26 第1篇 第2部分 第4章 第18讲 碳、硅及其重要化合物 无机非金属材料(基础课)-【高考DNA解码】2026年高考化学一轮总复习学生用书word

第18讲　碳、硅及其重要化合物　无机非金属材料(基础课) 　1．了解碳及其化合物的性质与应用。　2．了解硅及其重要化合物的性质与应用。　3．了解无机非金属材料。 　碳的单质与氧化物 1．碳单质 (1)结构类型与物理性质 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。 ① ② ③ (2)重要化学性质(用化学方程式表示) ① ② 2．碳的氧化物 (1)一氧化碳的性质及应用 ①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。中毒的原因是与人体内________相结合，使人因缺氧而中毒。 ②化学性质及应用(写出有关化学方程式) a．可燃性：___________，可作燃料。 b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为___________________，可用于冶炼金属。 (2)CO2的制备、性质、用途及检验 ①实验室制备：CaCO3＋2HCl===_________________。 ②化学性质 ③用途：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。 ④检验 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)金刚石、石墨、C60互称同位素。 (　　) (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。 (　　) (3)石墨转化为金刚石的反应为氧化还原反应。 (　　) (4)化石燃料燃烧产物CO2排入大气中会形成酸雨。 (　　) (5)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。 (　　) (6)实验室可以用大理石与稀硫酸反应制取CO2。 (　　) (7)Na、Mg着火可以用CO2灭火。 (　　) CO、CO2的检验及探究 1．草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐为沉淀。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。甲组、乙组两名同学对草酸分解产物进行探究。甲组同学认为草酸分解产物中有CO2；乙组同学认为草酸分解产物中还有CO。回答下列问题： (1)甲组同学按照上图所示的装置连接，通过实验检验草酸晶体的分解产物。加热装置A前需要进行的操作是_________________________________________； 装置C中可观察到的现象是____________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________， 装置C中发生反应的化学方程式为_____________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________； 由此可知草酸晶体分解的产物中有________(填化学式)。 (2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。 ①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、F、D、G________(按合理顺序补全装置，填大写字母)。装置H反应管中盛有的物质是____________，此反应管中发生反应的化学方程式是____________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 ②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是____________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 CO、CO2的检验方案模型 混合气体→①澄清石灰水→NaOH溶液→②澄清石灰水→灼热CuO→③澄清石灰水→尾气处理 现象结论：当①澄清石灰水变浑浊说明混合气中含CO2；当②澄清石灰水不变浑浊，③澄清石灰水变浑浊且CuO变红说明混合气中含CO。 “碳达峰”与“碳中和” 2．(2025年1月·河南高考适应性考试)CO2的资源化利用有利于实现“碳中和”。一种功能性聚碳酸酯高分子材料G可由如下反应制备。 下列说法错误的是(　　) A．x＝m＋n B．反应的原子利用率为100% C．G在酸性或碱性条件下均能降解 D．E与F均能使溴的四氯化碳溶液褪色 3．(2025·深圳模拟)中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A．捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2 B．环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶 C．反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质 D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2 　硅及其重要化合物 1．硅单质 2．二氧化硅 (1)晶体类型：共价晶体。 SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如图乙所示)。晶体中Si和O的比例为1∶2。 (2)酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===____________。 (3)高温下，与Na2CO3、CaCO3反应制玻璃： Na2CO3＋SiO2______________、CaCO3＋SiO2_____________。 (4)与氢氟酸反应(特殊)：___________________________(写化学方程式)。 ①SiO2不溶于水，与水不反应。 ②SiO2与氢氟酸反应，故氢氟酸不能用玻璃瓶盛装，可以用塑料瓶盛装或铅皿盛装。 ③SiO2与碱反应生成黏性强的硅酸盐，故碱性溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放。 3．硅酸及其盐 (1)硅酸 ①硅酸(H2SiO3)是一种难溶于水的弱酸，比H2CO3弱。 ②与强碱反应：H2SiO3＋2OH－===______。 (2)硅酸钠(Na2SiO3)——俗称泡花碱 ①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___性。 ②与较强的酸反应生成硅酸(写化学方程式)： 如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：____________________________________； 与CO2水溶液反应：_______________________________________。 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)硅在自然界中既有游离态又有化合态。 (　　) (2)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。 (　　) (3)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。 (　　) (4)硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是一种建筑行业常用的黏合剂。 (　　) (5)向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶。 (　　) (6)用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化。 (　　) (7)因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强。 (　　) 1．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，硅被还原，所以碳的金属性大于硅 B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中 C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入CO2 D．SiO2与氢氟酸、NaOH溶液均反应，可证明SiO2为两性氧化物 2．用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：已知SiHCl3的沸点为36.5 ℃。 (1)在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是______________。 (3)D中反应的化学方程式为____________________________________________ ____________________________________________________________________。 制备高纯硅过程中的3个易错点 (1)用焦炭还原SiO2，反应产物是CO而不是CO2。 (2)整个过程中不能混入水蒸气，SiHCl3、SiCl4能与水发生反应： SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑、SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl。 (3)粗硅中含碳单质等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，即可得到高纯硅。 　无机非金属材料 1．硅酸盐材料——传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 ____________ ____________________ 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 生产条件 ____ 主要成分 3CaO·SiO2、 2CaO·SiO2、 3CaO·Al2O3 Na2SiO3、 CaSiO3、 SiO2 含水的 铝硅酸 盐　　 (1)生产水泥时加入适量石膏调节水泥________。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土。 (2)玻璃没有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内逐渐软化，可吹成各种形状的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。 2．新型无机非金属材料 (1)晶体硅：广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，制硅芯片、硅太阳能电池等。 (2)光导纤维：主要成分为____，传输光信号，制作光缆。 (3)新型陶瓷 ①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨蚀性等。再如碳化硅(SiC)俗称金刚砂，SiC具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料和耐高温半导体材料。 ②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。 ③压电陶瓷：具有压电效应。 (4)碳纳米材料 ①富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。 ②石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层____，具有独特的电阻率__、热导率__的特点和很高的强度。应用于光电器件，超级电容器、电池等。 ③碳纳米管可以看成是由____片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。用于生产复合材料、电池和传感器等。 1．(2025年1月·四川高考适应性考试)化学是新材料发展的基础，下列生产或应用中所用到的主要物质不属于无机非金属材料的是(　　) A．芯片制造所用的硅晶片 B．潜艇降噪所用的橡胶消声瓦 C．耐高温陶瓷生产所用的碳化硅 D．通信信号传输所用的光导纤维 2．(2024·江西九校联考)材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法错误的是(　　) A．《墨经》中载有松木可用于制备炭黑，炭黑与金刚石互为同素异形体 B．高纯度的单晶硅、二氧化硅属于新型无机非金属材料 C．“问天”实验舱采用了砷化镓太阳电池片，砷化镓具有良好的导电性 D．氮化硅是一种新型陶瓷，可用于火箭发动机 3．石墨烯、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，属于新型无机非金属材料 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，结构中的碳原子存在sp2和sp3杂化 1．(2022·广东卷，T3改编)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(　　) 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 2．(2024·广东卷，T3)嘀嗒嘀嗒，时间都去哪儿了！计时器的发展史铭刻着化学的贡献。下列说法不正确的是(　　) A．制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料 B．机械表中由钼、钴、镍、铬等元素组成的发条，其材质属于合金 C．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 D．目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准的质子数为55 石英与NaOH溶液、氢氟酸反应的化学方程式为 ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________、 ____________________________________________________________________。 3．(2024·黑吉辽卷，T1)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 4．(2023·湖北卷，T3)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＋2CSi＋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 (1)题中涉及的主要过程中，第二步与第三步互为可逆反应吗？________(填“是”或“否”)，并写出第二步反应的化学方程式：___________________________ ____________________________________________________________________。 (2)SiHCl3与H2O反应可生成H2，写出该反应的化学方程式：____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第18讲　碳、硅及其重要化合物 无机非金属材料(基础课) 考点一 [必备知识梳理] 1．(1)正四面体　高　大　正六边形　高　小　能　五　六　(2)3C＋2Fe2O33CO2↑＋4Fe　2C＋SiO2Si＋2CO↑　C＋H2O(g)CO＋H2　C＋2H2SO4(浓)2SO2↑＋CO2↑＋2H2O　C＋4HNO3(浓)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O 2．(1)血红蛋白　2CO＋O22CO2　3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2　(2)CaCl2＋CO2↑＋H2O　2MgO＋C　CO2＋C2CO 易错辨析　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× [关键能力提升] 1．解析：(1)有气体生成的密闭装置，在添加试剂前需要检验装置气密性；草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解，如果草酸受热分解，分解时会产生二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钙反应生成难溶性的碳酸钙沉淀而使澄清石灰水变浑浊，所以装置C中观察到的现象是有气泡冒出且澄清石灰水变浑浊，说明有CO2气体生成，发生反应的化学方程式为CO2 ＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。(2)①要检验生成CO，在甲组实验后，用浓氢氧化钠除去二氧化碳，用澄清石灰水检验二氧化碳，用无水氯化钙干燥CO，利用CO和CuO发生反应生成CO2，再利用澄清石灰水检验生成的二氧化碳，用排水法收集CO避免污染环境，所以其连接顺序是A、B、F、D、G、H、D、I； 装置H中盛放的物质应该具有氧化性，且和CO反应有明显现象发生，CuO能被CO还原且反应过程中黑色固体变为红色，现象明显，所以装置H中盛放的物质是CuO，发生反应的化学方程式为CO ＋CuOCu＋CO2；②CO具有还原性，其氧化产物是二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，且CO将黑色的CuO还原为红色的Cu，只要装置H前的D装置中澄清石灰水不变浑浊，装置H中黑色固体转化为红色且其后的装置D中澄清石灰水变浑浊就说明含有CO。 答案：(1)检查装置气密性　有气泡冒出且澄清石灰水变浑浊　 CO2 ＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O　CO2　(2)①H、D、I　CuO(氧化铜)　CO＋CuOCu＋CO2　②装置H前的D装置中澄清石灰水不变浑浊，装置H反应管中黑色固体变为红色，其后的装置D中澄清石灰水变浑浊 2．D　[根据元素守恒，x＝m＋n，A正确；该反应为环氧基和碳氧双键打开的加成聚合反应，原子利用率为100%，B正确；G为聚碳酸酯，在酸性或碱性条件下都能水解，C正确；E为饱和结构，不能使溴的四氯化碳溶液褪色，F中有碳碳双键，可以使溴的四氯化碳溶液褪色，D错误。] 3．B　[NaOH溶液喷成雾状，可增大反应接触面积，提高CO2吸收率，A正确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再高温煅烧，故基本操作不是蒸发结晶，B错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环利用，C正确；Na2CO3可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D正确。] 考点二 [必备知识梳理] 1．氧化物　硅酸盐　SiO2＋2CSi＋2CO↑　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　半导体　太阳能 2．(2)Na2SiO3＋H2O　(3)Na2SiO3＋CO2↑　CaSiO3＋CO2↑ (4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 3．(1)Si＋2H2O　(2)水玻璃　碱　Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4　Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 易错辨析　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×　(7)× [关键能力提升] 1．C　[碳的非金属性大于硅的，碳的金属性小于硅的，A错误；硅酸钠溶液是黏合剂，不能用磨口玻璃塞，B错误；SiO2为酸性氧化物，D错误。] 2．(1)排出空气，防止H2遇空气爆炸 (2)水浴加热 (3)H2＋SiHCl3 Si＋3HCl 考点三 [必备知识梳理] 1．黏土、石灰石　纯碱、石灰石、石英砂　高温　(1)硬化速率 2．(2)SiO2　(4)石墨　低　高　石墨 [关键能力提升] 1．B　[芯片制造所用的硅晶片是单质硅，属于无机非金属材料，A不符合题意；橡胶是一种高分子，B符合题意；碳化硅属于无机非金属材料，C不符合题意；光导纤维的成分是二氧化硅，属于无机非金属材料，D不符合题意。] 2．C　[砷化镓为半导体，不具有良好的导电性，C项错误。] 3．D　[石墨烯为碳的单质，A错误；氧化石墨烯中含C、H、O三种元素，不是氧化物，B错误；氧化石墨烯不是碳的单质，C错误；氧化石墨烯中含有—OH和—COOH亲水基，具有一定的亲水性，结构中的碳原子存在sp2、sp3杂化，D正确。] [高考真题 衍生变式] 1．C　[鎏金饰品主要由合金材料制成，故A项不符合题意；蒜头纹银盒的主要成分为金属银，故B项不符合题意；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；铜镀金钟座由铜和金等金属制成，故D项不符合题意。] 2．C　[制作日晷圆盘的石材主要为大理石，属于无机非金属材料，A正确；由两种或两种以上的金属或金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物称为合金，机械表中由钼、钴、镍、铬等元素组成的发条，其材质属于合金，B正确；基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiO2，C错误；目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准Cs的质量数为133，质子数为55，D正确。] 真题变式　SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 3．A　[A项，金代六曲葵花鎏金银盏是合金，属于金属材料；B项，北燕鸭形玻璃注是玻璃制品，属于硅酸盐材料；C项，汉代白玉耳杯是玉，属于含有微量元素的钙镁硅酸盐材料；D项，新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐是陶器，属于硅酸盐材料；综上A选项材质与其他三项材质不同，不能归为一类，故选A。] 4．B　[制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，A说法正确；1 mol Si中含有Si—Si键的数目为1 mol×2×6.02×1023 mol-1＝2×6.02×1023，B说法错误；题给流程图中后面两步反应有Si和SiHCl3生成，Si易与氧气反应，SiHCl3易发生水解，故原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C说法正确；生成SiHCl3的反应Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)中，反应前后气体的分子数减少，即为熵减过程，D说法正确。] 真题变式　(1)否　Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 (2)SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl 学科网（北京）股份有限公司 $$