大单元2 第4章 第15讲 碳、硅、无机非金属材料-【优化探究】2027年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

该高中化学高考复习课件聚焦“碳、硅、无机非金属材料”专题，依据高考评价体系梳理了碳硅单质及化合物性质、无机非金属材料应用等核心考点，通过考点权重分析明确碳族元素成键特点、CO/CO₂性质比较、硅制备流程等高频考查内容，归纳性质辨析、实验探究、工业流程等常考题型。 课件亮点在于“真题演练+易错突破+素养提升”策略，如结合2025云南卷稻壳制纳米Si流程题，运用科学思维拆解反应类型与物质转化，通过易错易混判断（如SiO₂与水反应、碳同素异形体转化）强化化学观念。助力学生掌握工业流程题答题技巧，教师可依托此课件实现考点精准突破与高效复习。

第四章 非金属及其化合物 第15讲　碳、硅、无机非金属材料 优化探究 大单元二 元素及其化合物 　　[导航·复习目标]　1.了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。2.了解碳、硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用,能用化学方程式表示其主要化学性质。3.了解无机非金属材料的组成、分类及其应用价值。 考点一　碳族元素　碳 考点二　硅和二氧化硅 练真题 明考向 考点三　无机非金属材料 3 考点一　碳族元素　碳 梳理 必备知识 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_________。 (2)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____________。 ns2np2　 同素异形体 2.金刚石、石墨、C60的物理性质   金刚石 石墨 C60 晶体类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体 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 小 能 3.CO与CO2的比较   CO CO2 物理性质 无色无味气体,密度比空气小,难溶于水 无色无味气体,密度比空气大,可溶于水(溶解度小) 毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应) 化 学 性 质 还原性 可燃性、还原氧化铁 无(灭火) 氧化性 - ①与炽热的炭反应 ②Mg在CO2中燃烧 与水反应 无 CO2+H2O⥫⥬H2CO3   CO CO2 化 学 性 质 与碱反应 (石灰水) 无 Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O (检验CO2) 相互转化 CO2 CO 用途 燃料;冶炼金属 灭火;制汽水;植物肥料;化工原料等 4.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 ■ 易错易混 1.水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼。(　　) 2.二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红,说明二氧化碳具有酸性。(　　) 3.低碳环保中的“碳”是指二氧化碳。(　　) 4.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。(　　) 5.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。(　　) √ × √ × × 6.向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体,会析出晶体。(　　) 7.CO2中混有少量SO2,可以通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶除去,然后干燥气体。 (　　) 8.CO2中混有CO,可以通过盛有灼热CuO的硬质玻璃管除去。(　　) 9.CO中混有CO2,可以通过盛有NaOH溶液的洗气瓶除去,然后干燥气体。(　　) √ √ √ √ 提升 关键能力 1.(2026·广东清远模拟)部分含碳物质的分类与相应碳元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是(　　) A.固态p可作制冷剂用于人工降雨 B.p转化为r可通过化合反应来实现 C.m转化为n或p的反应均释放能量 D.n的一种同素异形体中既存在共价键也存在范德华力 C 解析:由题图可知:m为甲烷、n为碳单质、o为CO、p为CO2、r为碳酸盐。A.p为二氧化碳,固态二氧化碳可作制冷剂用于人工降雨,A项正确;B.二氧化碳与氧化钙反应生成碳酸钙,可由化合反应实现,B项正确;C.甲烷转化为二氧化碳是放热反应,甲烷高温下分解生成碳是吸热反应,C项错误;D.碳有多种同素异形体,如金刚石、石墨等,石墨中既存在共价键也存在范德华力,D项正确。 2.下列措施中不利于实现漫画中提到的“碳中和”目标的是(　　) A.大力提倡植树造林 B.向燃煤中添加碳酸钙 C.借助光伏、风电、核电等技术发电 D.利用光驱动合成生物学,将二氧化碳合理转化 B 解析:A.大力提倡植树造林,植物吸收CO2,有利于实现“碳中和”,A不符合题意;B.向燃煤中添加CaCO3,能减少SO2的排放,但是不能减少CO2的排放,不利于实现“碳中和”,B符合题意;C.借助光伏、风电、核电等技术发电,减少火电的利用,可以减少CO2的排放,有利于实现“碳中和”,C不符合题意;D.利用光驱动合成生物学,将CO2合理转化,有利于实现“碳中和”,D不符合题意。 3.中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2,反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A.捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2 B.环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶 C.反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质 D.可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2 B 解析:NaOH溶液喷成雾状,可增大反应物接触面积,提高CO2吸收率,A正确;环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3,需从溶液中过滤出来再高温煅烧,故基本操作不是蒸发结晶,B错误;NaOH和CaO在流程中既有消耗,也有生成,可循环利用,C正确;Na2CO3溶液可以和CO2反应,因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2,D正确。 考点二　硅和二氧化硅 梳理 必备知识 1.硅单质 硅酸盐 氧化物 2C+SiO2Si(粗)+2CO↑ 2.二氧化硅 高　 大 Na2SiO3+H2O　 CaSiO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O 3.硅酸(H2SiO3) 不 弱 Na2CO3+H2SiO3↓　 H2SiO3SiO2+H2O Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓ 4.硅酸盐 (1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素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,溶液呈碱性,是无色黏稠液体,常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 ■ 易错易混 1.晶体硅的熔点高、硬度大,故可用于制作半导体材料。(　　) 2.Si和SiO2都可用于制造光导纤维。(　　) 3.NaOH溶液、Na2CO3溶液不能用玻璃瓶盛放。(　　) 4.工业上用焦炭和二氧化硅制取粗硅时生成粗硅和CO2。(　　) 5.SiO2能与氢氟酸反应,因此可用氢氟酸刻蚀玻璃。(　　) 6.因为CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强。(　　) 7.SiO2是H2SiO3的酸酐,所以能用SiO2直接与水反应制备H2SiO3。(　　) 8.加热熔融NaOH时,不能使用陶瓷坩埚、石英坩埚和铝坩埚,能使用铁坩埚。(　　) × √ × × × × × √ 提升 关键能力 考向一　硅及其化合物的性质与用途 1.(2026·广东湛江模拟)从物质类别、元素化合价、物质所含元素在元素周期表中的位置的角度可以认识有关物质的化学性质。下列说法正确的是(　　) A.自然界中存在游离态的硅 B.SiO2中硅元素的化合价为+4价,具有氧化性,能发生反应SiO2+2CSi+2CO↑ C.SiO2属于两性氧化物,能与氢氧化钠溶液反应,也能与氢氟酸反应 D.H2SiO3属于弱酸,可由反应SiO2+H2O===H2SiO3↓制得 B 解析:硅元素是亲氧元素,所以自然界中无游离态的硅,Si元素均以SiO2或硅酸盐的形式存在,A错误;在反应SiO2+2CSi+2CO↑中,硅由+4价变为0价,则二氧化硅是氧化剂,B正确;SiO2能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应,但SiO2不是两性氧化物,因为SiO2与氢氟酸反应生成SiF4与水,SiF4不是盐,C错误;二氧化硅不能溶于水,不能直接制备硅酸,D错误。 2.(2026·河南开封模拟)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过特定路线制备,已知X为Z的氧化物,Y是一种氢化物且分子结构与甲烷相似。下列说法错误的是(　　) A.X可用来生产光导纤维 B.Z能与盐酸发生化学反应 C.反应①的转化应在保护气中进行 D.流程中涉及2个氧化还原反应 B 解析:单质Z是一种常见的半导体材料,X为Z的氧化物,Y为氢化物,分子结构与甲烷相似,则X为二氧化硅、Y为硅烷、Z为硅;由转化关系可知,反应①为二氧化硅与镁共热反应生成硅化镁,反应②为硅化镁与稀盐酸反应生成氯化镁和硅烷,反应③为硅烷受热分解生成硅和氢气。A.二氧化硅是典型的绝缘体,不具备导电性,但晶体对光具有全反射的特性,所以可用来生产光导纤维,故A正确;B.硅的化学性质稳定,不能与盐酸反应,但在高温条件下能与氯化氢发生置换反应,故B错误;C.镁易与空气中的成分反应生成氧化镁、氮化镁等,且反应生成的硅化镁易与水反应生成易自燃的硅烷,所以反应①的转化应在保护气中进行,故C正确;D.由分析可知,反应①和反应③中有元素发生化合价变化,属于氧化还原反应,故D正确。 考向二　硅的制备 3.工业上以石英砂为原料制取单质硅,其工艺流程图如下: 下列有关反应分类说法不正确的是(　　) A.①~⑥均属于氧化还原反应 B.只有①②③属于置换反应 C.⑥既属于氧化还原反应又属于分解反应 D.⑤中的两个化学反应均属于复分解反应 A 解析:A.①中硅元素化合价降低,属于氧化还原反应;②中硅元素化合价升高,属于氧化还原反应;③中硅元素化合价降低,属于氧化还原反应;④中镁元素化合价升高,属于氧化还原反应;⑤中没有元素化合价改变,不属于氧化还原反应;⑥中硅元素化合价升高,属于氧化还原反应,A错误。B.①②③均为单质和化合物反应生成单质和化合物的反应,属于置换反应,B正确。C.⑥为硅烷分解为硅单质和氢气的反应,既属于氧化还原反应又属于分解反应,C正确。D.⑤中的两个化学反应均为两种化合物相互交换成分生成另外两种化合物的反应,属于复分解反应,D正确。 4.(2026·湖北鄂州模拟)晶体硅是一种重要的非金属原料,由粗硅制备纯硅的主要步骤如下: ①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3:Si(粗)+3HClSiHCl3+H2; ②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 100 ℃下反应制得纯硅。 回答下列问题: (1)粗硅与HCl气体反应完全后,经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5 ℃),只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为-84.7 ℃),提纯SiHCl3的方法为______。  蒸馏 (2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)。 ①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞,目的是__________ ________________。  ②C装置中烧瓶需要加热,采用的方法是__________。  排尽装置内 的空气,以防爆炸 水浴加热 考点三　无机非金属材料 梳理 必备知识 1.传统无机非金属材料,包括水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 项目 水泥 玻璃 陶瓷 生产 原料 ______________ _______________ _______________ ______ 主要 设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、 石英砂 黏土 2.新型无机非金属材料 材料类型 主要特性 示例 新型陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅、氮化硼等 功能含硅材料 导磁性 含硅元素4%的硅钢 碳纳米材料 高强度和优良的电学性能 富勒烯、碳纳米管、石墨烯等 ■ 易错易混 1.水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品。(　　) 2.工业生产水泥和玻璃均用到石灰石。(　　) 3.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。(　　) 4.“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料。 (　　) 5.压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化。(　　) √ × × √ √ 提升 关键能力 考向一　传统无机非金属材料 1.(2026·安徽合肥模拟)《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无砂黏土而为之”“凡坯既成,干燥之后,则堆积窑中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法错误的是(　　) A.黏土是制砖瓦和水泥的主要原料 B.“燃薪举火”使“黏土”发生复杂的物理、化学变化 C.沙子的主要成分为硅酸盐 D.泥坯烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦 C 解析:A.由题给信息“择取无砂黏土而为之”,说明黏土是制砖瓦的主要原料,制水泥的主要原料有黏土、石灰石和石膏,选项A正确;B.“燃薪举火”是提供高温环境,使“黏土”发生复杂的物理、化学变化,选项B正确;C.沙子的主要成分为二氧化硅,选项C错误;D.黏土中有一定量的Fe元素,泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁),浇水冷却时C与水蒸气反应得到CO和H2,将三价铁还原为二价铁,形成青瓦,选项D正确。 2.《黑神话·悟空》作为国产第一部3A游戏,以中国经典文学著作《西游记》为蓝本,对山西多处名胜古迹进行实景扫描,游戏中形态各异的佛像,反映了古代匠人高超的技艺水平。雕塑的主要成分为硅酸盐及铁合金等,下列说法错误的是(　　) A.硅酸盐雕塑佛像历经千年依然身形完好,这是由硅酸盐材料中硅氧四面体的特殊结构决定的 B.铁佛寺雕塑的主要成分为铁合金,合金的熔点一般比各成分金属低 C.雕塑的彩绘颜料都是以天然的矿物质手工加工而成,历经千年仍然色彩艳丽,其中用到的红色矿物颜料成分主要是硫化汞,常温下容易被空气中的氧气氧化 D.玻璃、陶瓷、水泥等硅酸盐材料属于传统无机非金属材料 C 解析:A.硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点,这是由硅氧四面体的特殊结构决定的,故A正确;B.合金的熔点一般比各成分金属低,故B正确;C.雕塑的彩绘颜料历经千年仍然色彩艳丽,红色矿物颜料成分主要是硫化汞,说明常温下不易被氧气氧化,故C错误;D.玻璃、陶瓷、水泥的主要成分是硅酸盐,属于传统无机非金属材料,故D正确。 考向二　新型无机非金属材料 3.(2026·广东东莞模拟)碳纳米管,又名巴基管, 是一种具有特殊结构的一维量子材料,具有许多异常 的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及 纳米材料研究的深入,其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于碳纳米管说法不正确的是(　　) A.碳纳米管孔径较大,可以掺杂各种金属原子,体现特殊的催化活性 B.碳纳米管拥有极高的熔点 C.碳纳米管是一种新型有机纳米材料 D.碳纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成 C 解析:碳纳米管孔径较大,有很强的吸附作用,可以掺杂各种金属原子,体现特殊的催化活性,故A正确;碳纳米管上每个碳原子采取sp2杂化,相互之间以碳碳σ键结合起来,所以熔点高,故B正确;碳纳米管只由碳原子构成,属于单质,不是有机化合物,故C错误;碳纳米管可以看作是石墨烯片层卷曲而成,故D正确。 4.沸石是一类分子架构奇特的含水矿物的总称。其中的天然沸石是一类含水铝硅酸盐晶体的总称,它们会因释放水而呈沸腾状,故而得名沸石,又称分子筛(严格说,沸石和分子筛两个术语的内涵是不同的,但经常被不加区别地混用)。它们往往具有复杂的结构,可以灵活地吸水和脱水。以下给出了几种沸石的结构图: 其中一种A型沸石的分子式可表示为Na64(H2O)326.71[Si96Al96O384]。用氢氧化钠、铝酸钠和偏硅酸钠在室温下混合后在99 ℃结晶、110 ℃干燥即可得到A型沸石。下列说法不正确的是(　　) A.沸石具有广泛的用途,可作为吸附剂、干燥剂、催化剂等,并可用于防止溶液暴沸 B.相比较一些传统干燥剂如P2O5等,沸石具备优异的再生性能,可反复使用 C.用氢氧化钠、铝酸钾和偏硅酸钠在室温下混合后在99 ℃结晶、110 ℃干燥一定可以得到纯净的A型沸石 D.由上图给出的沸石笼孔道的结构示意可以推测分子筛的得名可能源于沸石具有“只要客体分子能够通过连接沸石笼的孔道,就可以进出沸石”的特殊性质 C 解析:A项,沸石具有复杂的结构,有许多笼状空穴和通道,常用于分离、提纯气体或液体混合物,还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等,并且沸石有多孔结构,可用于防止溶液暴沸,故A正确;B项,沸石可以灵活地吸水和脱水,具备优异的再生性能,可反复使用,故B正确;C项,由题给信息可知,一种A型沸石的分子式可表示为Na64(H2O)326.71[Si96Al96O384], A型沸石是由多种物质组成的混合物,故C错误;D项,沸石是一种具有多孔结构的铝硅酸盐,有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面,故又称“分子筛”,故D正确。 练真题 明考向 1.正误判断 (1)(2025·陕晋青宁卷)单晶硅熔点高,可用于制造芯片。(　　) (2)(2024·湖北卷)陶瓷是黏土高温烧结而成,且形成新的化学键。(　　) (3)(2024·湖北卷)石墨能导电是因为未杂化的p轨道重叠使电子可在整个碳原子平面内运动。(　　) (4)(2022·浙江卷)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,常用于制造光导纤维。(　　) (5)(2021·辽宁卷)高纯硅可用于制芯片。(　　) (6)(2021·广东卷)用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品,原理是氢氟酸与SiO2反应。 (　　) √ × √ × √ √ 2.(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+2MgSi+2MgO B 解析:稻壳在一定条件下制备纳米SiO2,纳米SiO2和Mg在650 ℃时发生置换反应生成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。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.高纯硅为良好的半导体材料,可用于制造硅太阳能电池,C正确;D.纳米SiO2和Mg在650 ℃的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SiO2+2MgSi+2MgO,D正确。 3.(2025·甘肃卷)下列爱国主义教育基地的藏品中,主要成分属于无机非金属材料的是(　　) A.劳动英雄模范碑(南梁革命纪念馆藏) B.红军党员登记表(红军长征胜利纪念馆藏) C.陕甘红军兵工厂铁工具(甘肃省博物馆藏) D.谢觉哉使用过的皮箱(八路军兰州办事处纪念馆藏) A 解析:A.劳动英雄模范碑通常由石材或混凝土制成,属于无机非金属材料(如硅酸盐类),A符合题意;B.红军党员登记表为纸质材料,主要成分是纤维素(有机高分子材料),B不符合题意;C.铁工具由金属铁制成,属于金属材料,C不符合题意;D.皮箱由皮革(动物蛋白质加工而成,属于有机材料)制成,D不符合题意。 4.(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:A.青花瓷上的蓝色花纹是由于使用了含有氧化钴的“青料”绘制而成,与单质钴无直接关系,A错误;B.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;C.青花瓷是一种釉面瓷,其材质属于无机非金属材料,主要成分为铝硅酸盐,C正确;D.青花瓷呈现青蓝色,不能确定铁元素的具体存在形式,Fe2O3呈红棕色,D错误。 $