第22讲　硅　无机非金属材料-2027年高考化学一轮复习课件

该高中化学高考复习课件聚焦“硅 无机非金属材料”专题，依据课标要求梳理硅及其化合物性质、无机非金属材料应用等核心考点，对接高考评价体系分析基础性（Si、SiO₂性质及方程式）和应用性（材料工业与环保）命题特点，归纳性质判断、方程式书写等常考题型，备考针对性强。 课件亮点在于高考真题集训与关键能力提升结合，如以2023湖北卷高纯硅制备、2025郴州模考碳循环为案例，通过辨析明理（易错点判断）和题组训练，培养科学思维（证据推理）和化学观念（结构决定性质），帮助学生掌握考点突破方法，教师可据此精准教学，提升备考效率。

第22讲　硅　无机非金属材料 课标 指引 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解硅及其化合物的主要性质。 2.认识硅和无机非金属材料在生产生活中的应用和对生态环境的影响。 三年 高考 命题 分析 1.命题特点 基础性:命题侧重考查核心物质(Si、SiO2)的性质、用途及化学方程式的书写(SiO2与氢氟酸、NaOH溶液反应)。 应用性:紧密联系传统硅酸盐工业,突出高新科技应用(半导体、太阳能电池、光导纤维),关注材料性能与环保。 2.命题趋势:命题在保证基础性的前提下,正向应用性和创新性(新材料、新情境、信息迁移)倾斜,要求考生要具备运用知识解释现象、解决实际问题和理解科技发展的能力。 考点一　碳及其重要化合物 必备知识•梳理 1.碳族元素 (1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素,又称碳族元素,其价层电子排布式为__________,处于元素周期表的__________区。  (2)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、C60等,它们互为____________。  ns2np2 p 同素异形体 2.金刚石、石墨、C60的性质及用途 物质 金刚石 石墨 C60 晶体类型 __________晶体  混合型晶体 __________晶体  物理性质 熔点高,硬度大,不导电 熔点高,硬度______, ______导电  熔点低,不导电 主要用途 钻石制作、切割工具、钻探机的钻头等 作电极、润滑剂、铅笔芯 广泛应用于超导、医学领域 共价 分子 小 能 关键能力•提升 命题角度　自然界中的碳循环及“碳中和” 1.(2025·湖南郴州模考)我国科学家成功利用CO2人工合成淀粉,使淀粉生产方式从农业种植转为工业制造成为可能,其原理如下所示。下列说法错误的是(　　) A.甲醇可用作燃料电池的正极反应物 B.淀粉可用于制备葡萄糖 C.该过程有利于实现“碳达峰”“碳中和” D.化妆品中添加二羟基丙酮的主要作用为保湿 A 解析:分析流程可知,在电催化作用下,二氧化碳在正极被还原成甲醇,随后甲醇在酶的作用下转化为二羟基丙酮,随后进一步转化为直链淀粉,在淀粉分支酶作用下转化为支链淀粉。 甲醇属于有机化合物,能被氧化释放能量,可用作燃料电池的负极活性物质,故A错误;淀粉水解可以产生葡萄糖,淀粉可用于制备葡萄糖,故B正确;该过程将二氧化碳转化为淀粉,可以减少碳排放,有利于实现“碳达峰”“碳中和”,故C正确;二羟基丙酮含有两个羟基,能和水形成氢键,化妆品中添加二羟基丙酮的主要作用为保湿,故D正确。 2.我国提出争取在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,这对于改善环境,实现绿色发展至关重要。碳中和是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是(　　) A.将重质油裂解为轻质油作为燃料 B.大规模开采可燃冰作为新能源 C.通过清洁煤技术减少煤燃烧污染 D.研发催化剂将CO2还原为甲醇 D 解析:将重质油裂解为轻质油并不能减少二氧化碳的排放量,达不到碳中和的目的,A不符合题意;大规模开采可燃冰作为新能源,会增大二氧化碳的排放量,不符合碳中和的要求,B不符合题意;通过清洁煤技术减少煤燃烧污染,不能减少二氧化碳的排放量,达不到碳中和的目的,C不符合题意;研发催化剂将二氧化碳还原为甲醇,可以减少二氧化碳的排放量,达到碳中和的目的,D符合题意。 考点二　硅及其重要化合物 必备知识•梳理 1.硅单质 硅酸盐 氧化物 Si+2NaOH+H2O══ Na2SiO3+2H2↑ 半导体 2.二氧化硅 高 大 SiO2+4HF══SiF4↑+2H2O 3.硅酸(H2SiO3) 弱 H2SiO3↓+Na2CO3 H2SiO3 SiO2+H2O Na2SiO3+2HCl══H2SiO3↓+2NaCl 4.硅酸钠 (1)物理性质 硅酸钠可溶于水,其水溶液俗称水玻璃,有黏性,显碱性。 (2)化学性质(写出离子方程式) ①与盐酸反应: ____________________________。  ②与CO2(少量)水溶液反应: ___________________________________。  (3)重要用途 用作黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。 Si+2H+══H2SiO3↓ Si+H2O+CO2══H2SiO3↓+C 教材链接 (必修第二册·P22·资料卡片·高纯硅的制备)工业上制备高纯硅,一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅,再以其为原料制备高纯硅,其原理示意图如下: 下列说法正确的是(　　) A.步骤①中得到粗硅的化学方程式:SiO2+C Si+CO2↑ B.已知SiHCl3中氢元素的化合价为-1价,则电负性:Cl>Si>H C.以上流程中含硅元素的物质均属于共价晶体,熔点:SiO2>Si>SiHCl3 D.由粗硅制备高纯硅的过程中,可循环使用的物质主要有HCl和H2 D 解析:步骤①中得到粗硅生成CO,反应的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑,A错误;已知SiHCl3中氢元素的化合价为-1价,H的电负性大于Si,B错误;SiHCl3为分子晶体,C错误;粗硅与HCl反应得到H2和SiHCl3,SiHCl3再与H2反应得到HCl和Si,可循环使用的物质主要有HCl和H2,D正确。 辨析明理 判断正误:对的打“√”,错的打“×”。 (1)(2025·陕晋青宁卷)单晶硅熔点高,故可用于制造芯片。(　　) (2)(2025·湖北卷)室温下SiO2与碳不发生反应,高温下可生成Si和CO。 (　　) (3)(2024·全国甲卷)用氢氟酸刻蚀玻璃:Si+4F-+6H+══SiF4↑+3H2O。 (　　) × √ × 关键能力•提升 命题角度　硅及其化合物的性质 1.(2025·江苏南通名校联盟联考)下列有关硅及其化合物的说法不正确的是(　　) A.在粗硅的制取中发生反应:2C+SiO2 2CO↑+Si,硅元素被还原 B.Si和SiO2均能与NaOH溶液反应生成硅酸钠 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Na2CO3+SiO2 CO2↑+Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸 D 解析:由SiO2生成Si的过程中硅元素被还原,A正确;Si与NaOH溶液反应生成硅酸钠和氢气,SiO2与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水,B正确;二氧化硅无法直接与水反应生成硅酸,因此先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠,再向硅酸钠溶液中通入二氧化碳反应生成硅酸,C正确;酸性强弱的比较需要在没有外界条件干扰的情况下进行,该反应的条件为高温,则不能通过该反应说明硅酸的酸性强于碳酸,D错误。 2.(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 解析:SiO2与C反应生成CO2所需温度更高,故工业制粗硅的过程中生成CO, A正确;Si晶体中,1个Si与其周围4个Si形成4个Si—Si,每个Si—Si都被两个Si共用,则属于1个Si的Si—Si数目为×4=2,所以1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02×1023,B错误;Si、H2与O2在加热时容易反应,生成副产物或引起爆炸,SiHCl3易水解,则原料气中应充分去除水和氧气,C正确;Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g),反应后气体分子数减小,生成SiHCl3(g)的反应为熵减过程,D正确。 考点三　无机非金属材料 必备知识•梳理 1.传统硅酸盐材料 (1)三种常见硅酸盐材料的比较 种类 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 _______、黏土  _______、石灰石、__________   主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 主要成分 — Na2SiO3、CaSiO3和_______ — (2)玻璃生产中的两个重要反应: ______________________________;  CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑。 石灰石 纯碱 石英砂 黏土 SiO2 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ 2.新型无机非金属材料 (1)硅和二氧化硅。 (2)新型陶瓷:如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等。 (3)碳纳米材料 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。 辨析明理 判断正误:对的打“√”,错的打“×”。 (1)(2025·全国卷)碳化硅抗氧化且耐高温,可用作固体电解质。(　　) (2)(2025·浙江1月选考卷)SiC的碳、硅原子间通过共价键形成空间网状结构,硬度大,故SiC可用作砂轮磨料。(　　) (3)(2024·天津卷)白釉龙柄联腹传瓶(隋),其材质是陶瓷,陶瓷属于无机非金属材料。(　　) (4)(2024·浙江6月选考卷)石墨呈层状结构,层间以范德华力结合,故石墨可用作润滑剂。(　　) (5)(2024·广东卷)制作日晷圆盘的石材,属于无机非金属材料。(　　) (6)(2024·广东卷)基于石英晶体振荡特性计时的石英表,其中石英的成分为SiC。(　　) × √ √ √ √ × 关键能力•提升 命题角度1　传统硅酸盐材料的性能及应用 1.(2024·江西卷)景德镇青花瓷素有“国瓷”的美誉,是以黏土为原料,用含钴、铁的颜料着色,上釉后一次性高温烧制而成的青蓝色彩瓷。下列关于青花瓷说法正确的是(　　) A.青蓝色是由于生成了单质钴 B.表面的釉属于有机高分子膜 C.主要成分为铝硅酸盐 D.铁元素的存在形式只有Fe2O3 C 解析:高温下单质钴会被氧化,青蓝色是由于生成了钴的氧化物等,A错误;釉是一种覆盖在陶瓷表面的物质,通常由无机物质组成,如硅酸盐、氧化物等,B错误;青花瓷的主要成分为铝硅酸盐,C正确;青花瓷呈现青蓝色,而Fe2O3呈红棕色,D错误。 命题角度2　新型无机非金属材料的性能及应用 2.(2026·广东深圳中学模拟)化学材料在科技创新中起支撑作用。下列涉及的材料不属于新型无机非金属材料的是(　　) B 解析:T700碳纤维材料的主要成分是碳的一种单质,属于新型无机非金属材料,A不符合题意;航天服使用的聚酯纤维属于有机高分子材料,不是新型无机非金属材料,B符合题意;星地量子通信使用的光纤材料的主要成分是SiO2,属于新型无机非金属材料,C不符合题意;单晶硅属于新型无机非金属材料,D不符合题意。 3.(2025·湖南师大附中模考)近年来,具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展,下列有关新型无机非金属材料的叙述正确的是(　　) A.氮化硅陶瓷是一种新型硅酸盐材料,可用于制造发动机部件,其化学式为Si3N4 B.利用二氧化硅的半导体性能,可以制成太阳能电池 C.碳化硅的硬度大、熔点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D.富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,属于有机材料 C 解析:氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,可用于制造发动机部件,其化学式为Si3N4,不属于硅酸盐,故A错误;利用硅的半导体性能,可以制成太阳能电池,故B错误;碳化硅是新型无机非金属材料,硬度大、熔点高,可用于制作高温结构陶瓷和轴承,故C正确;富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,是碳单质,不是有机材料,故D错误。 能力提升 题组1　教材习题改编 1.(必修第二册·P25,T3改编)氢氟酸是HF的水溶液,可与SiO2反应生成SiF4和H2O。下列有关说法不正确的是(　　) A.氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃的原理为SiO2+4HF══SiF4↑+2H2O B.由于稀硫酸的酸性强于氢氟酸,故可用稀硫酸代替氢氟酸溶蚀玻璃中的SiO2 C.实验室盛放碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞的原因是SiO2+2NaOH══Na2SiO3+H2O D.Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性,可用作黏合剂和防火剂 B 解析:SiO2能与氢氟酸反应,但不能与稀硫酸反应,B错误。 2.(必修第二册·P23~P24,碳纳米材料改编)碳量子点是一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料,直径小于10 nm。碳量子点通常由无定形和晶态的碳核组成,在碳核表面含有多个不同的含氧官能团,例如羟基、羧基等。下列说法错误的是(　　) A.由碳量子点形成的分散系具有丁达尔效应 B.碳量子点直径比碳原子大 C.碳量子点在水中具有优异的溶解性 D.碳量子点与金刚石属于同素异形体 D 解析:碳量子点是一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料,与胶粒直径吻合,则由碳量子点形成的分散系属于胶体,胶体具有丁达尔效应,A正确;碳量子点通常由无定形和晶态的碳核组成,其直径比碳原子大,B正确;碳核表面上存在多个羟基、羧基等亲水性的官能团,故在水中具有优异的溶解性,C正确;碳量子点通常由无定形和晶态的碳核组成,在碳核表面含有不同的含氧官能团,例如羟基、羧基等,碳量子点不是碳单质,与金刚石不互为同素异形体,D错误。 题组2　高考真题集训 3.(2025·云南卷)稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的是(　　) A.SiO2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:SiO2+2Mg Si+2MgO B 解析:稻壳在一定条件下可制备纳米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。SiO2是酸性氧化物,SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O,A正确;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;高纯硅可以将太阳能转化为电能,故可用于制造硅太阳能电池,C正确;SiO2和Mg在650 ℃条件下发生置换反应得到MgO和纳米Si,化学方程式为SiO2+2Mg Si+2MgO,D正确。 4.(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 A 解析: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;Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色,白瓷的白色不是因为铁含量较高,D错误。 石英砂粗硅SiHCl3高纯硅 物品 选项 A.力箭一号的T700碳纤维材料壳体 B.航天服使用的聚酯纤维 C.星地量子通信使用的光纤材料 D.我国企业自主研发的芯片(主要成分是单晶硅) 稻壳纳米SiO2MgO+纳米SiMgCl2+纳米Si $