2025届高三化学第一轮：第21讲 无机非金属材料

P116T3[2022·湖北卷] C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是 (　 ) A.具有自范性 B.与C60互为同素异形体 C.含有sp3杂化的碳原子 D.化学性质与金刚石有差异 A 【真题引入】 衡阳市八中高三化学备课组 2025届高三一轮复习-------- 第21讲 无机非金属材料 第五单元　化工生产中的重要非金属元素 碳元素在自然界中的存在形式既有化合态又有游离态。 思考1：碳元素在自然界中的游离态物质有哪些呢？它们互称为什么呢？ 游离态的碳：金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、富勒烯、碳纳米管等 互为同素异形体 思考2：金刚石、石墨中的C原子的杂化方式？它们的空间构型？晶体类型？物理性质的特性？ 金刚石：sp3杂化 正四面体空间网状结构 共价晶体 熔点高、硬度大，不导电 石墨：sp2杂化 层状结构，每六个碳原子构成六边形 分子晶体 能导电 P116T3.[2024·陕西西安中学模拟] 碳纳米管可看作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、电池等 C 【夯实基础】 【判一判】　正误判断(正确打“√”，错误打“×”)。 (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。(　　) ✘ ✘ ✘ ✘ 练习：下列装置是否可以用来检验CO2中存在CO？若可以，则现象为？ 各个装置的作用是什么？ D中黑色粉末变成红色，B中无明显现象，F中澄清石灰水变浑浊 完成 P114页考点一夯实必备知识并核对答案 【5 min】 思考1：硅在自然界中是否有游离态？硅单质能否导电？ 单质硅在生活中中的应用？ 硅元素为亲氧元素，在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐等化合态存在 单质硅的导电性介于导体和半导体之间，是应用最为广泛的半导体材料。利用其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， 以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池板。 思考2：硅单质可以强碱(如NaOH)反应， 也能和一种特殊的酸反应，你知道是哪种酸吗？写出上述相关反应。 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 2Al＋2NaOH+2H2O=2NaAlO2＋3H2↑ Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑ 硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧，在元素周期表中与碳同主族。 将碳、硅单质的物理性质和用途用短线连接起来 【夯实基础】 二氧化硅SiO2是硅元素在自然界中重要的存在形式之一。 思考1：SiO2的空间结构？晶体类型？物理性质？ 无限延伸的空间网状结构，属于共价晶体。 物理特性：SiO2的熔、沸点很高，硬度大，常温下为固体(难溶于水) 思考2：SiO2属于酸性氧化物，其化学性质如何？可以与酸反应吗？ SiO2＋2NaOH =Na2SiO3＋H2O SiO2+4HF = SiF4↑+2H2O (刻蚀玻璃) 思考3：SiO2有哪些应用？生活中的哪些物质的主要成分是SiO2？ SiO2可用来生产光导纤维。 (碱性溶液不用玻璃塞) (工业制玻璃) (工业制粗硅) 水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子的主要成分都是SiO2 【判一判】　正误判断(正确打“√”，错误打“×”)。 (1)常温下,SiO2既能与NaOH溶液反应又能与氢氟酸反应,故属于两性氧化物(　　) (2)60g SiO2中含有4mol Si-O键(　　) (3)60g SiO2中含有NA个SiO2分子(　　) (4)SiO2可以与水反应，生成硅酸。( ) (5) ，该反应说明还原性： C>Si (　　) (6)SiO2具有导电性，故可用于制备光导纤维。(　　) ✘ ✘ ✘ ✘ ✘ SiO2属于哪一类物质？化学特性？ 酸性氧化物 特性：SiO2不溶于水,不与水反应 SiO2+4HF = SiF4↑+2H2O SiO2＋2NaOH =Na2SiO3＋H2O 【判断】常温下,SiO2既能与NaOH溶液反应又能与氢氟酸反应,故属于两性氧化物 ✘ SiO2空间构型？晶体类型？物理特性？ 空间网状立体，共价晶体。 特性：SiO2的熔、沸点很高，硬度大，常温下为固体 【判断】60g SiO2中含有4mol Si-O键 60g SiO2中含有NA个SiO2分子 ✘ SiO2可以用来做什么？生活中的哪些东西的主要成分是SiO2？ 水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子 SiO2制作光导纤维 【判断】SiO2具有导电性，故可用于制备光导纤维。 ✘ SiO2是一种重要的化工原料,可以用于制备一系列物质，如单质硅、硅酸盐等。下列为工业制取高纯硅的制备流程。已知：SiHCl3(沸点33.0 ℃)SiCl4(沸点57.6 ℃)。 思考：1、反应①的中生成1molSi转移多少mol电子？ 2、过程②中SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6 ℃), 通过什么方式提纯SiHCl3？ 3、SiHCl3 极易水解，完全水解的产物为 H2SiO3 、H2 、HCl，据此推测 SiHCl3 中硅元素的化合价为？ 4.Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→Si是否都能一步转化？ 蒸馏 4mol ＋4 不能 SiO2是一种重要的化工原料,可以用于制备一系列物质，如单质硅、硅酸盐等。 下列为实验室制取高纯硅的实验装置。已知：SiHCl3(沸点33.0 ℃) 思考：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、装置B中的试剂？ 3、装置C中的烧杯需要加热，目的是？ 排出装置内的空气，以防爆炸 浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 思考：4、反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是：______________________________________。 有固体物质生成 在1100～1200℃下，普通的玻璃会软化 SiHCl3＋H2=========Si＋3HCl 1100～1200 ℃ SiO2是一种重要的化工原料,可以用于制备一系列物质，如单质硅、硅酸盐等。 下列为实验室制取高纯硅的实验装置。已知：SiHCl3(沸点33.0 ℃) [2023·湖北卷] 工业制备高纯硅的主要过程如下: 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4×6.02×1023 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 B 【链接高考】 思考1：SiO2是H2SiO3的酸酐，实验室如何制备H2SiO3呢？ 强酸制弱酸： Na2SiO3+CO2+H2O === 硅酸(H2SiO3)：难溶于水，酸性比碳酸弱，热稳定性差 硅胶(mSiO2·nH2O)可用作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂 思考2：H2SiO3的物化性质？ 【阅读材料】 硅胶干燥剂 一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。硅胶属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2．nH2O。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其它同类材料难以取代的特点。硅胶干燥剂吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。 【阅读材料】 硅胶干燥剂 硅胶吸水是物理变化。硅胶是一种凝胶,具有微孔结构,因此具有较强的吸附性。硅胶吸水后,在120℃下加热两小时可以再生。硅胶是没有颜色的固体.能变色的是变色硅胶,是在硅胶中添加了氯化钴（分子式：CoCl2 ,也称为氯化亚钴）.氯化钴含有的结晶水个数不同时候呈现不同颜色。不含有结晶水的时候是蓝色的,随着结晶水增多,会呈现蓝紫,紫红,粉红等颜色。（CoCl2呈蓝色,CoCl2·H2O呈蓝紫色,CoCl2·2H2O呈紫红色,CoCl2·6H2O呈粉红色）呈现粉红色时候说明吸水达到饱和,这时候硅胶失去吸水能力,需要去除烘干,变成蓝色之后才能再用。 【重难点突破 】 小结：常用的干燥剂 1、酸性干燥剂——用于干燥酸性或中性气体 浓硫酸 五氧化二磷 硅胶 2、中性干燥剂——一般气体都能干燥 无水CaCl2 3、碱性干燥剂——用于干燥中性或碱性气体 碱石灰（CaO与NaOH、KOH 的混合物）。 生石灰（CaO) 氢氧化钠(NaOH) 不能干燥H2S、HBr、HI的强还原性的气体及NH3。 不能干燥NH3。 干燥剂吸附性能高。 不能干燥NH3和乙醇； 【讨论】反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明H2CO3的酸性强于H2SiO3。 反应②Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑， 能否说明：H2SiO3的酸性强于H2CO3？ 不能。强酸＋弱酸盐＝强酸盐＋弱酸，该规律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熔融态下进行的，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因——CO2为气体，能及时分离出反应体系，使化学反应向右进行。 不能说明C的非金属性比Si性强。 为验证HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计用如右图装置，一次实验即可达到目的（不再选 用其它酸性溶液）。请依据此实验填空： （1）A中装有石灰石， 分液漏斗中所盛试剂是____________ 。 （2）装置B所盛试剂是__________ __， 装置B所盛试剂的作用是__________________。 （3）装置C所盛试剂是 ， 出现的现象是__________________。 盐酸 饱和NaHCO3溶液 除CO2中的HCl Na2SiO3 溶液 溶液变浑浊 【夯实基础】 A B C CaCO3 CO2 (HCl) SiO2是一种重要的化工原料，可以用于制备一系列物质，如单质硅、硅酸盐等。 思考1：生产普通玻璃的反应原理为？普通玻璃的主要成分为？ 思考2：普通玻璃为传统硅酸盐材料， 水泥、陶瓷的也是传统的硅酸盐材料，三者的生产原料分别为？ 材料 水泥 普通玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、 黏土 纯碱、  石灰石、  石英砂 黏土 SiO2 、 Na2SiO3 、 CaSiO3 【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 C 【链接高考】 硅酸盐也是硅元素在自然界中重要的存在形式之一。 思考1：硅酸盐的概念？常见的硅酸盐？ 硅酸盐是由硅、氧、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。 硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是硅酸钠， 【Na2SiO3，白色、可溶于水的粉末状固体，俗称“泡花碱”，可溶于水， 其水溶液俗称“水玻璃” ，呈碱性，无色粘稠的溶液，具有粘性和阻燃性。用作黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料等。】 常见的耐高温材料：MgO、Al2O3、SiO2、SiC、Si3N4等 三硅酸镁(Mg2Si3O8· nH2O)常被用来治疗胃酸过多造成的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸,作用持久。把三硅酸镁改写为氧化物的形式，它能中和胃酸（HCl），写出其化学方程式。 2MgO · 3SiO2 · nH2O 2MgO·3SiO2·nH2O ＋4HCl = 2MgCl2＋3H2SiO3＋(n-1)H2O 【夯实基础】 注意：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。 【2020·浙江高考真题】 Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是( ) A．可发生反应： B．具有吸水性，需要密封保存 C．能与 SO3，反应生成新盐 D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2 D 【链接高考】 变式：三硅酸镁(Mg2Si3O8· nH2O)常被用来治疗胃酸过多造成的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸,作用持久。写出其与盐酸反应的化学方程式。 Mg2Si3O8· nH2O ＋4HCl = 2MgCl2＋3H2SiO3＋(n-1)H2O 硅酸盐是硅元素在自然界中重要的存在形式之一。 思考2：硅酸盐的表示方法？ 通常用SiO2和金属氧化物的形式来表示其组成 硅酸钠：Na2SiO3 高岭石：Al2Si2O5(OH)4 Na2O · SiO2 Al2O3 · 2SiO2 ·2H2O 练习：长石 KAlSi3O8 钾云母 KH2Al3Si3O12 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 格式：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水 原则：金属氧化物在前，非金属氧化物在后；活泼在前，不活泼在后；水一般写在最后。 注意：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。 【判一判】　正误判断(正确打“√”，错误打“×”)。 (1)玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品。(　　) (2)沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。(　　) (3)二氧化硅可用于生产玻璃。(　　) (4)瓷坩埚可用于加热熔化烧碱或纯碱。(　　) (8)传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。(　　) ✘ ✘ ✘ ✘ 【材料阅读】新型无机非金属材料P23教材，并填写好《全品》P116相关表格 1.新型陶瓷 2. 碳纳米材料 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。 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。 (1)(2021·广东卷)河姆渡出土陶灶，属于陶器，兽首玛瑙杯主要成分为二氧化硅。(　) (2)(2021·广东卷)利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，是利用了氢氟酸可与SiO2反应。( ) (3)(2021·浙江6月选考)硅酸钠是一种难溶于水的硅酸盐。(　　) (4)(2020·浙江7月选考)SiO2可用来制造光导纤维。(　　) (5)(2019·江苏)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋。(6)(2019·全国卷Ⅲ)高纯硅可用于制作光感电池。(　　) (高考题组合)正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。 【链接高考】 ✘ ✘ (7)碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作。(　　) (8)压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。(　　) (9)石墨烯的电阻率低，热导率也低。(　　) ✘ 探究点1　非金属及其化合物的制备“微实验” 例1 [2023·湖北卷] 利用如图所示的装置(夹持及加热装置略)制备高纯白磷的流程如下: 红磷(s) 无色液体与P4(g) 白磷(s) 下列操作错误的是 ( 　) A.红磷使用前洗涤以除去表面杂质 B.将红磷转入装置,抽真空后加热外管以去除水和氧气 C.从a口通入冷凝水,升温使红磷转化 D.冷凝管外壁出现白磷,冷却后在氮气氛围下收集 C 探究点2　非金属及其化合物的制备“微流程” 例2 [2023·山东青岛二模] 水合肼有强还原性,可由次氯酸钠碱性溶液和尿素制得,流程如图,下列说法错误的是 (　 ) A.“反应器1”中的反应需在较低温度下进行 B.“反应器2”中应先加入“反应器1”中的溶液再缓慢加入“混合器”中的溶液 C.“物质X”为NaCl和Na2CO3 D.每制备1 mol水合肼需要消耗尿素60 g B eq \x(a.质软、能导电。可制电极) eq \x(b.作吸附剂、脱色剂) eq \x(\a\al(c.熔点高、硬度大。制饰品,和切削工具)) eq \x(\a\al(d.熔点高。半导体材料和制,光电池的材料)) eq \x(\a\al(e.具有特殊结构。可能成为,新型催化剂或催化剂载体)) eq \x(①金刚石) eq \x(②石墨) eq \x(③C60) eq \x(④活性炭) eq \x(⑤晶体硅)　 H2SiO3↓＋Na2CO3 H2SiO3eq \o(=====,\s\up17(△))SiO2＋H2O Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl　 CaCO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up12(高温))CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up12(高温))Na2SiO3＋CO2↑ $$