第6单元 第23讲 常见离子检验与推断（教师用书Word）-【正禾一本通】2026年新高考化学高三一轮总复习高效讲义（人教版 单选）

第22讲　碳、硅　无机非金属材料　 【备考目标】　1.掌握C、Si元素的单质及其重要化合物的性质及应用。2.掌握无机非金属材料的性质和用途。 考点1　碳　碳族元素 1．碳族元素 碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为ns2np2。 2．常见碳单质的结构、物理性质及用途 物质 金刚石 石墨 C60 结构 空间网状结构，共价晶体 层状结构，每层为平面六元并环结构 足球状分子，由正五边形和正六边形排列而成，分子晶体 性质 熔点高，硬度大 熔点高，硬度低，能导电 不能导电 用途 作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等 作铅笔芯、电极、润滑剂等 可作催化剂、催化剂载体 关系 它们互为同素异形体，都是无机非金属材料 3.碳的化学性质 (1)与O2的反应 ①O2不足：2C＋O22CO； ②O2充足：C＋O2CO2。 (2)与氧化物反应 ①与CuO反应：C＋2CuO2Cu＋CO2↑； ②与CO2反应：C＋CO22CO； ③与水蒸气反应：C＋H2O(g)H2＋CO(制水煤气)； ④与SiO2反应：2C＋SiO2Si＋2CO↑(制粗硅)，不能说明C的非金属性强于Si。 (3)与强氧化性酸反应 ①与浓硫酸反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O； ②与浓硝酸反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 4．碳的化合物 (1)CO2是温室气体，不是大气污染物。 (2)往CaCl2、Ca(NO3)2溶液中通CO2，不能产生白色沉淀。 (3)收集CO2可用排饱和NaHCO3溶液法。 (4)实验室用大理石和盐酸反应制CO2，不可用硫酸代替盐酸的原因：CaSO4微溶，覆盖在大理石表面，会阻止反应进一步进行。 (5)CO是有毒气体，原因是CO能与人体的血红蛋白相结合，导致缺氧中毒。 (6)干冰可用于人工降雨。 (7)除杂 ①CO中混有CO2，通过盛有NaOH溶液的洗气瓶，然后干燥气体。 ②CO2中混有CO，通过盛有CuO的硬质试管。 ③CO2中混有少量SO2或HCl，通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥气体。 5．草酸(H2C2O4)的性质 (1)二元弱酸，酸性比醋酸强。 (2)还原性：能使酸性高锰酸钾溶液褪色，离子方程式为2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。 (3)不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H2C2O4·2H2OCO↑＋CO2↑＋3H2O。 【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体(×) (2)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(×) (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)天然气的主要成分是甲烷的水合物(×) (6)证明酸性：碳酸>苯酚，可将盐酸与NaHCO3混合产生的气体直接通入苯酚钠溶液(×) (7)BaCO3不溶于水，可用作医疗上检查肠胃的钡餐(×) (8)将镁条点燃后迅速伸入集满CO2的集气瓶，可见集气瓶中产生浓烟并有黑色颗粒产生(√) (9)活性炭具有除异味和杀菌作用(×) (10)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(√) 一、碳与二氧化碳 1．(2025·西安铁一中高三考试)2024年6月26日，全球首列用于商业化运营的碳纤维地铁列车“CETROVO 1.0碳星快轨”在山东青岛正式发布，为人类应用碳材料树立了新的标杆。关于碳材料，下列叙述错误的是(　　) A．第一代碳材料——木炭：可用来炼铜、炼铁 B．第二代碳材料——炭黑：可用来制油墨和轮胎 C．第三代碳材料——碳纤维：属于有机高分子材料 D．第四代碳材料——石墨烯：能导电，可用于电池电极 答案：C 2．(2021·湖北高考)“碳中和”有利于全球气候改善。下列有关CO2的说法错误的是(　　 ) A．CO2是V形的极性分子 B．CO2可催化还原为甲酸 C．CO2晶体可用于人工增雨 D．CO2是侯氏制碱法的原料之一 答案：A 3．(2020·全国卷Ⅱ)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很大影响，其原理如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．海水酸化能引起HCO浓度增大、CO浓度减小 B．海水酸化能促进CaCO3的溶解，导致珊瑚礁减少 C．CO2能引起海水酸化，其原理为HCO⇌H＋＋CO D．使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境 解析：选C。根据图中信息，海水酸化的过程中，碳酸部分电离成HCO和H＋，电离产生的H＋与海水中的CO结合形成HCO，因此HCO浓度增大，CO浓度减小，A正确；海水酸化后H＋能与CO结合，导致碳酸钙的溶解平衡正向移动，从而导致珊瑚礁减少，B正确；二氧化碳引起海水酸化的原理应为H2CO3⇌H＋＋HCO，碳酸的第二步电离比第一步电离要弱得多，C错误；使用太阳能、氢能等新能源可以减少二氧化碳的排放，改善珊瑚的生存环境，D正确。 二、草酸与碳酸盐 4．学习化学不是靠一味背诵的，要学会运用合适的方法，如“类推”，这样才能事半功倍。下列类推不正确的是(　　 ) A．已知CO2通入Ca(OH)2溶液中先变浑浊后溶解，SO2通入Ba(OH)2溶液中也先变浑浊后溶解 B．已知BaCO3能溶于盐酸，溶液变澄清，BaCO3也能溶于硫酸，溶液变澄清 C．已知H2O能与Na2O2反应生成NaOH，H2O也能与BaO2反应生成Ba(OH)2 D．已知CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，则SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 解析：选B。CO2和SO2都是典型的酸性氧化物，所以化学性质类似，与Ca(OH)2或者Ba(OH)2溶液反应时都是先变浑浊后溶解，A项正确；BaCO3能溶于硫酸，但是会生成新的沉淀BaSO4，溶液依然浑浊，B项错误。 5．已知草酸(H2C2O4)是一种弱酸，157 ℃升华，170 ℃以上分解可放出CO2和CO；可与酸性KMnO4溶液反应；其钠盐易溶于水，钙盐难溶于水。下列说法正确的是(　　 ) A．草酸受热产生的气体，用足量的NaOH溶液充分吸收后，可收集得到纯净的CO B．草酸受热产生的气体通过灼热的氧化铜，若出现黑色变红色现象，则说明产生的气体中一定有CO C．草酸受热产生的气体直接通入足量的澄清石灰水中，若能产生白色浑浊现象，则说明产生的气体中一定有CO2 D．H2C2O4与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式为5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O 解析：选D。根据题干信息可知，在草酸受热产生的气体中会含有分解所产生的CO2和CO，也会含有其升华所产生的草酸蒸气，则产生的气体用足量的NaOH溶液吸收后，除去了CO2及草酸蒸气，但引入了水蒸气，A项错误；由于受热产生的气体中含有草酸蒸气，且草酸具有强还原性，所以氧化铜被还原也有可能是草酸作用的结果，不能由此确定一定存在CO，B项错误；由于受热产生的气体中含有草酸蒸气，又因为草酸钙同样难溶于水，所以形成的沉淀有可能是草酸钙，C项错误。 考点2　硅及其化合物 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．硅单质 2．二氧化硅 3．硅酸 4．硅酸盐 (1)硅酸盐是由硅、氧与其他化学元素结合而成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 (2)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 【基点判断】(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都可广泛用于制造光导纤维(×) (4)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应(×) (5)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(如NaOH)，不溶于任何酸(×) (6)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱(×) 一、硅及其化合物的性质 1．硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是(　　 ) A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C．反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为氧化剂 D．硅能与氢氟酸反应，则硅也可以与盐酸反应 解析：选A。由粗硅制备单晶硅的过程一般为SiSiHCl3Si＋HCl，都是氧化还原反应，B项错误；反应中Si为还原剂，C项错误；硅不能与盐酸反应，D项错误。 2．下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　 ) 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缆 C．二氧化硅能与碳酸钠固体在高温时发生反应 D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅 解析：选C。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，故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，故B错误；在高温时，二氧化硅能与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；由化学方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑可知，当生成2.24 L(标准状况)即0.1 mol气体时，得到0.05 mol即1.4 g硅，故D错误。 二、纯硅的制备 3．(2025·江西九江二模)以叶蛇纹石[主要成分是Mg6(Si4O10)(OH)8，含少量Fe2O3、FeO、Al2O3等]为原料提取高纯硅的流程如下： 下列说法错误的是(　　 ) A．操作Ⅰ为过滤 B．反应2的副产物可作燃料 C．反应3和反应4的副产物可循环利用 D．上述流程中有两步反应发生了氧化还原 解析：选D。反应1是稀硫酸加入叶蛇纹石中，Mg、Al、Fe的化合物转化为硫酸盐，溶在硫酸中，SiO2不溶解，过滤分离，该过程是非氧化还原反应；反应2是二氧化硅和碳在高温下反应生成硅和一氧化碳，反应3是硅和HCl反应生成H2和SiHCl3，反应4是H2和SiHCl3反应生成Si和HCl，反应2、反应3、反应4均是氧化还原反应；反应3的副产物是反应4的原料，反应4的副产物是反应3的原料，因此反应3和反应4的副产物可循环利用。 4．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。 (1)实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞。请用反应的化学方程式解释原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上制取高纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如下： ①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②该工艺流程中可以循环利用的物质有________________________________________________________________________ (写化学式)。 (3)某实验室利用SiHCl3(沸点33.0 ℃)与过量H2在1 000 ℃～1 100 ℃反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃。装置如图所示(热源及夹持装置略去)。 ①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③SiHCl3与水反应，生成两种酸和一种单质，写出SiHCl3与水反应的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (2)①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②HCl、H2 (3) ①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化进入D中　②有固体物质生成 ③SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl↑ 考点3　无机非金属材料 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英砂 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 2.新型陶瓷 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、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成 火箭发动机、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、超声波探伤器、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 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中C60是代表物 具有纳米尺度的直径，比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，电阻率低、热导率高，有很高的强度 一、传统无机非金属材料 1．“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 答案：C 2．水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙(3CaO·SiO2)。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式为2(3CaO·SiO2)＋6H2O===3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca(OH)2　ΔH<0，但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙，我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝的建筑质量。下列说法错误的是(　　 ) A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得 B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率 C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构 D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生 解析：选C。硅酸三钙与水反应，形成相互交联的结构，故C错误。 二、新型无机非金属材料 3．某电影向观众展示了太空电梯、行星发动机、超级计算机550 W等超前的科技幻想，探讨了数字生命、人工智能等科技伦理问题。它们与化学有着密切联系，下列说法不正确的是(　　 ) A．我国“硅­石墨烯­锗高速晶体管”技术获重大突破，C、Si、Ge都是主族元素 B．我国提出网络强国战略，光纤线路总长超过三千万公里，光纤的主要成分是SiO2 C．新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料 D．富勒烯、石墨烯都是含碳化合物 解析：选D。富勒烯和石墨烯都是碳元素的单质，故D错误。 4．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是(　　 ) 石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料 石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性 碳纳米管：具有优良的场发射性能，可用于制作阴极显像管、储氢材料 A.石墨烯具有良好的导电性 B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体 C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜 D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但生成物不同 答案：D 5．(2025·八省联考四川卷)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 答案：B 【真题演练·感悟高考】 1．(2023·广东高考)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是(　　) A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟 答案：C 2．(2022·河北高考)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 答案：A 3．(2023·湖北高考)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：选B。石英砂(SiO2)和焦炭在高温下反应生成Si和CO，A正确；Si晶体中每个Si原子与4个Si原子成键，平均1个Si原子形成2个Si—Si键，故1 mol Si所含Si—Si键的数目为2×6.02×1023，B错误；SiHCl3易水解，氢气中混有氧气可能会发生爆炸，故原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C正确；Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)为气体分子数减小的反应，为熵减反应，D正确。 4．(2023·山东高考)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题： (1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为________________________________________________________________________； 判断制备反应结束的实验现象是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 图示装置存在的两处缺陷是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知电负性Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。 m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①________________________________________________________________________， ②__________________________(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2 g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为________(填字母)。测得样品纯度为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (用含m1、m2的代数式表示)。 解析：(3)由后续操作可知，SiHCl3水解得到的硅酸水合物要先在坩埚中灼烧(得到SiO2)，然后在干燥器中冷却干燥SiO2，使用的仪器分别为A、C。根据原子守恒可得关系式SiHCl3～ SiO2，则m1 g样品中SiHCl3的质量为m2 g×，故样品纯度为m2 g×÷m1 g×100%＝×100%。 答案：(1)检查装置气密性 　 管式炉中固体消失、蒸馏烧瓶中无液体滴下　使用球形冷凝管冷凝SiHCl3，C和D之间缺少干燥装置，没有处理氢气的装置(任写其二)　(2) SiHCl3 ＋5NaOH===Na2SiO3 ＋H2 ↑＋3NaCl＋2H2O　 (3)灼烧　冷却干燥　AC　×100% 学科网（北京）股份有限公司 $