第5单元 第4讲 碳、硅及无机非金属材料-【金版教程】2026年高考化学一轮复习解决方案全书word（经典版）

学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 第4讲 碳、硅及无机非金属材料 复习目标1 11.结合实例了解C、Si单质及其重要化合物的制备方法、性质和用途。2.了解 传统无机非金属材料的组成、性能,认识其在生产中的应用及对环境的影响。3了解新型无 机非金属材料的性能及用途。 考点一 碳和硅的单质及其氧化物 知识梳理 1. 碳和硅的原子结构特点及存在 (1)碳和硅的原子结构特点 ①硅原子和碳原子的最外电子层均有sup1(01)4个电子。 、supl(03) ②碳和硅的原子结构示意图分别为supl(02) ,硅与碳一样,其原子 既不易失去电子,也不易得到电子,主要形成supl(04)四价的化合物。 (②碳的存在 ①自然界中碳元素既有游离态,又有化合态,碳是构成supl(05)有机物的主要元素。 ②碳单质主要有sup1(06金刚石、石墨、C。等,其互为sup1(07)同素异形体 (③)础的存在 ①硅在地壳中的含量仅次于supl(08)氧。 ②在地球上硅仅有supl(09化合态,主要以熔点很高的sup1(10)氧化物及supI(11)硅酸盐的 形式存在。 ③硅单质主要有sup1(12)晶体硅和sup1(13)无定形硅两大类。 2. 碳和硅单质的物理性质与用途 础 硅 金刚石熔点supl(0D高、硬度 物理 晶体硅为supl(03)灰黑色固体,有金属 supl(02)大 性质 光泽、硬度大、熔点supl(04)高 石墨熔点高、质软,有滑腻感 金刚石用作切割刀具,sup1(05)石墨用 晶体硅用作supl(06半导体材料、硅芯 用途 作电极、铅笔芯 片和磕太阳能电池 3.碳的化学性质 1 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 点燃2c0 与氧气反应 点燃 C+O “CO.2C+O 高温 与HO(g)反应 supl(01)C+HO(g) "Co+H supl(02)C+CO 与CO反应 高温 2CO 与SiO反应 高温 sup1(03)2C+SiO. “Si+2Cot supl(04)C+2Cuo 与CuO反应 高温 2Cu+Co1 slupl(05)2H.sO(浓)+ccot+2sO, 1+2Ho 与浓疏酸反应 与浓硝酸反应 stupl(6)C+4HNO(浓)COt+4NO童+2H 4.硅的化学性质和工业制法 (1)化学性质 反应物顾 化学方程式 F2 Si+2F SiF4 HF supl(01)Si+4HF-SiF t+2H1 NaOH溶液 supl(02)Si+2NaOH+HO-NaSiO,+2H1 O si+2C)sicu. Cl (2)工业制法 制粗础 高温 supl(03)SiO.+2C "si+2Cof 制高纯硅 高温 SiHCl;+H2 "Si+3HCl 5.碳和硅的氧化物 (1)一氧化碳 ①物理性质:supl(01)无色气体,supl(02)有毒,sup1(03)难溶于水。 ②化学性质 点燃 a. 燃烧:2CO+O 2CO,supl(04)蓝色火焰。 2 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 b. 还原 Cuo: stupl(os)cO+Cuo Cu+cO(冶炼金属)。 (2)二氧化硅和二氧化碳的比较 二氧化硅 物质 二氧化碳 化学式 siO2 CO. supl(06)空间网状结 结构 构,不存在单个SiO 存在单个CO.分子 分子 硬度大,熔点 sup1(07)高,sup1(08) 主要物理性质 常温下为气体,微溶于水 不溶于水 与水反应 不反应 supl(09)CO+HOHCO 只与氢氛酸反应: 与酸 sup1(10)SiO+ 不反应 反应 4HF-SiF f+2HO supl(11D)SiO+ 与碱 CO2少量: 2NaOH (如 supl(13)CO,+2NaOH-NaCO:+HC -NaSiO:+HO(盛碱 NaOH) CO:过量: 液的试剂瓶用 反应 化学 sup1(14CO:+NaOHNaHCO sup1(12)橡胶塞) 性质 高温 SiO+NaCO. sup1(15)NaSiO,+ Na.SiO.+HO+CO(少量) 与盐 CO -supl(17)HSiO. +Na,CO;或 反应 高温 SiO+CaCO. Na.SiO.+2HO+2CO(过量 --supl(18)HSiO1+2NaHCO supl(16CaSiO,+CO , 与减 与CaO反应: 与NaO反应: 性氧 supl(19)SiO+CaC supl(20)NaO+CO.-NaCO 3 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 化物 高温 CaSiO; 反应 制supl(21)光导纤 维、光学仪器、电子部 用途 制饮料、制碳酸盐等 件、仪器轴承、石英坦 坍、玻璃等 易错辨析 判断下列说法的正误,并指出错误说法的错因。 (1)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。(×) 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。 (2)向CaCl;溶液中通入CO,气体,溶液变浑浊,继续通入CO,至过量,浑浊消失。(×) 错因:由于盐酸的酸性比碳酸的强,CO;与CaCl溶液不反应。 (3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。(×) 错因:pH~5.6的雨水才是酸雨,CO.不能形成酸雨。 高温 (4)工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO,+C Si+COf。(×) 错因:在高温条件下生成CO而不是CO。 (5)SiO,是酸性氧化物,可溶于强碱(如NaOH),不溶于任何酸。(×) 错因:SiO,能与氢氛酸反应。 (6)Si和SiO,都可用于制造光导纤维。(×) 错因:Si不能用于制造光导纤维。 名师 思维建模 一、硅及其化合物的性质 1. 硅单质的特殊性 (1)非金属单质跟碱液作用一般无H放出,但Si与碱液作用放出H:Si+2NaOH+ HO-NaSiO:+2Hf。 (2)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:Si+4HF-SiF t+2H;1。 (3)非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。 2. 含硅化合物的特殊性 (1)SiO,是HSiO;的酸配,但它不溶于水,不能直接与水作用制备HSiO。 。 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Con 您身边的互联网+教辅专家 (②)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO能与HF作用:SiO+4HFSiF;1+2HO。故不 能用玻璃容器盛放氢氛酸,可以用氢氛酸刻蚀玻璃 (③3)无机酸一般易溶于水,但HSiO;难溶于水。 (4)因HCO;的酸性大于HSiO;的,所以在NaSiO;溶液中通入CO;能发生反应NaSiO+ 高温 CO+Ho-HSiO1+NaCO,但在高温下siO+NaCO NaSiO+COt也能发生。 3. 硅及其化合物之间的转化 sif HSiO. H aOH H 0 NaoH或Na-sSiO {siO. 2Na.CO、高温 。CasiO. 二、碳的化合物-草酸(HCO)的性质 COOH 草酸又叫乙二酸,化学式为H.CO,其结构简式为COOH,草酸晶体的化学式为H,CO 2HO. 1. 草酸的性质 草酸为二元弱酸,酸性比醋酸的酸性强,电离方程式为HCO.班++HCO-4. 弱酸性 HCo-4H++CO2-4 HCO;中C元素的化合价为+3价,具有还原性,能使酸性高酸钾溶液褪色. 还原性 反应的化学方程式为2KMnO+5HCO+3HSO-KSO+2MnSO+10CO 1+8H.O 不稳定性 3HC 2.草酸盐的性质 (1)ONH)CO;由氛水和草酸溶液反应生成,溶于水,加热分解。 (2)CaCO。不溶于水、醋酸,溶于盐酸、稀硝酸,灼烧时转变成碳酸锣或氧化。 (3)MgCO、FeCO.不溶于水,可由对应的可溶性金属盐与草酸安反应而得到,加热分解可 得到对应金属氧化物。 1 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 关键 能力提升 角度一 分析与归纳碳及其重要化合物的性质 1. 材料新秀 -石墨 和氧化石墨已成为物理、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( ) -0H H 石愚/片层结构示意序 氧化石黑炀片层结构示意图 A. 石墨/是一种新型化合物 B. 氧化石墨/即石墨 的氧化物 C. 二者和石墨都是碳的同素异形体 D. 氧化石墨/具有一定的亲水性 答案:D 2. 下列关于碳及其氧化物的说法不正确的是( ) A. 过度排放CO,会导致“温室效应”,应提倡“低碳生活” B. CO、CO、葡萄糖都属于有机物 C. 金则石和石墨都是碳单质,但原子排列方式不同,物理性质也不后 D. 一氧化碳易与血液中的血红蛋自结合 答案:B 角度二 理解与辨析硅和二氧化硅的性质及用途 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,不正确的是( ) A. 高纯度的硅广泛用于制作计算机中的芯片 B. 硅可由二氧化硅还原制得 C. 低温时,硅与水、空气和一般酸不反应,但能与氢佩酸反应 D. 自然界中硅的储量丰富,自然界中存在大量的单质硅 答案:D 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( ) 6 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.zxxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 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缀 C. 二氧化硅不能与碳酸铀溶液反应,但能与碳酸纳固体在高温时发生反应 D. 用二氧化硅和碳制取单质硅时,当生成2.24L气体(标准状况)时,得到2.8g硅 答案:C 解析:二氧化硅是酸性氧化物,但是二氧化硅不溶于水,与水不反应,A错误;二氧化硅制 成的光导纤维,由于其良好的光学特性而被用于制造光缆,B错误;碳酸的酸性强于硅酸, 二氧化硅不能与碳酸纳溶液反应,但在高温时,二氧化硅能够与碳酸钢固体反应生成硅酸钢 和二氧化碳,C正确:由化学方程式SiO+2C 高温 Si+2CO1,可知当生成2.24L(标准状况 即0.1molCo时,得到o.05mol即1.4gSi,D错误。 考点二 无机非金属材料 知识梳理 1. 硅酸和建酸钟 (1)硅酸 ①硅酸supl(01)不溶于水,其酸性比碳酸的supl(02)弱,硅酸不能使紫色石慈试液变红色。 ③硅酸能与贼溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式为supl(04)HSiO;+ 2NaOH-NaSiO+2HO ④硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强,常用作supl(05)干燥剂。 实验室制法:supl(06NaSiO,+2HCl-2NaCl+HSiO.1 (2)硅酸钟ONaSiO) ①白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称sup1(07)水玻璃,有黏性,水溶液显碱性。 ②它能与酸性较硅酸强的酸反应,如与CO;水溶液反应:supl(08)NaSiO+CO+ HOHSiO.1+NaCO. ③用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。 2. 传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷 7 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 sup1(01)石灰石、 supl(02)石灰石、 原料 supl(03)黏土 黏土 纯碱、石英 硅酸二(2CaOSiO) supl(04)NaSiO、 主要成分 硅酸三(3CaOSiO) 含水的错硅酸盐 CaSiO.、SiO 错酸三(3CaOAlO) 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 耐高温、耐腐蚀、硬 性质 水硬性 无固定熔点 度大 3.新型陶瓷 (1)高温结构陶瓷:耐高温、耐磨蚀、抗氧化等优良性能。 (2)超导陶瓷:有超导性,可用于电力、交通、医疗等领域。 (3)压电陶瓷:具有压电效应。 (4)透明陶瓷:具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好,可用于高压钟灯、激光器和高温探 测窗等。 4. 特殊功能的含佳物质 (1)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。 (②)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质 易错辩析*. 判断下列说法的正误,并指出错误说法的错因。 (1)生产水泥的原料主要是纯碱、石灰石和二氧化硅。(×) 错因:生产水泥的原料主要是黏土和石灰石。 (2)玻璃容器可长期盛放各种酸。(×) 错因:破璃容器不能存放氢羸酸。 (③)浓疏酸可刻蚀石英制艺术品。(×) 错因:刻蚀石英制艺术品应该用氢瓶酸。 (4)石英只能用于生产光导纤维。(×) 错因:石英可用于生产光导纤维、玻璃等。 (5)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。(×) 错因:合成纤维是有机物。 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 名师 思维建模 1. 常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料 金属材料 无机非金属材料 复合材料 生产生活中的复合材料(如玻璃 传统无机非金属材料和新型 钢:破璃绎维增强树脂基复合利 无机非金属材料(如高温结构 黑色金属材料(如钢铁): 料):航空航天中的复合材料(如飞 陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、 有色金属材料(如金、银、 机、火箭:纤维增强金属基复合材 透明陶瓷、光导纤维、富勒/、 铜及其合金) 料;航天飞机:纤维增强陶瓷基复 碳纳米管、石墨炀) 合材料) 2.硅酸盐组成的表示 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(Na;SiO)可表示为NaO·SiO,长石(KAlSiOg)可表示为KO·AlO;·6SiO。 关键能力提升 角度一 分析与归纳无机非金属材料的性质与用途 1.(2025;福建厦门一中模拟)“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、石灰石和石英烈 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 答案:C 2. 科技发展改变生活,近几年我国人工智能、航空航天、量子通信、生命科学大放异彩。下 列说法不正确的是( A. 神舟飞船上航天员所使用的操纵杆采用碳纤维材料制作,碳纤维属于新型无机非金属材 9 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.zxxK.ConT 您身边的互联网+教辅专家 料 B. 世界首款异构融合类脑芯片“天机芯”的主要材料与光导纤维的不同 C. “长征五号遥五”运载火箭中使用的氧化错陶瓷,属于新型硅酸盐材料 D. 量子通信材料蝶旋碳纳米管与石墨/互为同素异形体 答案:C 角度二 理解与应用硅酸盐组成的表示 3. 古瓷中所用颜料成分大多为硅酸盐,如蓝紫色的硅酸铜锁(BaCuSi;O,铜为+2价)。下列 关于硅酸铜锁的说法不正确的是( ~ A.等于6 B. 性质稳定,不易脱色 C. 易溶解于强酸和强碱 D. 可用氧化物形式表示为BaOCuO2SiO 答案:C 4.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(CaAlSiO)、7%的辉石XYAl-2SiOCX、Y为单核 离子,0~n1)和6%的榄石(MSiO,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CaSiO。·Al(SiO):的形式 C. 橄石的氧化物形式一定为MgOFeOSiO D. 若辉石中n-1、Y为V+时,X可以是Na+或Li+等一价离子 答案:D 高考真题演练 1.(2024辽宁卷)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 10