × ） 3.向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。 （ × ） 4.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。 （ × ） 5.氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。 （ √ ） 1．(2024·湖南湘潭开学考)有关碳和碳的氧化物的说法中，错误的是(　　) A．古代用墨书写或绘制的字画长久不变色，是因为碳的化学性质不活泼 B．金刚石和石墨的物理性质不同，是因为它们的碳原子排列方式不同 C．二氧化碳的大量排放是温室效应加剧的原因之一 D．用煤火取暖时应注意通风，防止一氧化碳中毒 解析　古代用墨书写或绘制的字画能长时间不变色，是因为常温下碳的化学性质比较稳定，故A说法错误。 答案　A 2．(2024·广东四校测试)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CaCl2 B．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可能产生CO2，则b中应盛放碱石灰以除去CO2，A错误；CO与NaOH溶液不反应，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。 答案　C 3.碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题： （1）下列有关说法正确的是　　　　（填字母）。 a.利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响 b.金刚石、石墨、C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异 c.木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜 d.大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用 （2）吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体，它是　　　　（填化学式）。 （3）影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是　　　　（填物质俗称）。 （4）为减少二氧化碳对环境的影响，可将二氧化碳与氢气在300℃、200kPa和催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇（CH3OH）和水，其反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 答案　（1）abcd　（2）CO　（3）干冰　（4）CO2＋3H2CH3OH＋H2O 考点2 硅　无机非金属材料 ➢ 对应学生用书P79 1.硅及其化合物 硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐等化合态的形式存在于地壳中。 （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高纯硅的制备： （2）SiO2的性质 ①晶体类型：共价晶体。 ②酸性氧化物：SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O。 ③高温下，Na2CO3与SiO2反应制玻璃的化学方程式为：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 ④与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O。 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 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 （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 易丨错丨易丨混 判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 1.硅在自然界中只以化合态的形式存在。 （ √ ） 2.晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。 （ × ） 3.Si和SiO2都可用于制造光导纤维。 （ × ） 4.SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱（NaOH），不溶于任何酸。 （ × ） 5.玻璃是一种晶体，有较高的熔点。 （ × ） 6.水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。（ × ） 题组一　硅及其重要化合物 1．(2024·江苏常熟检测)下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　) A．在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO22CO↑＋Si，Si被还原，所以C的还原性大于Si B．光导纤维遇强碱不会“断路” C．用SiO2制取硅酸，应先使SiO2与NaOH溶液反应，然后通入CO2 D．由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知，H2SiO3的酸性大于H2CO3 解析　Si与C同主族，Si的还原性比C的强，但在高温下能发生反应2C＋SiO22CO↑＋Si，A项错误；光导纤维的主要成分为SiO2，SiO2可与强碱反应，故光导纤维遇强碱会“断路”，B项错误；SiO2是酸性氧化物，但不能与水反应，所以制取硅酸可用可溶性硅酸盐与CO2或盐酸反应：Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓、Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓，C项正确；Na2CO3与SiO2在高温下的反应与对应酸的酸性强弱无关，该反应说明硅酸盐在高温下比碳酸盐更稳定，D项错误。 答案　C 2.科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示： 容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是(　　) A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B.①和②互为可逆反应 C.该流程中需要隔绝空气 D.粗硅制备不能通过SiO2SiCl4Si实现 解析　A项，反应②中生成的HCl在反应①中循环利用，反应①中生成的H2在反应②中循环利用，正确；B项，反应①与反应②的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C项，高温条件下，Si、SiHCl3、H2都与O2反应，故需隔绝空气，正确；D项，SiO2不与HCl反应，不能通过上述途径制硅，正确。故选B。 答案　B 题组二　无机非金属材料的性质及应用 3．(2025·河北省高三期末省级联测考试)燕赵大地历史悠久，文化灿烂。下列河北博物院馆藏文物的主要成分属于硅酸盐的是(　　) 选项 A B 文物 朝代 战国(1977年出土) 五代(1995年出土) 名称 错金银虎噬鹿屏风座 白石彩绘散乐图浮雕 选项 C D 文物 朝代 北齐(1989年出土) 元(1964年出土) 名称 文宣帝高洋墓墓道壁画 青花海水龙纹八棱带盖瓷梅瓶 解析　A．“错金银虎噬鹿屏风座”的主要材料是金属材料，A项不符合题意；B.“白石彩绘散乐图浮雕”的主要材料是汉白玉(主要成分是CaCO3)，B项不符合题意；C.壁画的主要材料是颜料，如各种颜色的无机物，C项不符合题意；D.“青花海水龙纹八棱带盖瓷梅瓶”的主要材料是陶瓷材料，其主要成分为硅酸盐，D项符合题意。 答案　D 4.“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、石灰石和石英砂 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 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玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。故选C。 答案　C [对应学生用书P80] 真题·示例 1.（2022·新高考广东卷）陈述Ⅰ和Ⅱ均正确但不具有因果关系的是 （　　） 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 用焦炭和石英砂制取粗硅 SiO2可制作光导纤维 B 利用海水制取溴和镁单质 Br－可被氧化，Mg2＋可被还原 C 石油裂解气能使溴的CCl4溶液褪色 石油裂解可得到乙烯等不饱和烃 D FeCl3水解可生成Fe（OH）3胶体 FeCl3可用作净水剂 解析　A项，石英砂与焦炭在高温下反应制取粗硅的化学方程式为SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑，陈述Ⅰ正确，SiO2可制成光导纤维，陈述Ⅱ正确，但二者无因果关系，A项符合题意；B项，陈述Ⅰ、Ⅱ均正确，且陈述Ⅱ是陈述Ⅰ的原因，B项不符合题意；C项，石油裂解气中含有烯烃，能使溴的CCl4溶液褪色，陈述Ⅰ、Ⅱ均正确，且陈述Ⅱ是陈述Ⅰ的原因，C项不符合题意；Fe3＋水解可生成具有吸附性的Fe（OH）3胶体，因此FeCl3可用作净水剂，D项不符合题意。故选A。 答案　A 2.（2022·高考江苏卷）我国古代就掌握了青铜（铜－锡合金）的冶炼、加工技术，制造出许多精美的青铜器；Pb、PbO2是铅蓄电池的电极材料，不同铅化合物一般具有不同颜色，历史上曾广泛用作颜料，下列物质性质与用途具有对应关系的是 （　　） A.石墨能导电，可用作润滑剂 B.单晶硅熔点高，可用作半导体材料 C.青铜比纯铜熔点低、硬度大，古代用青铜铸剑 D.含铅化合物颜色丰富，可用作电极材料 解析　A.石墨是混合型晶体，片层间可发生相对滑动，质软，可用作润滑剂，故A错误；B.单晶硅可用作半导体材料与空穴可传递电子有关，与熔点高无关，故B错误；C.青铜是铜合金，比纯铜熔点低、硬度大，易于锻造，古代用青铜铸剑，故C正确；D.含铅化合物可在正极得到电子发生还原反应，所以可用作电极材料，与含铅化合物颜色丰富无关，故D错误。故选C。 答案　C 1.常见金属及其化合物的重要性质和应用 重要性质 应用 Na2O2与H2O、CO2反应均生成O2 作供氧剂 Na2CO3水解使溶液显碱性 用热的纯碱溶液洗去油污 NaHCO3受热分解生成CO2，能与酸反应 用作焙制糕点的膨松剂、胃酸中和剂 Al具有良好的延展性和抗腐蚀性 常用铝箔包装物品 常温下，铝、铁遇浓硫酸、浓硝酸钝化 盛装、运输浓硫酸、浓硝酸 铝与氧化铁反应放出大量的热 用于焊接钢轨 MgO、Al2O3熔点高 作耐高温材料 Al3＋水解生成的氢氧化铝胶体具有吸附性 明矾作净水剂（混凝剂） 小苏打溶液和硫酸铝溶液反应生成CO2 用于泡沫灭火器 明矾溶液显酸性 利用明矾溶液清除铜镜表面的铜锈 Al（OH）3有弱碱性 中和胃酸，用作抗酸药 Fe具有还原性 防止食品氧化变质 Fe2O3是红棕色粉末 作红色颜料 Fe3＋水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性 铁盐作净水剂（混凝剂） K2FeO4是强氧化剂，还原产物Fe3＋水解生成氢氧化铁胶体 作新型消毒剂、净水剂 FeCl3溶液具有较强的氧化性 腐蚀铜刻制印刷电路板 CuSO4能使蛋白质变性 配制成波尔多液用于树木杀虫 BaSO4不溶于水，不与胃酸反应 在医疗上进行胃部造影前，BaSO4作患者服用的“钡餐” 2.常见非金属及其化合物的重要性质和应用 重要性质 应用 浓硫酸具有吸水性 作干燥剂（不能干燥NH3、H2S、HI） 生石灰、无水氯化钙能与水反应 作（食品）干燥剂 P2O5能与水反应 作干燥剂（不可干燥食品） 硅具有半导体性能 制作芯片和太阳能电池 SiO2存在光的全反射 制作光导纤维 4HF＋SiO22H2O＋SiF4↑ 用氢氟酸刻蚀玻璃 ClO2具有较强的氧化性 用于自来水的杀菌消毒 次氯酸盐具有强氧化性 作杀菌消毒剂、漂白剂 碘酸钾在常温下稳定 食盐中的加碘物质 NH4HCO3、NH4NO3是可溶的含氮化合物 用作氮肥 浓氨水具有挥发性和还原性 检验输送Cl2的管道是否漏气 SO2具有漂白性 用来漂白纸浆、毛、丝等 硅酸钠的水溶液是一种无机黏合剂 盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 干冰升华吸收大量的热 人工降雨 液氨汽化吸收大量的热 作制冷剂 模拟·演练 1．(2024·中山大学附中段测)下列物质性质与应用对应关系正确的是(　　) A．晶体硅熔点高、硬度大，可用于制作半导体材料 B．氢氧化铝具有弱碱性，可用于制胃酸中和剂 C．漂白粉在空气中不稳定，可用于漂白纸张 D．氧化铁能与酸反应，可用于制作红色涂料 解析　A．晶体硅能导电，可用于制作半导体材料，与熔点高、硬度大无关，A不正确；B.氢氧化铝具有弱碱性，能与酸反应生成铝盐和水，可用于制胃酸中和剂，B正确；C.漂白粉具有强氧化性，可用于漂白纸张，与其稳定性无关，C不正确；D.氧化铁是红棕色粉末，可用于制作红色涂料，与是否能与酸反应无关，D不正确。 答案　B 2.化学在生活中有着广泛的应用，下列对应关系错误的是 （　　） 选项 化学性质 实际应用 A Al2（SO4）3和小苏打反应 泡沫灭火器灭火 B 铁比铜金属性强 FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板 C 次氯酸盐具有强氧化性 漂白粉漂白织物 D HF与SiO2反应 氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 解析　A项，Al2（SO4）3与NaHCO3在溶液中能发生水解相互促进的反应，生成Al（OH）3沉淀和CO2气体，能灭火，A正确；B项，2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2，只能说明还原性Cu强于Fe2＋，无法说明Fe与Cu的金属性强弱，B错误；C项，次氯酸盐具有强氧化性，可以漂白织物，C正确；D项，氢氟酸与玻璃中的SiO2反应，生成SiF4气体和水，故可以用氢氟酸刻蚀玻璃，D正确。故选B。 答案　B 3.（2024·广东揭阳市·高三模拟）下列叙述Ⅰ和Ⅱ均正确并有因果关系的是 （　　） 选项 叙述Ⅰ 叙述Ⅱ A 锌的金属活动性比铁强 在海轮外壳上装锌块可减缓外壳腐蚀 B 汽油和植物油都属于烃 汽油和植物油都可以燃烧 C 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 铜绿在空气中受热分解能得到铜单质 D SO2有漂白性 SO2能使酸性KMnO4溶液褪色 解析　A.海轮外壳上装锌块能形成原电池，锌活泼作负极，能减缓外壳腐蚀，故A正确；B.植物油属于酯类，故B错误；C.铜绿为碱式碳酸铜，在空气中受热分解生成氧化铜，故C错误；D.二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色体现的是其还原性，故D错误。故选A。 答案　A [对应学生用书P82] 1.(2023·高考湖南卷)中华文化源远流长，化学与文化传承密不可分。下列说法错误的是(　　) A.青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金 B.长沙走马楼出土的竹木简牍主要成分是纤维素 C.蔡伦采用碱液蒸煮制浆法造纸，该过程不涉及化学变化 D.铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 解析　A项，青铜为铜锡合金，正确；B项，竹木简牍由竹子和木材制作而成，主要成分为纤维素，正确；C项，碱液蒸煮制浆法造纸，碱液使纸浆中的部分有机物水解，发生化学变化，错误；D项，陶瓷属于硅酸盐制品，原料为黏土，在陶瓷窑内经高温烧结而成，正确。故选C。 答案　C 2.(2023·高考辽宁卷)科技是第一生产力，我国科学家在诸多领域取得新突破，下列说法错误的是(　　) A.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 B.发现了月壤中的“嫦娥石[(Ca8Y)Fe(PO4)7]”：其成分属于无机盐 C.研制了高效率钙钛矿太阳能电池，其能量转化形式：太阳能→电能 D.革新了海水原位电解制氢工艺：其关键材料多孔聚四氟乙烯耐腐蚀 解析　脂肪酸不属于有机高分子，A错误。“嫦娥石”含酸根阴离子和金属离子，属于无机盐，B正确。太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，C正确。聚四氟乙烯性质稳定，耐腐蚀，D正确。故选A。 答案　A 3.(2022·高考河北卷)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” 解析　氮化铝是一种高温结构陶瓷，属于新型的无机非金属材料，A项正确；合成橡胶的单体如1，3­丁二烯中含有碳碳双键，通过加聚反应制得合成橡胶，B项错误；芳纶纤维为合成纤维，属于有机高分子材料，C项正确；可降解聚乳酸塑料的推广应用，可以减少难以降解塑料的使用，从而减少“白色污染”，D项正确。故选B。 答案　B 4.(2022·高考河北卷)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　陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，A正确；陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，B错误；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；由于Fe2＋、Fe3＋和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越高，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。故选A。 答案　A 5．(2024·高考湖北卷)劳动人民的发明创造是中华优秀传统文化的组成部分。下列化学原理描述错误的是(　　) 选项 发明 关键操作 化学原理 A 制墨 松木在窑内焖烧 发生不完全燃烧 B 陶瓷 黏土高温烧结 形成新的化学键 C 造纸 草木灰水浸泡树皮 促进纤维素溶解 D 火药 硫黄、硝石和木炭混合，点燃 发生氧化还原反应 解析　A．松木在窑中不完全燃烧会生成碳单质，可以用来制造墨块，A正确；B．黏土在高温中烧结，会发生一系列的化学反应，此过程有新化学键的形成，B正确；C.草木灰主要成分为碳酸钾，浸泡的水成碱性，用于分离树皮等原料中的胶质，使纤维素与杂质分离，不是溶解，C错误；D.中国古代黑火药是由硫黄、硝石、木炭混合而成的，在点燃时发生剧烈的氧化还原反应，反应方程式为S＋2KNO3＋3C===K2S＋3CO2↑＋N2↑，D正确。故选C。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $$