专题4 第18讲 无机非金属材料 化学与可持续发展(Word教参)-【精讲精练】2026年高考化学一轮复习（苏教版）

第18讲　无机非金属材料　化学与可持续发展 [课程标准]　1.能列举、描述、辨识碳、硅及其化合物重要的物理和化学性质及实验现象。2.能根据碳、硅及其化合物的性质分析生产、生活及环境中的某些常见问题，说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法。3.能说明碳、硅及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响。 考点一　硅和二氧化硅 1．硅单质 (1)存在：硅单质主要有晶体和无定形两大类。 (2)硅的工业制法及提纯 涉及的化学方程式： ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si＋4HCl (3)用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。 2．二氧化硅 (1)存在：普通沙(细小的石英晶体)和水晶(纯石英，无色透明晶体)。 (2)物理性质：熔点高，硬度大，难溶于水。 (3)化学性质 写出下列反应的化学方程式： ①SiO2与烧碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 ②SiO2与碳酸钙反应：SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。 ③SiO2与氧化钙反应：SiO2＋CaOCaSiO3。 ④SiO2与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (4)用途：光导纤维、光学仪器、电子部件等。 　正确的打“√”，错误的打“×”。 1．Si是半导体材料，可用作太阳能电池(　　) 2．工业上用焦炭和二氧化硅制取粗硅时生成粗硅和CO2气体(　　) 3．SiO2与NaOH溶液反应生成盐和水，也可以和氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物(　　) 4．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃(　　) 5．高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路”(　　) 答案　1.√　2.×　3.×　4.√　5.√ 题组 硅的应用 1.二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是(　　) ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ②SiO2＋2CSi＋2CO↑ ③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ ⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑ a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃 b．反应②中SiO2表现出氧化性 c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性 d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理 e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应 A．ace　　　　　　　　B．bde C．cde D．ab 解析　通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。 答案　B 2．由粗硅制备硅烷(SiH4)的基本流程如图所示： 已知：反应Ⅰ的化学方程式为Si＋3HClSiHCl3＋X，反应Ⅱ的化学方程式为SiHCl3＋YSi＋3HCl。下列说法不正确的是(　　) A．X和Y为同一种物质 B．SiH4的稳定性比NH3强 C．流程中的4个反应有3个属于氧化还原反应 D．反应Ⅳ中SiH4、NH3两种气体在常温常压下体积比为1∶4 解析　根据题给反应Ⅰ、Ⅱ的化学方程式和原子守恒可得，X为H2，Y为H2，X、Y为同一种物质，A正确；非金属性：N>Si，则简单氢化物的稳定性：NH3>SiH4，B错误；流程中的4个反应中前3个有元素化合价改变，属于氧化还原反应，C正确；由反应Ⅳ的化学方程式Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4↑＋4NH3↑＋2MgCl2可知，SiH4、NH3两种气体在常温常压下体积比为1∶4，D正确。 答案　B 考点二　无机非金属材料 1．传统无机非金属材料 (1)常见硅酸盐材料比较 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)玻璃生产中的两个重要反应： Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑； CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 2．新型无机非金属材料 (1)新型陶瓷 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。 (2)新型陶瓷的种类与用途 材料类型 主要特性 示例 用途 高温结 构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅与某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等 压电 陶瓷 实现机械能与电能的相互转化　 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、声纳探伤器、点火器等 透明 陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导 陶瓷 在某一临界温度下电阻为零 —— 可用于电力、交通、医疗等领域 (3)碳纳米材料 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。 材料类型 性能 用途 碳纳米管 比表面积大，高强度，优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 电阻率低，热导率高，具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等 　正确的打“√”，错误的打“×”。 1．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐(　　) 2．二氧化硅可用于生产玻璃(　　) 3．碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作(　　) 4．压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化(　　) 5．石墨烯的电阻率低，热导率也低(　　) 6．传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料(　　) 答案　1.×　2.√　3.√　4.√　5.×　6.× 题组1　传统无机非金属材料 1.(2024·1月九省联考贵州卷)奋进中的贵州取得了举世瞩目的成就，对下列成就涉及的化学知识说法错误的是(　　) A．“中国天眼”所使用的钢铁结构圈梁属于金属合金材料 B．“大数据中心”的电子设备芯片使用的材料是二氧化硅 C．“中国桥梁看贵州”，建造桥梁的水泥属于硅酸盐材料 D．“县县通高速”，高速路面使用的改性沥青是有机材料 解析　纯金属和合金属于金属材料，钢铁结构圈梁属于金属合金材料，故A正确； 芯片使用的材料是单质硅，故B错误；水泥属于硅酸盐材料，为无机非金属材料，故C正确；改性沥青为石油炼制产品，是有机材料，故D正确。 答案　B 2．世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。 (1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为_______________________、______________________________(用化学方程式表示)。 (2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是______________。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式为______________________(任写一个)。 (3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是______________(填化学式)。 (4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是________(填字母)。 A．普通玻璃坩埚　　　　 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 解析　(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料为石灰石。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式有SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑或SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。(4)普通玻璃坩埚和石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A、B不选；氧化铝坩埚中的氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C不选；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D选。 答案　(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (2)石灰石　SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑(或SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑) (3)SiO2　(4)D 题组2　新型无机非金属材料 3．(2023·常州华罗庚中学段考)室温常压超导材料LK­99(改性铅磷灰石)，其化学式为 Pb10－xCux(PO4)6O，x＝0.9～1.0。LK­99材料属于(　　) A．金属材料　　　　　 B．无机非金属材料 C．有机合成材料 D．半导体材料 解析　纯金属或合金为金属材料，而LK­99(改性铅磷灰石)，其化学式为Pb10－xCux(PO4)6O，为化合物，不属于金属材料、有机高分子材料，LK­99(改性铅磷灰石)为超导体，不属于半导体材料，应属于新型无机非金属材料，B正确；故选B。 答案　B 4．氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示： 其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。 请回答下列问题： (1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：________________________________________________________________________。 (2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________(填序号)。 (3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为__________。 (4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：_________________ _________________________________________________。 解析　(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒定律求得：3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。 答案　(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(2)①②　(3)Si3N4　(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl 考点三　环境保护与绿色化学 1．化学与环境保护 (1)环境问题：是指人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。 (2)大气污染：大气污染物主要来自化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。 (3)污水处理：常用化学方法有中和法、氧化还原法和沉淀法等。 (4)固体废物处理 ①原则：遵循无害化、减量化和资源化的原则。 ②目的：减少环境污染；资源回收利用。 2．绿色化学 (1)核心思想：改变“先污染后治理”的观念做法，利用化学原理和技术手段，减少和消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头减少或消除环境污染。 (2)理想“原子经济性反应”：反应物中的原子全部转化为期望的最终产物。此时原子利用率(期望产物总质量与生成物总质量之比)是100%。 题组 生活中的绿色化学 1.我国计划在2030年实现“碳达峰”，体现了对解决全球环境问题的大国担当。下列说法正确的是(　　) A．利用火力发电，减少CO2的排放 B．燃煤中加入CaO减少CO2气体的排放 C．采取节能低碳生活方式，禁止使用化石燃料 D．用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料，实现CO2的资源化利用 解析　利用火力发电，会增加煤炭的燃烧，不利于减少CO2的排放，故A错误；CaO和CO2高温下几乎不反应，因此燃煤中加入CaO不能减少CO2气体的排放，故B错误；采取节能低碳生活方式，不能禁止使用化学石燃料，只能尽量使用新能源代替化石燃料，故C错误。 答案　D 2．(2021·河北卷)硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大，但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注，下列说法正确的是(　　) A．NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体，是酸雨的主要成因 B．汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5 C．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定 D．工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除 解析　NO2是红棕色且有刺激性气味的气体，而SO2是无色有刺激性气味的气体，A错误；汽车尾气的主要大气污染物为C与N的氧化物，如NOx和CO等，B错误；氮的固定是指将游离态的氮元素转化为化合态，且植物可吸收土壤中的铵根离子或硝酸根离子作为肥料，不能直接吸收空气中的氮氧化物，C错误；工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除，如加入石灰石或石灰乳均可进行脱硫处理，D正确。 答案　D 1．(2023·湖北卷)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 解析　SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO，因此，制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，A正确；在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成立体空间网状结构，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错误；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正确；Si＋3HClSiHCl3＋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正确。 答案　B 2．(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　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，A不符合题意；蒜头纹银盒中主要成分为金属银，其中不含硅酸盐，B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，C符合题意；铜镀金钟座是铜和金等制得而成，其中不含硅酸盐，D不符合题意。 答案　C 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　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；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。 答案　A 4．(2022·辽宁卷)北京冬奥会备受世界瞩目。下列说法错误的是(　　) A．冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料 B．火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料 C．冬奥会“同心”金属奖牌属于合金材料 D．短道速滑服使用的超高分子量聚乙烯属于有机高分子材料 解析　花岗岩的主要成分是石英、云母、长石等矿物，属于无机非金属材料，A正确；碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，属于无机非金属材料，B错误；金属奖牌属于合金材料，C正确；聚乙烯属于有机高分子材料，D正确。 答案　B 5．(2021·天津卷)近年我国在科学技术领域取得了举世瞩目的成就。对下列成就所涉及的化学知识的判断错误的是(　　) A．北斗三号卫星搭载了精密计时的铷原子钟，铷(Rb)是金属元素 B．奋斗者号潜水器载人舱外壳使用了钛合金，钛合金属于无机非金属材料 C．长征五号B遥二火箭把天和核心舱送入太空，火箭动力源于氧化还原反应 D．天问一号探测器着陆火星过程中使用了芳纶制作的降落伞，芳纶是高分子材料 解析　铷位于周期表第五周期第ⅠA族，属于碱金属，铷(Rb)是金属元素，A正确；钛合金为合金，属于金属材料，B错误；火箭动力源于火箭燃料的燃烧，属于氧化还原反应，C正确；芳纶属于合成纤维，是高分子材料，D正确。 答案　B 学科网（北京）股份有限公司 $$