（学生版）7 第五章 第三节 无机非金属材料-【创新教程】2025-2026学年高中化学必修第二册五维课堂同步复习（人教版）

化学·必修第二册 第三节 无机非金属材料 课程标准 核心素养 1.通过查阅资料，了解传统无 ①宏观辨识与 能从二氧化硅、二氧化碳的结构的角度分析两者 机非金属材料的原料、成 微观探析 性质的差异，形成“结构决定性质”的观念 分，认识无机非金属材料在 生产中的应用 能通过无机非金属材料的学习，认识化学对社会 ②科学态度与 2.通过硅、二氧化硅的结构及 发展的重要贡献，具有可持续发展意识，能对与 社会责任 性质的学习，认识硅单质、 化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断 二氧化硅在生产中的应用 通过不能使用玻璃瓶放氢氟酸、不能用带玻璃塞 3.通过新型无机非金属材料 ③证据推理与 的学习，认识新型无机非金 的试剂瓶盛放碱液等原理的分析，培养证据意 模型认知 识，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系 属材料在生产中的应用 教材梳理。探新知 硅酸盐材料 二、新型无机非金属材料 1.无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 含有元素硅、氧、碳等元素 (1)硅元素的存在与结构 无机 非金属 性能 耐高温、抗腐蚀、硬度高 存在 原子结构周期表 材料 特殊的光学、电学等性能 日常生活应用 含量 存在形态 示意图 中位置 应用 航空、航天领域 信息领域 新能源领域 地壳中居第 2.传统无机非金属材料 位 产品 原料 主要成分 应用 生产建筑材料、绝 (2)单质硅的制备 陶瓷（含水的铝 缘材料、日用器皿、 硅酸盐) 卫生洁具 步骤 反应化学方程式 生产建筑材料、光学 粗硅的制取 普通 仪器和各种器皿，还 玻璃 可制造玻璃纤维用 (SiO,) 于高强度复合材料 粗硅与 水泥、沙子和碎石 HCI反应 水泥 等与水混合可以得 粗硅的提纯 少量石膏 到混凝土 H2还原 ·28· 第五章化工生产中的重要非金属元素 (3)硅和二氧化硅的用途 3.碳纳米材料 计算机芯片 碳纳米材料在 等领域有 硅 硅太阳能电池 着广阔的应用前景。 用途 结构特点 应用 二氧化硅 生产光导纤维 由碳原子构成的 代表物C开启 2.新型陶瓷 富勒烯 一系列笼形分子 碳纳米材料研究 组成 不再限于传统的硅酸盐体系 的总称 和应用的新时代 由石墨片层卷成 新型 特性和在光学、热学、电学、磁学等方 碳纳 用于生产 的管状物，具有 陶瓷 功能 面具有很多新的特征和功能 米管 电池和传感器 纳米尺度的直径 硬度大：用作砂纸 和砂轮的磨料 只有一个碳原子应用于光电器 实例 碳化硅(SiC) 石墨烯 直径厚度的单层 件、超级电容器、 可用作耐高温结构材 石墨 电池和复合材料 料、耐高温半导体材料 重难突破®释疑惑 要点一 单质硅的性质与制取 (3)粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行， 1.化学性质 且生成的是CO而不是CO2。 (1)常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应 ○[典例示范] 2F,+Si-SiF [典例1]如图，已知：①单质E是一种半导体材 Si+4HF—SiF4个+2H2个， 料，可用于制造太阳能电池；②化合物F是不 Si+2NaOH+H,O—Na,SiO3+2H2个。 成盐氧化物；③化合物】是一种酸，它能够跟 (2)加热时能与氧气、氯气、碳等反应 氧化物A发生反应，④2F2+2HO—4HF+ Si+O,△Si0,Si+2CL,△SiCl4, O2。据此，请回答下列问题： S十C商温siC. 氧化物A →单质E 高温 2.取 单质B 反应① 化合物F 高温 反应②网 ✉单质G (1)粗硅的制取 氧化物C 点燃 反应③ 单质H 2C+S0,商温2C0++S1(粗硅). 室温 单质D 反应④ 化合物I (2)纯硅的制取 (1)化合物F为 Si(粗硅)+2CL,△SiCL, (2)化合物I为 SiC1,十2H,商温si(纯硅)十4HC1。 (3)反应③的化学方程式为 [真情提示] [尝试解答] (1)Si、SiO2都能与氢氟酸反应； (2)常见的单质中能与NaOH溶液反应产生 H2的有金属Al,非金属Si。 ·29 化学·必修第二册 [知识总结]硅及其化合物的特殊性 C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何 (1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能 物质反应 从二氧化硅中还原出硅。 D.加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等 S0,十2C离遥si+2C0+。 非金属反应 (2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成 要点) 硅酸盐的表示方法 氢气，而硅却不然。 1.硅酸盐由于组成比较复杂，常用氧化物形式来 Si+2NaOH+H,O=Na2SiO3+2H2↑。 表示。 (3)一般情况下，活泼金属与酸发生置换反 2.氧化物的顺序；活泼金属氧化物→较活泼金 应生成氢气，非金属单质与非氧化性酸不反 属氧化物二氧化硅→水。 应，但硅例外。 3.氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他 Si+4HF=SiF4个+2H2↑。 元素按配置前后原子个数守恒原则配置 (4)一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，但 系数。 SiO2能与氢氟酸反应。 (1)氧化物之间以“·”隔开； SiO2+4HF-SiF4个+2H2O。 (2)系数配置出现分数应化为整数。 (5)一般情况下，较强的酸与较弱的酸的盐溶 例如；正长石KAISiO。不能写成 液反应，制得较弱的酸，如Na,SiO,十CO,+ HO一一NaCO3十H2SiO3(胶体)。但制玻璃 2K,0·2A1,0,·3S0,应写成K0· 时却发生了下列反应： Al2O3·6SiO2。 Na,C0,+SiO,高温Na,SiO,+CO,↑。 O[典例示范] (6)SiO2是熔点最高的非金属氧化物， [典例2]有一种矿石，经测定镁、硅、氧元素 H,SiO3是常温下呈固态的酸。 的质量比为12：7：16。 (7)硅酸钠叫泡花碱，但它是盐，水溶液俗称 (1)用盐的组成表示其化学式： 水玻璃，但它和玻璃的成分并不相同。 (2)用氧化物的组成表示其化学式： (8)硅与烧碱溶液反应的实质和铝与烧碱溶 液反应的实质相似，其中的氧化剂都是水。 (3)该矿石的成分属于 (填物质的 (9)硅具有“亲氟”性： 分类)。 Si+2F2—SiF4Si+4HF—SiF4个+ 2H2↑ [思路点拨] 改写→调序→调计量数 SiO2+4HF-SiF4个+2H2O [尝试解答] O[学以致用] 1.下列关于硅的说法中，错误的是 A.硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑 色有金属光泽的固体 B.单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石 硬度小，熔点低 ·30· 第五章化工生产中的重要非金属元素 心状元笔记 例如正长石(KAISiOg)风化生成高岭土 由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简 [AlSi2O(OH)],此反应的离子方程 化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化 式为： 物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物 2KA1SiO。+2H,CO3+5H,O—2K++ 形式存在的，而是以一种结构复杂的盐的 2HCO3+4H,SiO+Al,Si,O(OH) 形式存在的。 (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。 O[学以致用] ①KA1SiO8 2.矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解 ②Al2Si2O3(OH) 其中可溶部分生成的，此处所指的风化作用 (2)上述反应能够发生的原因是 是指矿物与水和CO。同时作用的过程。 随堂自测⊙夯基础 ● 1.在制玻璃、制水泥两种工业生产中，都需要原 5.获取知识和信息是现代人不可缺少的素质 料 信息产业的飞速发展离不开材料科学的推 动，信息产业的核心材料是高纯度的硅。下 A.纯碱 B.石灰石 面是高纯度单晶硅的生产方法之一： C.石英 D.黏土 sO,CSi(粗硅) 2.硅是无机非金属材料的主角。下列物质含 HGI,CL,SiHCL,(沸点 有硅单质的是 ( 31,5℃)瓦，51气相沉积法高纯硅一单 晶硅 A.光导纤维 B.太阳能电池板 近代用得较多的另一种方法（之二）是：用金 C.水玻璃 D.水晶 属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷 3.下列生活、生产中用到的材料属于新型无机 (SH,);再热分解硅烷可得高纯硅。单晶硅 非金属材料的是 可用于制作大规模集成电路、整流器等，硅 A.玻璃钢 B.纯碱 纯度越高，大规模集成电路的性能越好。 (1)从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还 C.压电陶瓷 D.钢化玻璃 原得到的硅为何还要进一步处理？ 4.石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的材料，可 用来生产未来的超级计算机。构成石墨烯 的元素是 (2)写出方法二中，生产高纯硅的两个化学 方程式： ① ② C温馨提 A.碳 B.硅 C.银 D.铝 学习至此，请完成配套训练 ·31·(2)因为反应消耗n(H)=0.08mol,余n(H)=0.2mol 0.08m0l=0.12m0l,即反应后c(H+)=0.12m0=1,2mol/ 0.1L L。反应消耗n(NO)=n(NO)=0.02mol;余n(NO)= 0.2mol-0.02mol=0.18mol,即反应后c(NO5)= 0.18mol=1.8mol/L。 0.1L 答案：(1)N00.4480.06 (2)1.21.8 2.解析：(1)以汽油为燃料的汽车排放的废气最多，电动汽车排 放的最少。 (2)根据氧化还原反应的原理进行分析，用NH,将NO还原 成无毒气体，该气体只能是N,,剩下的氢、氧元素只能结合 成水。 答案：(1)电动以汽油为燃料的 (2)6N0+4NH30.5N,+6H,0 随堂自测夯基础 1.C[硝酸中N得到电子，元素化合价降低，生成气体，则表 现硝酸的氧化性，有硝酸盐生成，则表现硝酸的酸性，据此解 答。A项，锌与稀硝酸反应生成NO和硝酸锌和水，表现了 硝酸的氧化性和酸性；B项，Mg(OH)?与硝酸反应生成硝酸 镁和水，只体现了硝酸的酸性；C项，C与浓硝酸反应生成 CO,、NO,和水，只体现了硝酸的氧化性；D项，铜与浓硝酸 反应生成硝酸铜、NO,和水，硝酸既表现氧化性又表现 酸性。] 2.D[酸雨形成的主要原因是大气中NO,和SO2的大量排 放，而不是工业废水任意排放。] 3.D[浓硝酸具有挥发性，见光分解和受热分解的不稳定性， 还具有强的氧化性等。A.光照易分解是其不稳定性的表 现，故A正确；B.露置于空气中因其挥发导致溶质减少，溶 液浓度降低，故B正确：C.浓硝酸的强氧化性能氧化几乎所 有的金属和绝大多数非金属，所以能与碳反应，故C正确； D.常温下铜可在浓、稀硝酸中发生反应，而铁、铝在浓硝酸 中才能发生钝化，所以D错误。] 4.C[①用煤作燃料，煤中的硫燃烧生成二氧化硫，所以少用 煤作燃料可减缓酸雨的产生，故正确；②工厂烟囱造高一些 不能减少二氧化硫、氨氧化物的产生，所以不能减少酸雨的 产生，故错误；③将矿石燃料脱硫、⑤开发新能源都能减少二 氧化硫、氨氧化物的排放，所以能减少酸雨的形成。故正确； ④在已酸化的土壤中加石灰，可以改良土壤。但不能减缓酸 雨污染，故错误；故选C。] 。9 参考答案 5.解析：(1)酸雨是指pH<5.6的降水。雨水中的亚硫酸被氧 化为强酸硫酸，所以雨水酸性会逐渐增强，反应的化学方程 式为2H,SO,十O2—2H,SO,。在煤中加入适量石灰石， 可以大大减少煤燃烧时SO,的排放，同时得到硫酸钙，发生 反应的化学方程式为2CaC0,十2S0,+0,△2CaS0, +2C02。 (2)亚硫酸和空气中的氧气反应生成硫酸，故离子方程式为 2H,S0,+0,—4H+2S0。 (3)空气中存在CO,溶于水生成碳酸使雨水显酸性，正常雨 水的pH值约等于5.6。 (4)利用关系式：SO2~SO~BaS0, 0.001mol 2需品=1X10ml n(S02)=n(BaS0,)=1X10-3mol 1L空气中SO2的体积为22.4L/mol×0.00lmol= 0.0224L,S0,的你积分数为0.0224L×100%=2.24%。 答案：(1)5.62H2S03十02=2H2S0, 20ac0,+2S0,+0,△2Cas0,+2c0, (2)2H2S02+02==4H+2SO (3)大气中的CO,溶于雨水 (4)2.24% 第三节无机非金属材料 教材梳理探新知 一、2.黏土纯碱、石灰石和石英砂Na,SiO,、CaSiO3、SiO, 黏土和石灰石 二、1.(1)二氧化物和硅酸盐第三周期、第ⅣA族 (2)S0,十2C商温si(粗)+2C0+ Si(粗)+3HC1△-SiHCI,+H, SHCl,十H,高温s(纯)十3HC 3.能源、信息、医药复合材料 重难突破释疑惑 典例示范 [典例1][解析]由题千中信息①②并结合框图中的反应 ①可推知E和F分别为Si和C0。反就①为SiO,十2C高温 Si十2CO◆，则氧化物A是SiO,它能与氢氟酸反应，不与其他 酸反应，由此可判断化合物I为HF,结构框图转化关系可推出 C为HO,D为F2,G为H,,H为O2。 [答案](1DC0(2)HF(3)2H,+0,点燃2H,0 化学·必修第二册 [典例2][解析]n(Mg):m(Si):n(O)=2'28‘6 12716 =2:1:4。 [答案](1)Mg2 SiO,(2)2Mg0·SiO2(3)硅酸盐 学以致用 1.C[硅虽然外形像金属（有金属光泽），但实际上属于非金 属；硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅 晶体比金刚石的硬度小，熔点低：硅的化学性质不活泼（尤其 是在常温下)，但高温能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发 生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发 生反应。] 2.解析：(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，只需将除O 以外所有的元素写出其常见氧化物，并用“·”将它们合并起 来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成比。在某种 (或几种)氧化物前加合适的系数。 ①KA1Si,Og:K2O·Al,O,·6SiO2;②Al,SiO(OH)1: Al2O3·2SiO2·2H2O。 (2)分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的复分 解反应，是由于酸性：H,CO,>H,SiO,发生了较强的酸制 取较弱的酸的反应。 答案：(1)①K,O·A12O3·6SiO, ②Al,O3·2SiO2·2H2O (2)较强的酸能制取较弱的酸 随堂自测夯基础 1.B[制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英；制水泥的原料是 石灰石、黏土等。相互对比后可知B项为正确答案。] 2.B[光导纤维的主要成分是二氧化硅，A项错误；硅是半导 体，用于制作太阳能电池板，B项正确：水玻璃的主要成分是 硅酸钠，C项错误；水晶的主要成分是二氧化硅，D项错误。] 3.C[A.玻璃钢属于复合材料，选项A错误；B.纯碱是碳酸 钠，不属于新型无机非金属材料，选项B错误；C.压电陶瓷 是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于 新型无机非金属材料，选项C正确；D.钢化玻璃属于无机非 金属材料，选项D错误。] 4.A[石墨烯是从石墨中剥离出的碳单质。] 5.解析：(1)根据方法一的生产流程，可得如下化学方程式： S10,+2C高温s1(粗硅)+2C0◆，所得的粗硅中含有大量的 其他杂质（如C、SO,等），没有实际应用价值，将粗硅用 HC1、Cl2处理转化为沸，点低的SiHCL,化学方程式为Si十 CL,十HC高温sHCl,低沸，点的SHCL,通过蒸馏极易将其 分离提纯，然后将纯的SHCL在高温下用H,还原即可得 ·9 到高纯度的Si蒸气，SiHCL,+H,高温si+3HCl,再进行气 相沉淀即可制得高纯度的硅，从而得到单晶硅。 答案：(1)由C还原SiO,得到的单质Si中，杂质含量过高， 将它用HCI、CL,处理得到低沸点的SiHCI,便于蒸馏提纯， 然后再还原得到高纯硅 (2)①Mg,Si+4HCl-2MgCl2+SiH,↑ ②siH,△Si+2H, 第六章化学反应与能量 第一节化学反应与能量变化 第1课时化学反应与热能 教材梳理探新知 一、1.①释放热量②吸收热量 二、1.(1)吸收能量放出能量(2)吸收吸收放出放出 2.小于大于大于小于 三、4.(1)可以再生，对环境无污染(2)太阳风氢 重难突破释疑惑 典例示范 [典例1]C[H2SO,与Ba(OH),溶液混合，酸与碱发生中 和反应，是放热反应：燃烧是指剧烈的发光、发热的反应，因 而都是放热反应：复分解反应，有的是放热反应，如酸碱中和 反应，有的是吸热反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的 反应。] [典例2]C[从题图可以看出，反应物的总能量高于生成物 的总能量，该反应是放热反应，A、D项错误：断键时需要吸 收能量，B项错误，C项正确。] 学以致用 1,D[金属钠与水的反应和氢气燃烧都是放热反应，浓硫酸 的稀释只是放热现象，不是放热反应。] 2.A[由题中信息可知，1molH,(g)的共价键断裂吸收能量 436kJ,7mol0,(g)的共价键断裂吸收能量249k,两项共 吸收能量685k;1molH,(g)与号mol0,(g)形成1mol H,O(g)共释放能量930k。在1molH,(g)跟2molO (g)反应生成1 mol H,O(g)的过程中，放出的能量比吸收的 能量多245kJ,C项中缺少物质的状态，所以释放的能量不 一定是245kJ。] 随堂自测夯基础 1D[A.化学反应过程中一定伴随能量的变化，反应物总能 量与生成物总能量一定不相等，故A错误；B.中和反应是酸 和碱发生的反应，是放热反应，故B错误；C.形成新的化学 键过程中需要放出能量，故C错误；D.燃烧是可燃物发生的 剧烈的发光放热的反应，是放热反应，故D正确。故选D。]