主题8 第4讲 无机非金属材料 化学品的合理使用(Word教参)-【新高考方案】2027年高考化学一轮总复习

该高中化学高考复习讲义围绕无机非金属材料与化学品合理使用专题，覆盖碳硅及其化合物性质应用、无机非金属材料生产性能、化学品合理使用及绿色化学等核心考点，按“单质-化合物-材料-社会应用”逻辑组织知识，通过逐点清梳理基础、题点考法讲评真题案例、基础落实小练强化记忆，帮助学生突破二氧化硅与硅酸盐区别等易混点。 讲义采用“考点-真题-素养”融合策略，如对比金刚石与晶体硅结构培养科学思维，结合“碳捕捉技术”真题渗透科学态度与责任。设计基础判断、真题应用、综合探究分层练习，确保高效复习，助力学生构建知识网络提升解题能力，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

第四讲　无机非金属材料　化学品的合理使用 |内|容|与|目|标| 1.了解碳、硅及其重要化合物的主要性质及应用。 2.了解无机非金属材料的生产及主要性能。 3.了解化学品的合理使用和注意事项。 逐点清(一)　碳、硅　无机非金属材料 (一)碳 1.碳的常见单质 (1)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯,它们互为同素异形体。 (2)几种单质的结构特点 金刚石:正四面体空间网状结构;石墨:平面正六边形层状结构,C60是由60个碳原子形成的足球状分子晶体。 2.CO2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+H2O⇌H2CO3; ②光合作用将CO2转化为O2; ③岩石的风化:CaCO3+H2O+CO2==Ca(HCO3)2。 (二)硅及其化合物 硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐等化合态的形式存在于地壳中。 1.单质硅 (1)晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,其结构类似于金刚石,熔沸点很高、硬度大,导电能力介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。 (2)硅与强碱溶液生成氢气(特征反应):Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑。 (3)制备与用途 2.二氧化硅 3.硅酸 (1)硅酸是难溶于水的弱酸,比H2CO3弱。 (2)硅酸的制法:Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3。 4.硅酸盐 (1)硅酸盐是由硅、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。 (1)非金属氧化物一般是分子晶体,而二氧化硅却是共价晶体。 (2)硅酸不能通过二氧化硅与水反应直接制备,因为二氧化硅不溶于水且不与水发生反应。硅酸通常由可溶性硅酸盐(如硅酸钠)与酸反应制得。 (3)硅酸是弱酸,酸性比碳酸弱。硅酸不稳定,受热易分解。 (4)硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,但它和玻璃的化学成分并不相同。硅酸钠也叫泡花碱,但它是盐而不是碱。 (三)无机非金属材料 1.传统无机非金属材料 如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 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.新型无机非金属材料 (1)以硅为主体的硅芯片、硅太阳能电池。 (2)以二氧化硅为主体的光导纤维。 (3)新型陶瓷 ①碳化硅(SiC)俗称金刚砂,硬度很大,可用作砂纸和砂轮的磨料,SiC还具有优异的高温抗氧化性能。②其他:如Si3N4、氧化铝等。 (4)碳纳米材料 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物:C60。开启了碳纳米材料研究和应用的新时代 碳纳 米管 由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、电池和传感器 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料 基础落实小练 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质 (√) (2)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨 (×) (3)单晶硅熔点高,所以可用作半导体材料 (×) (4)高纯硅可用于制芯片 (√) (5)用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品,原理是氢氟酸与SiO2反应 (√) (6)用焦炭和石英砂制取粗硅,SiO2可制作光导纤维 (√) (7)(2024·湖北卷)陶瓷是黏土高温烧结而成,且形成新的化学键 (√) (8)(2025·湖北卷)室温下SiO2与碳不发生反应,高温下可生成Si和CO (√) 题点、考法讲评 一、碳、硅及其化合物 1.下列关于硅及其化合物的描述中正确的是 (　　) A.SiO2硬度大,故可用于制造光导纤维 B.在给定条件下,下列物质间转化可实现:CaCO3CaOCaSiO3 C.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能,该过程与氧化还原反应有关 D.在给定条件下,下列物质间转化可实现:SiO2SiCl4Si 解析:选B　SiO2硬度大与制造光导纤维无关系,A错误;硅太阳能电池工作过程与氧化还原反应无关,C错误;SiO2与盐酸不反应,D错误。 2.“碳捕捉技术”可实现二氧化碳的分离、储存和利用。实际生产中,常利用NaOH溶液来“捕捉”CO2,其工艺流程如图所示(部分条件及物质未标出),下列说法正确的是 (　　) A.CO2是引起酸雨的主要物质之一 B.整个过程中,只有CO2可循环利用 C.能源消耗低是该技术的一大优点 D.该生产过程中,没有涉及到氧化还原反应 解析:选D　酸雨是氮氧化物、二氧化硫的排放引起的,与二氧化碳无关,故A错误;由图可知,CaO、氢氧化钠等均可以循环利用,故B错误;高温反应炉需要消耗大量的能量,能量消耗较高,故C错误;由流程图可知,该过程中主要涉及CO2和NaOH的反应,CaO和水的反应,氢氧化钙和碳酸钠的反应及碳酸钙的分解等,均没有涉及到氧化还原反应,故D正确。 3.(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: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与4个Si成键,平均1个Si形成2个Si—Si键,故1 mol Si含Si—Si键的数目约为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+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。 二、无机非金属材料 4.(2025·河南卷)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 解析:选A　泥活字的主要材料是黏土,黏土的主要成分是硅酸盐,A正确;木活字主要成分是纤维素,B错误;铜活字是铜合金,主要成分是铜,C错误;铅活字主要成分是铅,D错误。 5.陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是 (　　) A.“雨过天青云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 解析:选A　“雨过天青云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关,而氧化铁显红色,A项错误;秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成,B项正确;陶瓷以黏土为原料,经高温烧制而成,属于人造材料,主要成分是硅酸盐,C项正确;陶瓷主要成分是硅酸盐,硅酸盐中硅元素化合价处于最高价,化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点,D项正确。 6.(2026·河南濮阳第一次联考)氮化硅常用于制造耐高温管、切削工具。某小组以石英砂为原料制备氮化硅的微型流程如图1所示: 下列叙述正确的是 (　　) A.反应①的氧化产物为CO2 B.粗硅中可能含有金刚砂 C.反应③中的NH3可通过加热NH4Cl制备 D.反应③的尾气可用图2所示装置吸收 解析:选B　反应①中焦炭是还原剂,被氧化,生成氧化产物CO,A错误;金刚砂是SiC,焦炭与二氧化硅在高温下发生副反应生成SiC和CO,B正确;加热NH4Cl分解生成NH3和HCl,两者在温度降低时又重新化合成NH4Cl,制取NH3不能通过加热NH4Cl制备,C错误;反应③的尾气用图2所示装置吸收容易产生倒吸现象,D错误。 逐点清(二)　化学品的合理使用 (一)化肥、农药的合理施用 1.合理施用化肥 考虑因素 土壤酸碱性、作物营养状况,根据化肥本身的性质进行科学施用 过量施用化肥的危害 ①过量施用不仅会造成浪费,部分化肥会随着雨水流入河流和湖泊,造成水体富营养化,产生水华等污染现象。②不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性和土壤结构 2.合理施用农药 (1)农药的发展方向:高效、低毒、低残留。 (2)不合理施用农药的危害 ①农药可能会破坏害虫与天敌之间的生态平衡,一些害虫还会产生抗药性。 ②蜜蜂等传粉昆虫对农药很敏感,大田用药如不注意就会引起这些昆虫的大量死亡。 ③农药施用方法、用量和时机不当,会造成土壤和作物的农药残留超标,以及大气、地表水和地下水的污染。 (二)合理用药 1.药物的分类 按照来源 分为天然药物与合成药物 按照作用 分为抗酸药、解热镇痛药、抗生素、合成抗菌药、安眠药、镇静药、止泻药等 2.阿司匹林 (1)阿司匹林的化学名称为乙酰水杨酸,具有解热镇痛作用。 (2)以水杨酸为原料制取阿司匹林的化学方程式为 + 　　水杨酸　　　　　　　乙酸酐　 +CH3COOH, 　　　　　　乙酰水杨酸 反应类型:取代反应,乙酰水杨酸中的官能团名称为羧基、酯基,在酸性条件下水解生成物的结构简式为和CH3COOH。 (三)安全使用食品添加剂 1.食品添加剂:是指为改善食品品质和色、香、味,以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。 2.食品添加剂分类 按照来源 分为天然的和人工合成的 按照功能 分为着色剂、防腐剂、抗氧化剂等 3.常见食品添加剂 着色剂 增味剂 膨松剂 凝固剂 防腐剂 抗氧化剂 营养强化剂 β⁃胡萝卜素 味精 NH4HCO3 NaHCO3 盐卤 CaSO4 苯甲酸及其 钠盐 维生 素C FeSO4碘酸钾 ZnSO4 题点、考法讲评 1.(2025·天津卷)下列可用作食品添加剂且属于无机物的是 (　　) A.硫酸铅 　B.木糖醇 C.葡萄糖酸-δ-内酯 　D.二氧化硫 解析:选D　硫酸铅为重金属盐,会导致蛋白质变性,不能用作食品添加剂,A错误;木糖醇属于有机物,不属于无机物,B错误;葡萄糖酸-δ-内酯属于有机物,不属于无机物,C错误;二氧化硫属于无机物,在国家规定的食品添加范围内,添加的二氧化硫可以起到防腐和抗氧化的作用,能用作食品添加剂,D正确。 2.(2023·海南卷)化学的迅速发展为满足人民日益增长的美好生活需要做出突出贡献。下列说法不合理的是 (　　) A.为增强药效,多种处方药可随意叠加使用 B.现代化肥种类丰富,施用方法其依据对象营养状况而定 C.规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度,保持食品营养所需 D.在种植业中,植物浸取试剂类医药也应慎重选用 解析:选A　多种处方药随意叠加使用,相互间可能发生化学反应,需要按照医嘱和药物说明进行使用,故A错误;化肥的施用方法需依据对象营养状况针对性地选择不同的化肥,故B正确;规范使用防腐剂可以减缓食物变质速度,保持食品营养所需,提高食品的口感,故C正确;在种植业中,植物浸取试剂类医药也应慎重选用,D正确。 3.(2026·广东汕头一模)“民以食为天”,化学丰富了我们的饮食文化。下列有关说法正确的是 (　　) A.食品添加剂都是人工合成的化学品,都有副作用 B.为了让腌肉颜色更鲜艳,可添加大量亚硝酸钠 C.天然的食品添加剂比人工合成的化学食品添加剂安全 D.长期饮用含防腐剂、人工色素的饮品会影响人类的健康 解析:选D　食品添加剂不一定均有副作用,A错误;亚硝酸盐有毒,过度使用能够引起中毒,B错误;天然食品添加剂不一定都比人工合成的安全,C错误,D正确。 4.阿司匹林是一种常用的解热镇痛药物,其结构简式为,关于阿司匹林,以下说法错误的是 (　　) A.阿司匹林可以和NaHCO3反应生成CO2 B.1 mol阿司匹林和NaOH反应,最多需要1 mol NaOH C.阿司匹林应避光,密闭于干燥处保存,如果受潮,服用后会强烈刺激胃 D.阿司匹林应当饭后吃,主要为了避免阿司匹林在胃中溶解而强烈刺激胃 解析:选B　阿司匹林分子中含有羧基,可以和NaHCO3反应生成CO2,A正确;该分子中酯基可以在碱性条件下水解,生成物再和NaOH反应,1 mol阿司匹林和NaOH反应,最多需要NaOH为3 mol,B错误;阿司匹林水解会生成强刺激性的水杨酸和乙酸,会强烈的刺激胃,故C、D正确。 逐点清(三)　绿色化学 1.当今常见环境污染及其成因 环境污染 成因 酸雨 pH<5.6,主要是SO2和氮氧化合物 光化学烟雾 主要是氮氧化合物和碳氢化合物造成的 臭氧层空洞 主要是氟氯代烃、氮氧化合物等的排放引起的 温室效应 主要是由于大气中CO2等的含量的不断增加造成的 白色污染 聚乙烯等难降解塑料的大量使用 水华、赤潮 含大量氮、磷的生活污水及工农业废、污水的任意排放造成水体富营养化 PM2.5 大气中直径小于或等于2.5×10-6 m的颗粒物 雾霾 二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物与雾气结合的混合物 2.绿色化学 核心 利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”“环境友好化学” 目标 按照绿色化学的思想,最理想的“原子经济性反应”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,这时原子利用率为100% 准确理解 ①从科学观点看,它是化学科学基础内容的更新。 ②从环境观点看,它强调从源头上减少或消除污染。 ③从经济观点看,它提倡合理利用资源和能源,降低生产成本 3.碳达峰与碳中和 (1)碳达峰是指CO2的排放量达到一个峰值不再增长,之后开始减少。 (2)碳中和是指通过植树造林、节能减排、转化CO2等形式,以抵消自身产生的CO2排放量,实现CO2的相对“零排放”。 题点、考法讲评 一、环境污染与防治 1.下列有关说法,不正确的是 (　　) A.煤燃烧时通常加入CaO的目的是减少酸雨的形成和温室气体的排放 B.绿色食品是指产自良好生态环境的,无污染、安全优质的食品 C.太阳能发电实现绿色用电 D.减少使用一次性发泡塑料餐具和塑料袋 解析:选A　煤燃烧时通常加入CaO,能减少空气中SO2的排放,减少酸雨的形成,但是对CO2的效果有限,所以不能减少温室气体的排放,A错误;绿色食品是指产自良好生态环境的,无污染、对身体没有伤害的安全优质的食品,B正确;太阳能发电对环境不产生污染,实现绿色用电,C正确;一次性发泡塑料餐具和塑料袋难降解,会产生白色污染,应该减少使用,D正确。 2.光化学烟雾通常呈现淡蓝色,其主要成分及简单形成机理如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.光化学烟雾有强氧化性 B.氮氧化物还可引发酸雨等污染问题 C.光化学烟雾成分中含有烃和烃的衍生物 D.光化学烟雾呈现淡蓝色是因为含有NO2 解析:选D　光化学烟雾中的臭氧、NO2、过氧乙酰硝酸酯都有强氧化性,故A正确;氮氧化物还可引发酸雨、臭氧层空洞等污染问题,故B正确;碳氢化合物即烃类,醛、酮、过氧乙酰硝酸酯都属于烃的衍生物,故C正确;NO2是红棕色气体,光化学烟雾呈现淡蓝色是由于光的折射和散射,故D错误。 二、绿色化学 3.“绿色化学”是当今社会人们提出的一个新概念。在“绿色化学”工艺中,理想状态是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,即原子利用率为100%。下列反应最符合绿色化学原子经济性要求的是 (　　) A.由乙烯制备聚乙烯 B.甲烷与氯气反应制备一氯甲烷 C.以铜和浓硝酸为原料制备硝酸铜 D.用SiO2制备高纯硅 解析:选A　由乙烯制备聚乙烯,原子利用率为100%,A项正确;其他三个反应,均有副产物生成,原子利用率小于100%。 4.“绿色化学”的内容是指从技术、经济上设计可行的化学反应,尽可能减少对环境的副作用,下列化学反应不符合“绿色化学”理念的是 (　　) A.消除硫酸厂尾气中的SO2:SO2+2NH3+H2O==(NH4)2SO3 B.消除硝酸工业尾气的氮氧化物的污染:NO+NO2+2NaOH==2NaNO2+H2O C.制CuSO4:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O D.制CuSO4:2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O 解析:选C　用氨气和水与二氧化硫反应,减少了污染性气体排放,符合绿色化学理念,A不符合题意;用氢氧化钠溶液吸收氮氧化物,减少了污染性气体排放,符合绿色化学理念,B不符合题意;铜与浓硫酸反应有二氧化硫放出,不符合绿色化学理念,C符合题意;制备硫酸铜过程无污染性气体产生,符合绿色化学理念,D不符合题意。 35 / 41 $