5.3 无机非金属材料【上好课】高一化学深度学习辅导讲义（人教版必修第二册）

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 要点 1 碳单质 1. 碳原子的结构 C原子结构示意图： ，在自然界以化合态和游离态形式存在。 2. 常见碳单质的结构及物理性质 常见的碳单质有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、碳纳米管等，它们互为同素异形体。 (1) 金刚石 碳原子的排列方式：正四面体的空间网状结构 物理性质：熔点高，硬度大，不导电 (2) 石墨 碳原子的排列方式：层状结构，每层为正六边形的平面网状结构 物理性质：熔点高，硬度小，能导电 (3) 足球烯（C60） 碳原子的排列方式：“足球”状分子，由正五边形和正六边形排列而成 物理性质：不导电 3. 碳单质的化学性质 (1) 与氧气（O2）的反应 O2不足：2C＋O22CO O2充足：C＋O2CO2 (2) 与氧化物反应 ①与CuO反应：2CuO＋C2Cu＋CO2↑ ②与Fe2O3反应：Fe2O3＋3C2Fe＋3CO↑ ③与CO2反应：CO2＋C2CO ④与水蒸气（H2O）反应：C＋H2O(g)CO＋H2(制水煤气) ⑤与SiO2反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑(制粗硅) SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金刚砂) (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. 碳单质的用途： ①金刚石硬度大，作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等； ②石墨为细鳞片状结构，质软、有导电性、滑腻性、耐高温，作铅笔芯、电极、润滑剂、坩埚； ③木炭和活性炭疏松多孔的结构，有吸附性，可用于吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味剂等； ④作燃料，用于家庭取暖、做饭等； ⑤作还原剂：冶炼金属，如冶炼金属铜、铁等。 5. 碳元素在自然界中的循环 (1) CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。 (2) 自然界消耗CO2的主要反应： ①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3； ②光合作用将CO2转化为O2； ③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。 要点 2 碳的氧化物CO和CO2 1. 碳的氧化物的物理性质 色态味 密度(比空气) 水溶性 毒性 相互转化 CO 无色、无 味、气体 小 难溶 有(易结合血红蛋白) CO2 大 能溶 无(温室效应) 2. 碳的氧化物的化学性质 (1) CO 与O2、金属氧化物等发生反应（还原性） Fe2O3：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 (2) CO2 ①酸性氧化物 a. 与水反应：CO2＋H2OH2CO3 b. 与碱反应：CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2足量：CO2＋NaOH===NaHCO3 c. 与碱性氧化物反应：CO2＋CaO=CaCO3 d. 与Ca(ClO)2盐溶液反应：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO（CO2少量） Ca(ClO)2＋2CO2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO（CO2过量） ②氧化性 a. 与C反应：CO2＋C2CO b. 与Mg反应：2Mg＋CO22MgO＋C 注：向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2气体，由于盐酸的酸性比碳酸的强，不会产生BaCO3或CaCO3沉淀。 3. CO及CO2气体的除杂方式 CO中混有CO2 通过盛有NaOH溶液的洗气瓶，然后干燥气体 CO2中混有CO 通过盛有灼热CuO的硬质玻璃管 CO2中混有O2 通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管 CO2中混有少量SO2 通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶，然后干燥气体 CO2中混有少量HCl 通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥气体 注：①澄清石灰水只用于检验CO2，不能用于除去混合气体中的CO2，应用NaOH溶液除去； ②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生。 要点 3 碳酸和碳酸盐 1. 碳酸 二元弱酸、不稳定，常用CO2＋H2O代替H2CO3，但酸性比苯酚、次氯酸强。 2. 碳酸的正盐和酸式盐的比较 正盐(CO) 酸式盐(HCO) 溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶 热稳定性 正盐＞酸式盐 溶液pH 同浓度：正盐＞酸式盐 相互转化 COHCO 要点 4 单质硅 1. 硅的存在及物理性质 (1) 存在 晶体硅 单质硅（自然界中无游离态硅，硅以化合态存在，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于地 无定形硅 壳中，含量仅次于氧，位列第二） (2) 单质硅结构 硅元素原子序数为14，单晶硅中每个Si原子分别与4个相邻的Si 原子形成4个σ键，形成立体空间网状结构，每个硅原子平均含有2个Si—Si键，Si原子的配位数为4，晶体中最小的环是6元环，1个环中平均含有0.5 Si原子，含Si—Si键数为1。 (3) 物理性质 色、态 光泽 熔点 硬度 质地 导电性 用途 灰黑色固体 金属 高（金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅） 大 脆 半导体 半导体材料和合金材料 2. 硅的化学性质 (1) 常温 ①与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑； ③与F2反应：Si＋2F2===SiF4 (2) 高温 ①与O2反应：Si＋O2SiO2。 ②与Cl2反应：Si＋Cl2SiCl4 3. 硅的工业制法 (1) 原料：石英砂和焦炭 (2) 制备：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ (3) 提纯：Si(粗)＋2Cl2SiCl4；SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 注：①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。 ②粗硅中含碳等杂质，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，得到高纯度硅。 4. 硅的用途 半导体材料、太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等。 要点 5 二氧化硅 1. 二氧化硅的存在 硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子等。 2. 二氧化硅的结构特点 SiO2晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合，每个硅原子平均含有4个Si—O键。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。 3. 二氧化硅的物理性质 熔点高，硬度大，不溶于水 4. 二氧化硅的化学性质 (1) 酸性氧化物 ①与碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ②与碱性氧化物（CaO）反应：SiO2＋CaOCaSiO3 ③与盐反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑（工业制玻璃） (2) 氧化性 ①与碳反应：SiO2+2CSi+2CO↑(制粗硅) SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金刚砂) ②与Mg反应：4Mg＋SiO22Mg2Si＋2MgO Mg2Si＋2H2O=SiH4↑＋2Mg(OH)2(制硅化氢) (3) 特性 与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 5. 二氧化硅的用途 (1) 水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品 (2) SiO2是制光导纤维的重要原料 (3) 较纯的石英用于制造石英玻璃 (4) 石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料 注：①由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 ②未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。 ③因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中。 ④SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 要点 6 硅酸 1. 硅酸的物理性质 硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。新制备的硅酸为透明、胶冻状，硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”（常用作干燥剂）。 2. 硅酸的化学性质 (1) 弱酸性（酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，与碱反应时只能与强碱反应） H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O (2) 不稳定性（热稳定性很差，受热分解为SiO2和H2O） H2SiO3SiO2＋H2O 3. 硅酸的制备 由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。 Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（证明酸性：H2CO3＞H2SiO3） 4. 硅酸的用途 硅胶可作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品的干燥剂。 要点 7 硅酸盐 1. 硅酸盐的概念 由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 2. 硅酸盐的表示方法（常用氧化物的形式表示） 氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。 如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。 注：（1）氧化物之间以“· ”隔开； 名称 化学式 俗名 颜色 溶解性 状态 硅酸钠 Na2SiO3 泡花碱（水溶液俗称水玻璃，显碱性，有黏性） 白色 可溶于水 粉末状固体 （2） 计量数配置出现分数应化为整数。硅酸盐改写为氧化物形式时，各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。当系数配置出现分数时一般应化为整数。如上例中KAlSi3O8，将K2O·Al2O3·3SiO2，要写成K2O·Al2O3·6SiO2。 3. 硅酸钠(Na2SiO3)——又称泡花碱 (1) 物理性质 (2) 化学性质 与酸性较硅酸强的酸反应 HCl：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ CO2水溶液：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓ (3) 用途：黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料。 注：①Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。 ②可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。 4. 硅的价类二维图 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ③Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓(CO2少量) Na2SiO3＋2H2O＋2CO2===2NaHCO3＋H2SiO3↓(CO2过量) ④H2SiO3H2O＋SiO2 要点 8 传统无机非金属材料 1. 含义 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 2. 分类 (1) 陶瓷：陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。 (2) 玻璃：普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。 (3) 水泥：普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 3. 传统无机非金属材料的比较 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 黏土、石灰石、石膏 石灰石、石英砂、纯碱 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 变化 复杂的物理、化学变化过程 主要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 复杂的物理、化学变化过程 组成 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙3CaO·Al2O3) 硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 硅酸盐 用途 重要的建筑材料 制化学实验用的玻璃仪器、窗玻璃等 在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛 要点 9 新型无机非金属材料 1. 高纯度含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅，具有特殊的光学和电学性能。 2. 新型陶瓷 (1) 含义：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 (1) 含义：碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。 (2) 类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 (3) 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 命题点 1 碳及其化合物的性质和应用 典例1 科学家发现了纯碳新材料“碳纳米泡沫”，每个泡沫含有约4000个碳原子，直径约6~9nm，在低于-183℃时，泡沫具有永久磁性。下列叙述错误的是 A. “碳纳米泡沫”与石墨互为同素异形体 B. 把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中能产生丁达尔现象 C. “碳纳米泡沫”是一种新型的碳单质 D. “碳纳米泡沫”和金刚石的性质相同 典例2 为了获得良好的草酸酯加氢的催化效果，通常需要保持铜催化剂中Cu0和Cu+的组成相对稳定，将C60作为电子缓冲剂，通过中性碳团簇(C60)与负离子()的切换可有效地稳定铜催化剂中Cu0和Cu+的比例。下列说法正确的是 A. C60是新型化合物 B. 当1molC60转变为时，失去60mol电子 C. 当C60转变为时，铜催化剂中Cu0和Cu+的个数比减小 D. 草酸酯催化加氢过程中，需要不断补充C60 典例3 海洋碳循环在整个地球气候系统中具有重要地位，下列叙述错误的是 A. 海洋酸化会导致海水吸收CO2的能力减弱 B. 温室效应导致的海表温度上升，会增加海洋对CO2的吸收 C. 该循环中涉及反应CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2，CO2排放量的增加将影响珊瑚生存 D. 虽然塑料颗粒中含有的碳很难降解进入海洋碳循环，但仍会造成污染 变式1新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯正成为物理、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 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 变式2 我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和。下列说法正确的是 A. “碳达峰”和“碳中和”中的“碳”都是指碳元素 B. 光催化CO2和H2O合成甲醇是实现碳中和的有效手段 C. 在燃煤中加入生石灰是实现碳中和的重要途径 D. 利用火力发电产生的电能电解水制氢有利于实现碳中和 命题点 2 二氧化碳与碱、盐反应 典例1用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是 选项 操作及现象 溶液 A 通入CO2至过量，溶液一直不出现浑浊现象 饱和Na2CO3溶液 B 通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊不消失，再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液 典例2将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示．下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是 A. Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2+CO2═BaCO3↓+H2O B. ab段与cd段所发生的反应相同 C. de段沉淀减少是由于BaCO3固体消失 D. bc段反应的离子方程式是2AlO2﹣+3H2O+CO2═2Al(OH)3↓+CO32﹣ 变式1离子的摩尔电导率可用来衡量电解质溶液中离子导电能力的强弱，摩尔电导率越大，离子在溶液中的导电能力越强。已知Ca2＋、OH-、HCO的摩尔电导率分别为0.60、1.98、0.45，据此判断，向饱和的澄清石灰水中通入过量的CO2[方程式为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O，CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2]，溶液导电能力随CO2通入量的变化趋势正确的是 A． B． C． D． 命题点 3 硅、二氧化硅的性质及其应用 典例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SiO2+2CSi+2CO↑，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的 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. 由SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑可知，硅酸的酸性大于碳酸的 典例2某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是____________________________________________________。 (2)装置B的作用是____________________________________________________。 (3)装置C、D中所盛试剂分别为_______________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为________________________________________。 (4)该装置的缺点是____________________________________________________。 变式1硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅及其化合物的叙述错误的是 A. 氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，其化学式为Si3N4 B. 高纯硅可以制成计算机、通信设备等的芯片 C. 硅可以用来生产新型无机非金属材料——光导纤维 D. 二氧化硅为立体网状结构，每个硅原子结合4个氧原子 变式2二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部分转化过程如图所示，下列说法正确的是 A. SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B. 因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强 C. SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性 D. 除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应 命题点 4 硅的制备 典例1硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题： (1) 制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下： ①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：____________________________。 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：___________________________________________； H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是___________________________。 (2) 化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息： Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应； Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4； Ⅲ.SiH4在空气中自燃。 他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第①步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。 ①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是_________________________________________________________。 ②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是___________________________。 变式1从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下： ①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ ②Si(粗)＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 关于上述反应的叙述不正确的是(　　) A.①③是置换反应，②是化合反应 B.高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅 C.任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子 D.高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅 命题点 5 硅酸、硅酸盐的性质及其应用 典例1下列关于硅酸的说法正确的是 A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得 B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质 C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应 D．硅胶可用作袋装食品的干燥剂 典例2为了进一步确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计用下图所示装置进行一次实验即可达到目的(不必再选用其他酸性溶液)。 请回答： (1) A中的化学反应方程式可能为__________________________________。 (2) B装置的作用是_____________________________________________。 (3) C中的现象有_____________，反应离子方程式为__________________。 (4) 根据实验，三种酸的强弱顺序为_____________，其依据为_____________________________________。 典例3用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是(　　) A. 钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O B. 镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·SiO2 C. 钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2 D. 高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]，表示为Al2O3·2SiO2·2H2O 典例4下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是(　　) A. 它是一种纯净物，既不燃烧也不易腐蚀 B. 水玻璃是生产玻璃的主要原料之一 C. 木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D. 水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 变式1碳酸的酸性比硅酸强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是(　　) A. CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B. CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C. 高温下SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成CO2 D. 氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀 变式2下列关于硅酸盐的说法中正确的是(　　) A．硅酸盐都难溶于水 B．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂 C．硅酸盐通常可用氧化物的形式表示，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的 D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅 变式3和田玉在我国至少有7 000年的历史，也称为软玉，是我国玉文化的主体。和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述正确的是(　　) A.其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2O B.它能够抵抗任何酸碱的腐蚀 C.其中铁元素的化合价为＋3 D.其中铁元素的化合价为＋2 命题点 6 无机非金属材料 典例1下列关于无机非金属材料的说法不正确的是 A. 传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B. 新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差 C. 高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D. 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同 变式1陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡——福建德化县。德化陶瓷早在宋元时期就是“海上丝绸之路”的重要出口商品。下列说法不正确的是 A. 陶瓷、玻璃和水泥均属于传统无机非金属材料 B. 陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3 C. 高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能 D. 陶瓷是以粘土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成 点拨 1 检验CO2中是否存在CO的装置及作用 各装置的作用是： A——除去混合气体中的CO2 B——检验混合气体中CO2是否除尽 C——干燥气体 D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2 E——安全瓶，防倒吸 F——验证CO的氧化产物CO2 G——除去尾气中的CO，防止污染环境 确定混合气体中含有CO的实验现象： D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。 点拨 2 CO2与碱、盐溶液的反应规律 1. 与碱溶液的反应 (1) 反应原理 NaOHNa2CO3NaHCO3 (2) 反应后溶质成分的判断 x＝ 溶质成分 x≤1∶1 NaHCO3 1∶1<x<2∶1 Na2CO3、NaHCO3 x＝2∶1 Na2CO3 x>2∶1 NaOH、Na2CO3 也可用数轴来表示： ①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3 ②CO2少量时 CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 CO2过量时 2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO 2. 与盐溶液的反应 (1) CO2与盐溶液的常见反应 碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。如： ①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3 ②CO2少量 CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 CO2过量 2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ③CO2少量 CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO CO2过量 2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO ④CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3 ⑤CO2少量 CO2＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3 CO2过量 CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 注：①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H＋就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将H2S通入CuSO4溶液中或向氢硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4(S2－与Cu2＋结合成难溶的CuS)，H2S＋Cl2===S↓＋2HCl(S2－被氧化)。 ②CO2与溶液反应的产物与CO2的用量无关，都生成NaHCO3，因为酸性H2CO3>>HCO。 ③CO2与NaClO溶液反应的产物与CO2的量无关，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因为酸性H2CO3>HClO>HCO。 ④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反应，无沉淀产生。 点拨 3 CO2及SiO2的性质比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 所属类别 均为酸性氧化物 结构 硅氧四面体相连构成的螺旋链 由CO2分子构成 物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，能溶于水 化学性质 与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3 与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反应 与碱(NaOH)反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) 生成正盐(CO)：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O 生成酸式盐：(HCO)CO2＋NaOH=== NaHCO3 与盐反应 如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑ 如与Na2SiO3反应：CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 与碱性氧 化物反应 如与CaO反应：SiO2＋CaO CaSiO3 如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件等 制饮料、制碳酸盐等 点拨 4 碳、硅及其化合物性质“反常”小结 1. 一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。 2. 一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3. Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 4. 非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 5. 非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 6. 一般情况下，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物)。 7. 一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。 8. 一般情况下，较强酸＋较弱酸的盐―→较弱酸＋较强酸的盐(仅适用于常温下水溶液中进行的反应)。 因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。 但在高温下，可发生反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑(该反应是在高温干态条件下进行的，可从化学平衡角度理解，高温时，SiO2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的CO2气体，CO2离开反应体系促进反应的正向进行)。 9. 一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)H2＋CO。 10. 一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。 11. SiO2能与氢氟酸反应，故不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。 12. SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 点拨 5 纯硅制备 1. 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ 2. 粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 3. 粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：Si(粗)＋2Cl2SiCl4 4. SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl 5. SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 6. SiO2＋2Mg2MgO＋Si 7. SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl 8. SiH4在空气中易自燃：SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O ◆能力强化练 1. 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 纳米碳管：具有优良的场发射性能，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，但反应产物不同 2. CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是 A．光合作用 B．自然降雨 C．化石燃料的燃烧 D．碳酸盐的沉积 3. 标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为( 不考虑CO、HCO的水解) A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶3 4. 有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是(　　) A. 高纯度的硅广泛用于制作计算机中的芯片 B. 硅可由二氧化硅还原制得 C. 低温时，硅与水、空气和一般酸不反应，但能与氢氟酸反应 D. 自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅 5. SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(见下图)。下列说法中错误的是(　　) A. 图中所涉及反应都不属于氧化还原反应 B. 纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料 C. 用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 D. 盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 6. 北京故宫的屋顶有各种颜色的琉璃瓦，其坚实耐用，经历几百年的风雨洗礼仍能保存完整，下列说法错误的是 A. 琉璃瓦的主要成分是硅酸盐 B. 制作琉璃瓦的主要原料是黏土 C. 琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构 D. 黄色和绿色琉璃瓦中分别含有、 7. 化学与生活、科技、社会发展息息相关。下列说法正确的是 A. “天宫”空间站使用聚乳酸材料餐具，聚乳酸是化合物 B. 富勒烯与石墨烯用途广泛，它们都属于新型无机非金属材料 C. 冬奥场馆建筑使用碲化镉发电玻璃，碲和镉均属于主族元素 D. 中国承建的卡塔尔首座光伏电站中的光伏材料为高纯度二氧化硅 8. 研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。 (1) 溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO占95%。写出CO2溶于水产生HCO的方程式：_________________________________________________________。 (2) 在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。 ①写出钙化作用的离子方程式：____________________________________________。 ②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整： ________＋________(CH2O)x＋x18O2＋xH2O (3) 海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法： ①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。 ②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x mol·L－1 HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________ mol·L－1。 ◆综合拔高练 9. 下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是(　　) A. 过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活” B. 一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合 C. 金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大 D. 石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应 10. 将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(　　) 11. 向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，请回答下列问题： (1) 由于CO2通入量不同，所得到的白色固体的量及组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。 (2) 若通入CO2气体2.24 L(标准状况)，得到11.9 g白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量分别为多少？KOH的物质的量浓度为多少？ 12. 有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是(　　) A. 高纯度的硅广泛用于制作计算机中的芯片 B. 硅可由二氧化硅还原制得 C. 低温时，硅与水、空气和一般酸不反应，但能与氢氟酸反应 D. 自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅 13. 下列叙述中正确的是(　　) A. 因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 B. 碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 C. 二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物 D. 二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸 14. 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下： Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅； Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2； Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1100 ℃反应制得纯硅，已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题： (1) 第Ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为________________________________________________________。 (2) 粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为__________。 (3) 用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(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______________________，装置D中发生反应的化学方程式为__________________________________________________________。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及______________。 ④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。 a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e.Na2SO3溶液 15. 水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程： 下列说法正确的是(　　) A. 原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值 B. 操作A与操作B完全相同 C. 该流程中硅元素的化合价发生改变 D. 反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 16. 寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是(　　) A. 寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触 B. 寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物 C. 潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质 D. 久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质 ◆高考真题练 17. （2025河南）活字印刷术极大地促进了世界文化的交流，推动了人类文明的进步。下列“活字”字坯的主要成分为硅酸盐的是 A．泥活字 B．木活字 C．铜活字 D．铅活字 A．A B．B C．C D．D 18. （2025 云南）稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的是 A. 可与NaOH溶液反应 B. 盐酸在该工艺中体现了还原性 C. 高纯Si可用于制造硅太阳能电池 D. 制备纳米Si： 19. （2025 湖南）材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列材料属于金属材料的是 A. 高强韧无磁不锈钢——聚变能实验装置中的低温结构部件 B. 金刚石薄膜——“梦想”号大洋钻探船使用的钻头表面涂层 C. 超细玄武岩纤维——嫦娥六号携带的月面国旗的纺织材料 D. 超细玻璃纤维——国产大飞机中隔音隔热的“飞机棉” 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 要点 1 碳单质 1. 碳原子的结构 C原子结构示意图： ，在自然界以化合态和游离态形式存在。 2. 常见碳单质的结构及物理性质 常见的碳单质有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、碳纳米管等，它们互为同素异形体。 (1) 金刚石 碳原子的排列方式：正四面体的空间网状结构 物理性质：熔点高，硬度大，不导电 (2) 石墨 碳原子的排列方式：层状结构，每层为正六边形的平面网状结构 物理性质：熔点高，硬度小，能导电 (3) 足球烯（C60） 碳原子的排列方式：“足球”状分子，由正五边形和正六边形排列而成 物理性质：不导电 3. 碳单质的化学性质 (1) 与氧气（O2）的反应 O2不足：2C＋O22CO O2充足：C＋O2CO2 (2) 与氧化物反应 ①与CuO反应：2CuO＋C2Cu＋CO2↑ ②与Fe2O3反应：Fe2O3＋3C2Fe＋3CO↑ ③与CO2反应：CO2＋C2CO ④与水蒸气（H2O）反应：C＋H2O(g)CO＋H2(制水煤气) ⑤与SiO2反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑(制粗硅) SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金刚砂) (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. 碳单质的用途： ①金刚石硬度大，作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等； ②石墨为细鳞片状结构，质软、有导电性、滑腻性、耐高温，作铅笔芯、电极、润滑剂、坩埚； ③木炭和活性炭疏松多孔的结构，有吸附性，可用于吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味剂等； ④作燃料，用于家庭取暖、做饭等； ⑤作还原剂：冶炼金属，如冶炼金属铜、铁等。 5. 碳元素在自然界中的循环 (1) CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。 (2) 自然界消耗CO2的主要反应： ①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3； ②光合作用将CO2转化为O2； ③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。 要点 2 碳的氧化物CO和CO2 1. 碳的氧化物的物理性质 色态味 密度(比空气) 水溶性 毒性 相互转化 CO 无色、无 味、气体 小 难溶 有(易结合血红蛋白) CO2 大 能溶 无(温室效应) 2. 碳的氧化物的化学性质 (1) CO 与O2、金属氧化物等发生反应（还原性） Fe2O3：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 (2) CO2 ①酸性氧化物 a. 与水反应：CO2＋H2OH2CO3 b. 与碱反应：CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2足量：CO2＋NaOH===NaHCO3 c. 与碱性氧化物反应：CO2＋CaO=CaCO3 d. 与Ca(ClO)2盐溶液反应：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO（CO2少量） Ca(ClO)2＋2CO2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO（CO2过量） ②氧化性 a. 与C反应：CO2＋C2CO b. 与Mg反应：2Mg＋CO22MgO＋C 注：向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2气体，由于盐酸的酸性比碳酸的强，不会产生BaCO3或CaCO3沉淀。 3. CO及CO2气体的除杂方式 CO中混有CO2 通过盛有NaOH溶液的洗气瓶，然后干燥气体 CO2中混有CO 通过盛有灼热CuO的硬质玻璃管 CO2中混有O2 通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管 CO2中混有少量SO2 通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶，然后干燥气体 CO2中混有少量HCl 通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥气体 注：①澄清石灰水只用于检验CO2，不能用于除去混合气体中的CO2，应用NaOH溶液除去； ②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生。 要点 3 碳酸和碳酸盐 1. 碳酸 二元弱酸、不稳定，常用CO2＋H2O代替H2CO3，但酸性比苯酚、次氯酸强。 2. 碳酸的正盐和酸式盐的比较 正盐(CO) 酸式盐(HCO) 溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶 热稳定性 正盐＞酸式盐 溶液pH 同浓度：正盐＞酸式盐 相互转化 COHCO 要点 4 单质硅 1. 硅的存在及物理性质 (1) 存在 晶体硅 单质硅（自然界中无游离态硅，硅以化合态存在，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于地 无定形硅 壳中，含量仅次于氧，位列第二） (2) 单质硅结构 硅元素原子序数为14，单晶硅中每个Si原子分别与4个相邻的Si 原子形成4个σ键，形成立体空间网状结构，每个硅原子平均含有2个Si—Si键，Si原子的配位数为4，晶体中最小的环是6元环，1个环中平均含有0.5 Si原子，含Si—Si键数为1。 (3) 物理性质 色、态 光泽 熔点 硬度 质地 导电性 用途 灰黑色固体 金属 高（金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅） 大 脆 半导体 半导体材料和合金材料 2. 硅的化学性质 (1) 常温 ①与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑； ③与F2反应：Si＋2F2===SiF4 (2) 高温 ①与O2反应：Si＋O2SiO2。 ②与Cl2反应：Si＋Cl2SiCl4 3. 硅的工业制法 (1) 原料：石英砂和焦炭 (2) 制备：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ (3) 提纯：Si(粗)＋2Cl2SiCl4；SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 注：①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。 ②粗硅中含碳等杂质，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，得到高纯度硅。 4. 硅的用途 半导体材料、太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等。 要点 5 二氧化硅 1. 二氧化硅的存在 硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子等。 2. 二氧化硅的结构特点 SiO2晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合，每个硅原子平均含有4个Si—O键。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。 3. 二氧化硅的物理性质 熔点高，硬度大，不溶于水 4. 二氧化硅的化学性质 (1) 酸性氧化物 ①与碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ②与碱性氧化物（CaO）反应：SiO2＋CaOCaSiO3 ③与盐反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑（工业制玻璃） (2) 氧化性 ①与碳反应：SiO2+2CSi+2CO↑(制粗硅) SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金刚砂) ②与Mg反应：4Mg＋SiO22Mg2Si＋2MgO Mg2Si＋2H2O=SiH4↑＋2Mg(OH)2(制硅化氢) (3) 特性 与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 5. 二氧化硅的用途 (1) 水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品 (2) SiO2是制光导纤维的重要原料 (3) 较纯的石英用于制造石英玻璃 (4) 石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料 注：①由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 ②未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。 ③因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中。 ④SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 要点 6 硅酸 1. 硅酸的物理性质 硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。新制备的硅酸为透明、胶冻状，硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”（常用作干燥剂）。 2. 硅酸的化学性质 (1) 弱酸性（酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，与碱反应时只能与强碱反应） H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O (2) 不稳定性（热稳定性很差，受热分解为SiO2和H2O） H2SiO3SiO2＋H2O 3. 硅酸的制备 由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。 Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（证明酸性：H2CO3＞H2SiO3） 4. 硅酸的用途 硅胶可作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品的干燥剂。 要点 7 硅酸盐 1. 硅酸盐的概念 由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 2. 硅酸盐的表示方法（常用氧化物的形式表示） 氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。 如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。 注：（1）氧化物之间以“· ”隔开； 名称 化学式 俗名 颜色 溶解性 状态 硅酸钠 Na2SiO3 泡花碱（水溶液俗称水玻璃，显碱性，有黏性） 白色 可溶于水 粉末状固体 （2） 计量数配置出现分数应化为整数。硅酸盐改写为氧化物形式时，各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。当系数配置出现分数时一般应化为整数。如上例中KAlSi3O8，将K2O·Al2O3·3SiO2，要写成K2O·Al2O3·6SiO2。 3. 硅酸钠(Na2SiO3)——又称泡花碱 (1) 物理性质 (2) 化学性质 与酸性较硅酸强的酸反应 HCl：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ CO2水溶液：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓ (3) 用途：黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料。 注：①Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。 ②可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。 4. 硅的价类二维图 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ③Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓(CO2少量) Na2SiO3＋2H2O＋2CO2===2NaHCO3＋H2SiO3↓(CO2过量) ④H2SiO3H2O＋SiO2 要点 8 传统无机非金属材料 1. 含义 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 2. 分类 (1) 陶瓷：陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。 (2) 玻璃：普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。 (3) 水泥：普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 3. 传统无机非金属材料的比较 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 黏土、石灰石、石膏 石灰石、石英砂、纯碱 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 变化 复杂的物理、化学变化过程 主要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 复杂的物理、化学变化过程 组成 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙3CaO·Al2O3) 硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 硅酸盐 用途 重要的建筑材料 制化学实验用的玻璃仪器、窗玻璃等 在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛 要点 9 新型无机非金属材料 1. 高纯度含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅，具有特殊的光学和电学性能。 2. 新型陶瓷 (1) 含义：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 (1) 含义：碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。 (2) 类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 (3) 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 命题点 1 碳及其化合物的性质和应用 典例1 科学家发现了纯碳新材料“碳纳米泡沫”，每个泡沫含有约4000个碳原子，直径约6~9nm，在低于-183℃时，泡沫具有永久磁性。下列叙述错误的是 A. “碳纳米泡沫”与石墨互为同素异形体 B. 把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中能产生丁达尔现象 C. “碳纳米泡沫”是一种新型的碳单质 D. “碳纳米泡沫”和金刚石的性质相同 【答案】D 【解析】A．“碳纳米泡沫”与石墨分子为含碳原子的不同单质，两者互为同素异形体，A正确；B．“碳纳米泡沫”的粒子直径为6~9nm，分散到适当的溶剂中形成胶体，能产生丁达尔现象，B正确；C．“碳纳米泡沫”分子含碳原子，是一种新型的碳单质，C正确；D．“碳纳米泡沫”和金刚石互为同素异形体，化学性质相同，物理性质不同，D错误。 故选D。 典例2 为了获得良好的草酸酯加氢的催化效果，通常需要保持铜催化剂中Cu0和Cu+的组成相对稳定，将C60作为电子缓冲剂，通过中性碳团簇(C60)与负离子()的切换可有效地稳定铜催化剂中Cu0和Cu+的比例。下列说法正确的是 A. C60是新型化合物 B. 当1molC60转变为时，失去60mol电子 C. 当C60转变为时，铜催化剂中Cu0和Cu+的个数比减小 D. 草酸酯催化加氢过程中，需要不断补充C60 【答案】C 【解析】A．C60是单质，不是化合物，A项错误；B．C60是一个由60个C原子构成的分子，1mol C60转变为时，得到1mol电子，B项错误；C．C60转变为时，得到电子，则铜催化剂中部分Cu0失去电子变成Cu+，两者个数比减小，C项正确；D．题干中C60是电子缓冲剂，通过C60与的切换起作用，不用补充C60，D项错误。 故选C。 典例3 海洋碳循环在整个地球气候系统中具有重要地位，下列叙述错误的是 A. 海洋酸化会导致海水吸收CO2的能力减弱 B. 温室效应导致的海表温度上升，会增加海洋对CO2的吸收 C. 该循环中涉及反应CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2，CO2排放量的增加将影响珊瑚生存 D. 虽然塑料颗粒中含有的碳很难降解进入海洋碳循环，但仍会造成污染 【答案】B 【解析】A. 海洋酸化导致溶液酸性增加，会抑制海水吸收CO2的能力，故A正确；B. 温度升高，气体的溶解度减小，故海表温度上升，会减小海洋对CO2的吸收，故B错误；C. 该循环中涉及反应CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2，CO2排放量的增加导致碳酸钙转化为可溶性碳酸氢钙，会将影响珊瑚生存，故C正确；D. 虽然塑料颗粒中含有的碳很难降解进入海洋碳循环，但仍会造成白色污染，故D正确。 故选B。 变式1新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯正成为物理、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 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 【答案】D 【解析】石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。 故选D。 变式2 我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和。下列说法正确的是 A. “碳达峰”和“碳中和”中的“碳”都是指碳元素 B. 光催化CO2和H2O合成甲醇是实现碳中和的有效手段 C. 在燃煤中加入生石灰是实现碳中和的重要途径 D. 利用火力发电产生的电能电解水制氢有利于实现碳中和 【答案】B 【解析】A．“碳达峰”是指在某一个时间点，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值，之后逐渐回落，“碳中和”是指二氧化碳的排放总量和减少总量相当，所以这里的“碳”都是指二氧化碳，A错误；B．光催化CO2和H2O合成甲醇是实现碳中和的有效手段，B正确；C．在燃煤中加入生石灰能减少SO2排放，减少空气污染，不能减少二氧化碳排放，C错误；D．火力发电以化石燃料为原料进行发电，不利于实现碳中和，D错误。 故选B。 命题点 2 二氧化碳与碱、盐反应 典例1用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是 选项 操作及现象 溶液 A 通入CO2至过量，溶液一直不出现浑浊现象 饱和Na2CO3溶液 B 通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊不消失，再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液 【答案】D 【解析】饱和Na2CO3溶液中通入CO2发生反应：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，故出现浑浊，A项错误；Na2SiO3溶液中通入CO2生成H2SiO3沉淀，该沉淀不溶于H2CO3，B项错误；Ca(ClO)2溶液中通入CO2，发生反应：Ca(ClO)2＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2HClO，继续通入CO2，CaCO3转化成Ca(HCO3)2，沉淀溶解，C项错误；Ca(OH)2溶液中通入过量CO2生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2与过量NaOH反应又生成CaCO3沉淀，D项正确。 故选D。 典例2将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示．下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是 A. Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2+CO2═BaCO3↓+H2O B. ab段与cd段所发生的反应相同 C. de段沉淀减少是由于BaCO3固体消失 D. bc段反应的离子方程式是2AlO2﹣+3H2O+CO2═2Al(OH)3↓+CO32﹣ 【答案】B 【解析】A.只要通入CO2，立刻就有沉淀BaCO3产生，首先Oa段发生反应Ba（OH）2+CO2=BaCO3↓+H2O，将Ba（OH）2消耗完毕，A正确；B.接下来消耗KOH，ab段发生反应2KOH+CO2=K2CO3+H2O，因而此段沉淀的量保持不变，然后沉淀量增大，bc段发生反应2AlO2﹣+3H2O+CO2=2Al（OH）3↓+CO32﹣，沉淀量达最大后，cd段再发生CO32﹣+CO2+H2O=HCO3﹣，ab段与cd段所发生的反应不相同，故B错误；C.最后de段发生反应BaCO3+CO2+H2O=Ba（HCO3）2，沉淀部分溶解，故C正确；D. bc段发生反应2AlO2﹣+3H2O+CO2=2Al（OH）3↓+CO32﹣，故D正确。 故选B。 变式1离子的摩尔电导率可用来衡量电解质溶液中离子导电能力的强弱，摩尔电导率越大，离子在溶液中的导电能力越强。已知Ca2＋、OH-、HCO的摩尔电导率分别为0.60、1.98、0.45，据此判断，向饱和的澄清石灰水中通入过量的CO2[方程式为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O，CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2]，溶液导电能力随CO2通入量的变化趋势正确的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】向澄清石灰水中通入过量的CO2，先生成碳酸钙沉淀，钙离子、氢氧根离子浓度在减少，溶液导电能力减弱，后沉淀溶解生成碳酸氢钙溶液，钙离子、碳酸氢根离子的浓度在增大，钙离子的浓度与原来相等，碳酸氢根离子的浓度与原来氢氧根离子浓度相等，但OH-的摩尔导电率大于HCO3-的摩尔电导率，所以最后溶液的导电性小于原来，最后不变；D符合。 故选D。 命题点 3 硅、二氧化硅的性质及其应用 典例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SiO2+2CSi+2CO↑，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的 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. 由SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑可知，硅酸的酸性大于碳酸的 【答案】C 【解析】A．Si的还原性比C的强，反应SiO2+2CSi+2CO↑在高温下进行，且产物中有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，A项错误；B．不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放Na2SiO3溶液，因为Na2SiO3溶液本身是一种黏合剂，B项错误；C．SiO2不能与水直接反应，所以制取硅酸可用可溶性硅酸盐与CO2或盐酸反应：Na2SiO3+CO2（少量）+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3、Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl，C项正确；D．H2CO3的酸性比H2SiO3的强，反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑能在高温下进行，主要是因为产物中有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，与酸性无关，D项错误。 故选C。 典例2某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是____________________________________________________。 (2)装置B的作用是____________________________________________________。 (3)装置C、D中所盛试剂分别为_______________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为________________________________________。 (4)该装置的缺点是____________________________________________________。 【图解分析】 通N2排空气，防止焦炭与O2反应 由元素分析可以生成CO，也可以生成CO2 C、D两个装置分别检验CO和CO2，检验CO的反应会产生CO2，故先检验CO2 安全瓶、放倒吸 CO有毒必须进行尾气处理 【答案】(1)要用N2将装置中的空气排尽，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰 (2)作安全瓶，防止倒吸 (3)澄清石灰水　PdCl2溶液 3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si (4)没有尾气吸收装置将CO吸收 【解析】(1)碳与二氧化硅反应需在高温下进行，高温下，碳与空气中氧气也能反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，则需要通入足够长时间的N2；(2)根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸；(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验是否有二氧化碳，D装置用来检验是否有一氧化碳，装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，且经检测两气体产物的物质的量相等，根据原子守恒可知，化学方程式为3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si；(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有尾气吸收装置将CO吸收。 变式1硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅及其化合物的叙述错误的是 A. 氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，其化学式为Si3N4 B. 高纯硅可以制成计算机、通信设备等的芯片 C. 硅可以用来生产新型无机非金属材料——光导纤维 D. 二氧化硅为立体网状结构，每个硅原子结合4个氧原子 【答案】C 【解析】A．氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构，Si原子最外层电子数为4，N原子最外层电子数为5，要形成8电子稳定结构，则二者个数比值为3∶4，其化学式为Si3N4，故A正确；B．高纯硅具有良好的半导体性能，可以制成计算机、通信设备等的芯片，故B正确；C．光导纤维的主要成分是二氧化硅，属于新型无机非金属材料，故C错误；D．二氧化硅为原子晶体，为立体网状结构，其晶体中每个硅原子结合4个氧原子，每个氧原子结合2个硅原子，硅原子和氧原子个数之比为1∶2，故D正确。 故选C。 变式2二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部分转化过程如图所示，下列说法正确的是 A. SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B. 因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强 C. SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性 D. 除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应 【答案】D 【解析】A. SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，但属于酸性氧化物，因为二氧化硅只能与一种酸反应，且生成的四氟化硅不是盐，A错误；B. 高温条件下，二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，常温下，二氧化硅和碳酸钠不反应，所以不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；C. SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，反应中硅元素的化合价不变，不能体现二氧化硅的氧化性，C错误；D. 图中氧化还原反应有3个，即Si的制取过程中涉及的反应，其它反应都是非氧化还原反应，D正确。 故选D。 命题点 4 硅的制备 典例1硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题： (1) 制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下： ①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：____________________________。 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：___________________________________________； H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是___________________________。 (2) 化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息： Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应； Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4； Ⅲ.SiH4在空气中自燃。 他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第①步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。 ①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是_________________________________________________________。 ②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是___________________________。 【答案】(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl　高温下，H2遇O2发生爆炸 (2)①2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si ②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 【解析】(1)在SiHCl3中，把硅考虑为＋4价，则氢为－1价，氯为－1价，SiHCl3水解时，－1价氢还原水中＋1价的氢，生成氢气。 变式1从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下： ①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ ②Si(粗)＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 关于上述反应的叙述不正确的是(　　) A.①③是置换反应，②是化合反应 B.高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅 C.任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子 D.高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅 【答案】D 【解析】在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g(1 mol)硅，均转移4 mol电子，C正确；题中的三个反应是在三个不同反应器中发生，D错误。 故选D。 命题点 5 硅酸、硅酸盐的性质及其应用 典例1下列关于硅酸的说法正确的是 A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得 B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质 C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应 D．硅胶可用作袋装食品的干燥剂 【答案】D 【解析】SiO2不能与水反应生成硅酸，A错误；B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错误；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错误。 故选D。 典例2为了进一步确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计用下图所示装置进行一次实验即可达到目的(不必再选用其他酸性溶液)。 请回答： (1) A中的化学反应方程式可能为__________________________________。 (2) B装置的作用是_____________________________________________。 (3) C中的现象有_____________，反应离子方程式为__________________。 (4) 根据实验，三种酸的强弱顺序为_____________，其依据为_____________________________________。 【答案】(1)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O (2)除去CO2中的HCl，防止HCl与Na2SiO3反应 (3)产生白色胶状沉淀　CO2＋H2O＋SiO===H2SiO3(胶体)＋CO (4)HCl>H2CO3>H2SiO3　强酸制弱酸 典例3用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是(　　) A. 钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O B. 镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·SiO2 C. 钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2 D. 高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]，表示为Al2O3·2SiO2·2H2O 【答案】D 【解析】A项，Ca(Al2Si3O10)·3H2O应表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O(排序错)；B项，Mg2SiO4应表示为2MgO·SiO2(不能在系数中出现分数)；C项，K2Al6Si6H4O24应表示为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(排序错)。 故选D。 典例4下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是(　　) A. 它是一种纯净物，既不燃烧也不易腐蚀 B. 水玻璃是生产玻璃的主要原料之一 C. 木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D. 水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 【答案】C 【解析】水玻璃是硅酸钠的水溶液，A错误；水玻璃易与空气中的二氧化碳反应，D错误。 故选C。 变式1碳酸的酸性比硅酸强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是(　　) A. CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B. CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C. 高温下SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成CO2 D. 氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀 【答案】B 【解析】根据强酸制弱酸的原理，CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀，此项实验事实可证明碳酸的酸性比硅酸强。 故选B。 变式2下列关于硅酸盐的说法中正确的是(　　) A．硅酸盐都难溶于水 B．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂 C．硅酸盐通常可用氧化物的形式表示，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的 D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅 【答案】　B 【解析】　A项，Na2SiO3可溶于水，错误；C项，硅酸盐可用氧化物的形式表示，但不是由各种氧化物组成，错误；D项，所用原料可能不含硅，错误。 故选B。 变式3和田玉在我国至少有7 000年的历史，也称为软玉，是我国玉文化的主体。和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述正确的是(　　) A.其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2O B.它能够抵抗任何酸碱的腐蚀 C.其中铁元素的化合价为＋3 D.其中铁元素的化合价为＋2 【答案】D 【解析】假设和田玉中铁元素的化合价为＋x，根据化合物中各元素的化合价代数和为零，可得：(＋2)×2＋(＋2)×3＋(＋x)×2＋(＋4)×8＋(－2)×22＋(－1)×2＝0，即x＝2，所以其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O；硅酸盐一般耐酸碱的腐蚀，但不是所有的酸碱都不能腐蚀它，如氢氟酸可以和其中的硅元素反应生成SiF4气体，浓硝酸可以将其中所含的Fe2＋氧化成Fe3＋。 故选D。 命题点 6 无机非金属材料 典例1下列关于无机非金属材料的说法不正确的是 A. 传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B. 新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差 C. 高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D. 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同 【答案】B 【解析】A．无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等，故A正确；B．新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料，新型非金属材料具有以下四个特点：①承受高温，强度高，②具有光学特性，③具有电学特性，④具有生物功能，故B错误；C．高温结构陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，故C正确；D．传统无机非金属材料，如：水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸盐，而新型无机非金属材料，如：高温结构陶瓷、光导纤维等主要成分不是硅酸盐，故D正确。 故选B。 变式1陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡——福建德化县。德化陶瓷早在宋元时期就是“海上丝绸之路”的重要出口商品。下列说法不正确的是 A. 陶瓷、玻璃和水泥均属于传统无机非金属材料 B. 陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3 C. 高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能 D. 陶瓷是以粘土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成 【答案】B 【解析】A．水泥、玻璃和水泥均属于传统无机非金属材料，A正确；B．Fe2O3是红色物质，而陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料，不是氧化铁，B错误；C．高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能，属于新型无机非金属材料，C正确；D．陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制发生复杂的化学反应而成的，D正确。 故选B。 点拨 1 检验CO2中是否存在CO的装置及作用 各装置的作用是： A——除去混合气体中的CO2 B——检验混合气体中CO2是否除尽 C——干燥气体 D——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2 E——安全瓶，防倒吸 F——验证CO的氧化产物CO2 G——除去尾气中的CO，防止污染环境 确定混合气体中含有CO的实验现象： D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。 点拨 2 CO2与碱、盐溶液的反应规律 1. 与碱溶液的反应 (1) 反应原理 NaOHNa2CO3NaHCO3 (2) 反应后溶质成分的判断 x＝ 溶质成分 x≤1∶1 NaHCO3 1∶1<x<2∶1 Na2CO3、NaHCO3 x＝2∶1 Na2CO3 x>2∶1 NaOH、Na2CO3 也可用数轴来表示： ①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3 ②CO2少量时 CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 CO2过量时 2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO 2. 与盐溶液的反应 (1) CO2与盐溶液的常见反应 碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。如： ①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3 ②CO2少量 CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 CO2过量 2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ③CO2少量 CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO CO2过量 2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO ④CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3 ⑤CO2少量 CO2＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3 CO2过量 CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 注：①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H＋就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将H2S通入CuSO4溶液中或向氢硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4(S2－与Cu2＋结合成难溶的CuS)，H2S＋Cl2===S↓＋2HCl(S2－被氧化)。 ②CO2与溶液反应的产物与CO2的用量无关，都生成NaHCO3，因为酸性H2CO3>>HCO。 ③CO2与NaClO溶液反应的产物与CO2的量无关，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因为酸性H2CO3>HClO>HCO。 ④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反应，无沉淀产生。 点拨 3 CO2及SiO2的性质比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 所属类别 均为酸性氧化物 结构 硅氧四面体相连构成的螺旋链 由CO2分子构成 物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，能溶于水 化学性质 与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3 与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反应 与碱(NaOH)反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) 生成正盐(CO)：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O 生成酸式盐：(HCO)CO2＋NaOH=== NaHCO3 与盐反应 如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑ 如与Na2SiO3反应：CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 与碱性氧 化物反应 如与CaO反应：SiO2＋CaO CaSiO3 如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件等 制饮料、制碳酸盐等 点拨 4 碳、硅及其化合物性质“反常”小结 1. 一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。 2. 一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3. Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 4. 非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 5. 非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 6. 一般情况下，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物)。 7. 一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。 8. 一般情况下，较强酸＋较弱酸的盐―→较弱酸＋较强酸的盐(仅适用于常温下水溶液中进行的反应)。 因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。 但在高温下，可发生反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑(该反应是在高温干态条件下进行的，可从化学平衡角度理解，高温时，SiO2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的CO2气体，CO2离开反应体系促进反应的正向进行)。 9. 一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)H2＋CO。 10. 一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。 11. SiO2能与氢氟酸反应，故不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。 12. SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。 点拨 5 纯硅制备 1. 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ 2. 粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 3. 粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：Si(粗)＋2Cl2SiCl4 4. SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl 5. SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 6. SiO2＋2Mg2MgO＋Si 7. SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl 8. SiH4在空气中易自燃：SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O ◆能力强化练 1. 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 纳米碳管：具有优良的场发射性能，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，但反应产物不同 【答案】D 【解析】A项，石墨烯是一种新发现的材料，它的物理性质是拉力好、导电性和导热性好、硬度大、熔点高等；B项，同种元素的不同单质互称同素异形体；C项，碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子；D项，碳与浓硫酸反应产物均为二氧化碳和二氧化硫。 故选D。 2. CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是 A．光合作用 B．自然降雨 C．化石燃料的燃烧 D．碳酸盐的沉积 【答案】C 【解析】A项，光合作用消耗CO2，光合作用的总方程式可表示为6CO2+6H2OC6H12O6+6O2，光合作用会引起大气中CO2含量下降；B项，自然降雨时H2O会与少量CO2反应生成H2CO3，不会引起CO2含量的上升；C项，化石燃料指煤、石油、天然气，煤、石油、天然气中都含C元素，C元素燃烧后生成CO2，化石燃料的燃烧会引起大气中CO2含量上升；D项，碳酸盐沉积指由形成于海洋或湖泊底部的粒装泥状碳酸盐矿物及其集合体，通过生物作用或从过饱和碳酸盐的水体中直接沉淀，水体中生物活动消耗CO2，有利于碳酸盐沉积，碳酸盐沉积不会引起大气中CO2含量上升；化石燃料的燃烧会引起大气中CO2含量上升。故选C。 3. 标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为( 不考虑CO、HCO的水解) A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶3 【答案】B 【解析】n(CO2)＝＝0.150 mol，n(NaOH)＝0.200 L×1.00 mol·L－1＝0.200 mol，＝＝ ，即1＜＜2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则，解得，所以＝。 4. 有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是(　　) A. 高纯度的硅广泛用于制作计算机中的芯片 B. 硅可由二氧化硅还原制得 C. 低温时，硅与水、空气和一般酸不反应，但能与氢氟酸反应 D. 自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅 【答案】D 【解析】硅是重要的半导体材料，可用于生产制造计算机中的芯片，A正确；2C＋SiO2Si＋2CO↑，B正确；常温下，Si的性质稳定，但可以与F2、HF、强碱溶液反应，C正确；自然界中不存在单质硅，D错误。 故选D。 5. SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(见下图)。下列说法中错误的是(　　) A. 图中所涉及反应都不属于氧化还原反应 B. 纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料 C. 用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 D. 盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 【答案】A 【解析】二氧化硅与碳反应、硅和氯气反应、四氯化硅和氢气反应都属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，做半导体芯片的是单晶硅，纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，B正确；SiO2不与盐酸反应，盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙，可溶于水而除去，C正确；二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，使瓶塞和瓶口粘连在一起，所以盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，D正确。 故选A。 6. 北京故宫的屋顶有各种颜色的琉璃瓦，其坚实耐用，经历几百年的风雨洗礼仍能保存完整，下列说法错误的是 A. 琉璃瓦的主要成分是硅酸盐 B. 制作琉璃瓦的主要原料是黏土 C. 琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构 D. 黄色和绿色琉璃瓦中分别含有、 【答案】D 【解析】A．琉璃瓦的主要成分是硅酸盐，故A正确，不符合题意；B．制作琉璃瓦的主要原料是黏土，故B正确，不符合题意；C．琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构，故C正确，不符合题意；D．黄色琉璃瓦中可能含有Fe3+，故D错误，符合题意。 故选D。 7. 化学与生活、科技、社会发展息息相关。下列说法正确的是 A. “天宫”空间站使用聚乳酸材料餐具，聚乳酸是化合物 B. 富勒烯与石墨烯用途广泛，它们都属于新型无机非金属材料 C. 冬奥场馆建筑使用碲化镉发电玻璃，碲和镉均属于主族元素 D. 中国承建的卡塔尔首座光伏电站中的光伏材料为高纯度二氧化硅 【答案】B 【解析】A．聚乳酸是混合物，故A错误；B．富勒烯与石墨烯属于新型无机非金属材料，故B正确；C．镉为在元素周期表中位置为第五周期ⅡB族，故C错误；D．光伏电池为Si单质，故D错误。 故选B。 8. 研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。 (1) 溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO占95%。写出CO2溶于水产生HCO的方程式：_________________________________________________________。 (2) 在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。 ①写出钙化作用的离子方程式：____________________________________________。 ②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整： ________＋________(CH2O)x＋x18O2＋xH2O (3) 海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法： ①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。 ②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x mol·L－1 HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________ mol·L－1。 【答案】(1)CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCO (2)①2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O ②xCO2　2xHO (3)①② 【解析】(1)CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3电离出H＋和HCO 。(2) ①根据钙化作用的反应物是HCO 和Ca2＋，生成物是CaCO3和CO2，故不难写出反应的离子方程式为2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的空白处为xCO2和2xHO。(3) ①该装置为洗气装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂稀硫酸，因HCl易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。②根据该滴定过程得关系式：CO2～HCO～HCl，n(CO2) ＝n(HCl)＝x mol·L－1×y×10－3L＝xy×10－3 mol，所以c(CO2)＝＝ mol·L－1。 ◆综合拔高练 9. 下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是(　　) A. 过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活” B. 一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合 C. 金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大 D. 石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应 【答案】D 【解析】A项，二氧化碳是一种温室气体；B项，一氧化碳有毒，容易与血红蛋白结合；C项，金刚石是空间立体网状结构，硬度大熔点高，石墨是层状结构，每一层是平面网状结构，质软，可导电，物理性质差别较大；D项，二者的转化属于化学反应，但反应中没有元素化合价的改变，不属于氧化还原反应。 故选D。 10. 将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(　　) 【答案】D 【解析】CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解。 故选D。 11. 向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，请回答下列问题： (1) 由于CO2通入量不同，所得到的白色固体的量及组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。 (2) 若通入CO2气体2.24 L(标准状况)，得到11.9 g白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量分别为多少？KOH的物质的量浓度为多少？ 【答案】　(1) 固体组成 0＜比值＜ KOH、K2CO3 ＝ K2CO3 ＜比值＜1 K2CO3和KHCO3 ≥1 KHCO3 (2)白色固体为K2CO3和KHCO3的混合物　质量分别为K2CO3 6.9 g和KHCO3 5 g　c(KOH)＝0.5 mol·L－1 【解析】　(1)可能发生的反应有： CO2不足时，CO2＋2KOH===K2CO3＋H2O ① CO2过量时，CO2＋KOH===KHCO3 ② 其中分别为、1。所以可确定、1为临界点。 画数轴： 根据数轴、列表得出结果。 (2)根据题意：n(CO2)＝＝0.1 mol，若生成的固体全部为K2CO3，则其质量为0.1 mol×138 g·mol－1＝13.8 g，若生成的固体全部为KHCO3，则其质量为0.1 mol×100 g·mol－1＝10 g。现固体质量为11.9 g。所以，此固体为K2CO3和KHCO3的混合物。设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为a mol 、b mol，则有： ，解得a＝b＝0.05，所以，白色固体中m(K2CO3)＝0.05 mol×138 g·mol－1＝6.9 g；m(KHCO3)＝0.05 mol×100 g·mol－1＝5 g，反应中消耗n(KOH)＝2a mol＋b mol＝0.15 mol。故c(KOH)＝＝0.5 mol·L－1。 12. 有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是(　　) A. 高纯度的硅广泛用于制作计算机中的芯片 B. 硅可由二氧化硅还原制得 C. 低温时，硅与水、空气和一般酸不反应，但能与氢氟酸反应 D. 自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅 【答案】D 【解析】硅是重要的半导体材料，可用于生产制造计算机中的芯片，A正确；2C＋SiO2Si＋2CO↑，B正确；常温下，Si的性质稳定，但可以与F2、HF、强碱溶液反应，C正确；自然界中不存在单质硅，D错误。 故选D。 13. 下列叙述中正确的是(　　) A. 因为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 B. 碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 C. 二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物 D. 二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸 【答案】D 【解析】A项的反应之所以能够发生，是因为生成的产物中有气体放出，平衡正向移动，促使反应能够顺利进行，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于酸性氧化物与一般酸的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C错误。 故选D。 14. 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下： Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅； Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2； Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1100 ℃反应制得纯硅，已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题： (1) 第Ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为________________________________________________________。 (2) 粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为__________。 (3) 用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(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______________________，装置D中发生反应的化学方程式为__________________________________________________________。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及______________。 ④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。 a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e.Na2SO3溶液 【答案】(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (2)蒸馏 (3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化 ②有固体物质生成　SiHCl3＋H2Si＋3HCl ③排尽装置中的空气 ④bd 【解析】(1)高温下，SiO2和C反应生成Si和CO，反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。 (2)沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以可以采用蒸馏的方法分离。 (3)①为防止SiHCl3与H2O强烈反应，需要干燥剂干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应，所以可以作干燥剂；升高温度能使SiHCl3气化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应；②D中发生反应SiHCl3＋H2Si＋3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成；③Si是亲氧元素，为防止Si被氧化，需要排尽装置中的空气；④向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性，故选b、d。 15. 水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程： 下列说法正确的是(　　) A. 原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值 B. 操作A与操作B完全相同 C. 该流程中硅元素的化合价发生改变 D. 反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 【答案】A 【解析】A项，稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中，硅元素的化合价是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，错误。 故选A。 16. 寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是(　　) A. 寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触 B. 寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物 C. 潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质 D. 久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质 【答案】C 【解析】根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A正确；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B正确；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，在潮湿的空气中不会溶解变质，C项错误；久置于干燥空气中，会失去其中的结晶水变质，D正确。 故选C。 ◆高考真题练 17. （2025河南）活字印刷术极大地促进了世界文化的交流，推动了人类文明的进步。下列“活字”字坯的主要成分为硅酸盐的是 A．泥活字 B．木活字 C．铜活字 D．铅活字 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．泥活字的主要材料是粘土，粘土的主要成分是硅酸盐，A正确；B．木活字主要成分是纤维素，B错误；C．铜活字是铜合金，主要成分是铜，C错误；D．铅活字主要成分是铅，D错误； 故选A。 18. （2025 云南）稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的是 A. 可与NaOH溶液反应 B. 盐酸在该工艺中体现了还原性 C. 高纯Si可用于制造硅太阳能电池 D. 制备纳米Si： 【答案】B 【分析】稻壳在一定条件下制备纳米SiO2，纳米SiO2和Mg在650℃发生置换反应生成MgO和纳米Si，加盐酸将MgO转化为MgCl2，过滤、洗涤、干燥得到纳米Si。 【详解】A．SiO2是酸性氧化物，与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，A正确；B．盐酸参与的反应为：MgO+2HCl=MgCl2+H2O，该反应是非氧化还原反应，盐酸体现酸性，没有体现还原性，B错误；C．高纯硅可以将太阳能转化为电能，故可用于制硅太阳能电池，C正确；D．SiO2和Mg在650℃条件下发生置换反应得到MgO和纳米Si，反应的化学方程式为，D正确。 故选B。 19. （2025 湖南）材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列材料属于金属材料的是 A. 高强韧无磁不锈钢——聚变能实验装置中的低温结构部件 B. 金刚石薄膜——“梦想”号大洋钻探船使用的钻头表面涂层 C. 超细玄武岩纤维——嫦娥六号携带的月面国旗的纺织材料 D. 超细玻璃纤维——国产大飞机中隔音隔热的“飞机棉” 【答案】A 【详解】A．金属材料包括纯金属及其合金，选项中的不锈钢是铁基合金，属于金属材料，A正确；B．金刚石是碳的非金属形态，是无机非金属材料，B错误；C．玄武岩纤维是由火山岩（主要成分为硅酸盐矿物）熔融制成的无机非金属材料，类似于玻璃纤维，不属于金属材料，C错误；D．玻璃纤维的主要成分是二氧化硅等非金属氧化物，属于无机非金属材料，因此不属于金属材料，D错误。 故选A。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $