第04讲 碳、硅及无机非金属材料（复习讲义）（山东专用） 2027年高考化学一轮复习讲练测

第04讲 碳、硅及无机非金属材料 内容导航 ( 01 ) ( 命题透视·考情前瞻 ) ( 对标素养，研判高考命题趋势 ) ( 0 2 ) ( 思维建模·脉络梳理 ) ( 搭建知识框架，构建系统思维 ) ( 0 3 ) ( 考点精讲·靶向突破 ) ( 拆解核心考点，归纳解题范式 ) ( 考点一 碳及其化合物 知识解构 知识点1 碳单质 知识点2 碳的氧化物 知识点3 碳酸、碳酸盐 知识点4 碳元素在自然界中的循环 知识点5 CO 2 与碱、盐溶液的反应规律 考向破译 考向1 碳及其化合物性质和应用 考向2 碳元素在自然界中的循环 与二氧化碳的利用 考点二 硅及基化合物 知识解构 知识点1 单质硅 知识点2 二氧化硅 知识点3 硅酸和硅酸盐 知识点 4 碳、硅及其化合物性质“反常”小结 考向破译 考向1 硅 及其化合物 的性质 与 应用 考向2 硅的制备 考点 三 无机非金属材料 知识解构 知识点1 传统无机非金属材料 知识点2 新型无机非金属材料 考向破译 考向 无机非金属材料的分类和应用 ) ( 0 4 ) ( 真题溯源·考向感知 ) ( 溯源真题逻辑，感知高考考向 ) 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考情梳理--五年真题 考向梳理 核心考点 2026年 2025年 2024年 2023年 2022年 碳及其化合物 T14,3分 T2,2分 T11,3分 硅及其化合物 T13,3分 T18,12分 T17（1）,2分 无机非金属材料 T1,2分 考向解读--洞悉趋势 精准预判 ►命题解码： 分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律： 1.从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈现，考查内容主要有以下几个方面： （1）直接考查硅及其化合物、碳及其氧化物的结构、性质。 （2）以传统文化、先进科学技术为素材考查无机非金属材料的组成、性质、应用等。 （3）与环境相结合考查碳循环。 （4）以水煤气变换为载体，考查盖斯定律、化学平衡等化学反应原理的内容。 （5）原料中涉及硅元素的工艺流程中，考查硅及其化合物的性质。 2.从命题思路上看，侧重从晶体结构、物质类型、化合价等方面多角度、多层次分析、认知碳、硅两种元素的单质及其重要化合物；以无机非金属材料为载体考查化学对社会发展的重大贡献；通过二氧化碳对环境的影响的考查，树立低碳绿色可持续发展意识。 3.根据高考命题的特点和规律，复习时注意以下几个方面： （1）掌握C、Si单质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对社会发展的影响。注重联系生活实际。 （3）有意识运用相关知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论。。 ►复习目标： 1．了解硅、碳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。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 碳及其化合物 知●识●解●构 知识点1 碳单质 1.碳原子的结构及碳元素的存在：C元素原子结构示意图： ，在自然界以化合态和游离态形式存在。 2.常见碳单质的结构和物理性质 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（）： ①碳原子的排列方式：正四面体的空间网状结构， ②碳原子的杂化方式：sp3杂化 ③物理性质：熔点高，硬度大，不导电； （2）石墨（） ①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 ②碳原子的杂化方式：sp2杂化 ③物理性质：熔点高，硬度小，能导电 （3）足球烯(C60) ①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， ②碳原子的杂化方式：sp2杂化 ③物理性质：不导电 3.碳单质化学性质 a．与O2的反应(用化学方程式表示)： ①O2不足：2C＋O22CO； ②O2充足：C＋O2CO2。 b．与氧化物反应(用化学方程式表示)： ①与CuO反应：2CuO＋C2Cu＋CO2↑(冶炼金属)； ②与Fe2O3反应：Fe2O3＋3C2Fe＋3CO↑(冶炼金属)； ③与CO2反应：CO2＋C2CO； ④与水蒸气反应：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) c．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金刚石结构坚硬，用作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等； ②石墨的细鳞片状结构质软、导电性、滑腻性、耐高温,用作铅笔芯、电极、润滑剂、坩埚； ③木炭和活性炭的疏松多孔的结构吸附性，用作吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味剂等； ④可燃性，作燃料，用于家庭取暖、做饭等； ⑤还原性，作还原剂：冶炼金属，如冶炼金属铜、铁等。 知识点2 碳的氧化物 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 ①CO具有较强的还原性，可以与O2、金属氧化物等发生反应。 如与Fe2O3反应：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。 ②CO2是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。 a.酸性氧化物 ①与水反应：CO2＋H2OH2CO3 ②与碱反应：CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；CO2足量：CO2＋NaOH===NaHCO3；Ca(OH)2＋CO2=== CaCO3↓＋H2O(检验CO2) ③与碱性氧化物反应：CO2＋CaO=CaCO3 ④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）； b.氧化性 ①与C反应：CO2＋C2CO； ②与Mg反应：2Mg＋CO22MgO＋C 3.用途 ①CO:作燃料，冶炼金属； ②CO2:灭火，制汽水；植物肥料；化工原料等。 得分速记 溶液中通入CO2气体产生沉淀的问题：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。 4.CO、CO2气体的除杂方法 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 得分速记 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。 知识点3 碳酸、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 知识点4 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： a．溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3； b．光合作用将CO2转化为O2； c．岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。 知识点5 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： 2、CO2与盐溶液的反应 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＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 当CO2过量时，发生反应如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3 ③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO 当CO2过量时，发生反应如下：2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO ④CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3 ⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2过量时) CO2＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量时) 得分速记 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,但CO2与Ca(ClO)2溶液反应的产物与CO2的量有关，CO2的量不足时，CO2+Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO；CO2过量时，2CO2+Ca(ClO)2＋2H2O=Ca(HCO3)2＋2HClO；。 ④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反应，无沉淀产生,但SO2通入Ca(NO3)2或Ba(NO3)2溶液发生氧化还原反应，均有沉淀产生。 考●向●破●译 考向1 碳及其化合物性质和应用 例1反应CO＋Ag2O2Ag＋CO2可用在防毒面具中。下列说法不正确的是 A．该反应属于置换反应 B．Ag2O作氧化剂 C．CO属于大气污染物 D．CO2可用于光合作用 【答案】A 【解析】A项，反应物为两种化合物，该反应不属于置换反应，错误；B项，反应中银元素化合由+1价变为0价，化合价降低，Ag2O作氧化剂，正确；C项，CO为有毒气体，属于大气污染物，正确；D项，二氧化碳参与光合作用，正确。 解题妙招 "结构→性质→应用"三级分析法 1.‌价类二维分析：横向非氧化还原反应，正向或斜向为氧化还原反应； 2.性质-应用推导： ①导电性（石墨）→ 电极材料 ②吸附性（活性炭）→ 净水处理 ③高硬度（金刚石）→ 切割工具 3. ‌实验探究模型‌ ①CO2性质验证：通过石蕊变色（生成H2CO3）、石灰水变浑浊（生成CaCO3）； ②碳还原性实验：C+CuOCu+CO2（黑色固体变红） 【变式1】下列常见物质间的直接转化关系中，推理不成立的是 A．X可为是NaOH B．X可为C，盐的水溶液呈碱性 C．X可为S，Y可使品红溶液褪色 D．X可为Fe，盐的水溶液遇KSCN溶液变红 【答案】D 【详解】A．X为Na时，Na与O2反应生成Na2O（氧化物Y），Na2O与H2O反应生成NaOH（碱Z），NaOH与HCl反应生成NaCl（盐），A不符合题意； B．X为C时，转化成立：C与O2反应生成CO2（氧化物Y），CO2与H2O反应生成H2CO3（酸Z），H2CO3与NaOH反应生成Na2CO3（盐），碳酸钠的溶液水解使得溶液显碱性，B不符合题意； C．X为S时，转化成立：S与O2反应生成SO2（氧化物Y），SO2具有漂白性可使品红溶液褪色，SO2与H2O反应生成H2SO3（酸Z），H2SO3与NaOH反应生成Na₂SO3（盐），C不符合题意； D．X为Fe时，Fe与O2反应可生成Fe2O3或四氧化三铁，但四氧化三铁、Fe2O3不与H2O直接反应生成碱或酸（无法得到Z），因此推理不成立，D符合题意； 故选D。 【变式2·变考法】我国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。下列关于CO2的说法不正确的是 A．CO2是酸性氧化物 B．CO2属于非电解质 C．CO2为非极性分子 D．由如图晶胞构成的某固态CO2易升华 【答案】D 【解析】A项，二氧化碳能和碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，正确；B项，二氧化碳在水溶液中和熔融状态下均不能自身电离出自由移动的离子而导电，为非电解质，正确；C项，二氧化碳的结构式为O＝C＝O，是直线形结构，正负电荷中心重合，为非极性分子，正确；D项，该晶胞中，大球为C原子，小球为O原子，每个C与4个O形成C－O，该固态二氧化碳的晶胞与二氧化硅的晶胞类似，由于二氧化硅为原子晶体，沸点较高，则该固态二氧化碳不易升华，错误。 【变式3·变考法】碳元素及其化合物在自然界广泛存在且具有重要应用。12C、13C、14C是碳元素的3种核素，碳元素不仅可以形成金刚石等单质，还能形成CO2、CH4、CH3OH、CH3CH2OH、HCOONa、NaHCO3等重要化合物。CH4具有较大的燃烧热(890.3 kJ·mol－1)，是常见燃料。用NaOH溶液吸收CO2生成NaHCO3溶液是CO2“固定”再利用的方法之一、电解NaHCO3溶液可获得CH4；向NaHCO3溶液中加入铁粉，反应初期产生H2并生成FeCO3，FeCO3迅速转化为活性Fe3O4-x，活性Fe3O4-x催化HCO3－加氢生成HCOO－。“侯氏制碱法”是以CO2、NH3、NaCl为原料制备Na2CO3。下列化学反应表示正确的是 A．甲烷的燃烧：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) ∆H＝-890.3 kJ·mol－1 B．铁粉和NaHCO3溶液反应制H2：Fe＋HCO3－＋H2O＝FeCO3↓＋H2↑＋OH－ C．CO2通入氨的饱和食盐水中：2NaCl＋2NH3＋CO2＋H2O＝Na2CO3↓＋2NH4Cl D．催化电解HCO3－生成CH4的阳极反应式：HCO3－＋8e—＋9H＋＝CH4＋3H2O 【答案】B 【解析】A项，燃烧热是在101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，应该生成液态水，错误；B项，由题意可知，向NaHCO3溶液中加入铁粉，反应初期产生H2并生成FeCO3，反应中铁化合价升高发生氧化反应、水中氢元素化合价降低发生还原反应，反应为Fe＋HCO3－＋H2O＝FeCO3↓＋H2↑＋OH－，正确；C项，CO2通入氨的饱和食盐水中生成溶解度较小的碳酸氢钠，同时生成氯化铵：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O＝NaHCO3↓＋NH4Cl，错误；D项，由题意可知，电解NaHCO3溶液可获得CH4，反应中碳元素得到电子在弱碱性条件下发生还原反应生成甲烷，反应在阴极进行：HCO3－＋8e—＋6H2O＝CH4＋9OH－，错误。 考向2 碳元素在自然界中的循环与二氧化碳的利用 例2 在光照条件下，CO2加氢制CH4的一种催化机理如图所示，下列说法正确的是 A．没有La2O3的介入，CO2和H2就不能转化为CH4和H2O B．反应过程中释放出带负电荷的•H C．该反应的化学方程式为CO2＋4H2CH4＋2H2O D．La2O2CO3是反应的催化剂 【答案】C 【解析】A项，催化剂不是化学反应的必要条件，不能决定反应能否发生，没有La2O3催化剂的加入，只是反应速率减慢，错误；B项，据图示知，反应过程中H2经过Ni活性中心裂解产生活化态的•H，不带电，错误；C项，由催化机理图知，CO2和H2是反应物，CH4和H2O是生成物，反应方程式为：CO2＋4H2CH4＋2H2O，正确；D项，由图知，La2O3和反应物CO2一同加入，属于催化剂，La2O2CO3是反应的中间产物，错误。 【变式1·变考法】CO2的资源化利用具有重要意义。CO2用NaOH溶液吸收可得NaHCO3，NaHCO3可用于治疗胃酸过多；通过电催化法可将CO2转化为CH3OH、HCOOH等有机物；CO2和CH4催化重整可获得水煤气(CO与H2的混合气体)。CO2与NH3合成尿素[CO(NH2)2]的反应为2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(l)＋H2O(l)，合成过程中还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[(NH2CO)2NH]等副反应。 下列反应表示不正确的是 A．过量NaOH溶液吸收CO2的反应：NaOH＋CO2＝NaHCO3 B．酸性条件下，CO2转化为HCOOH的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－＝HCOOH C．CO2和CH4催化制水煤气的反应：CO2＋CH42CO＋2H2 D．尿素发生水解的反应：CO(NH2)2＋H2O＝2NH3↑＋CO2↑ 【答案】A 【解析】A项，过量NaOH与CO2反应应生成Na2CO3，而非NaHCO3，正确反应为：CO2＋2NaOH(过量)＝Na2CO3＋H2O，错误；B项，酸性条件下，CO2得电子被还原为HCOOH，根据电荷和原子守恒，电极反应为：CO2＋2H＋＋2e－＝HCOOH，正确；C项，由题可知，CO2和CH4催化重整可获得水煤气(CO与H2的混合气体)，方程式为：CO2＋CH42CO+2H2，正确；D项，尿素水解生成NH3和CO2，反应方程式为：CO(NH2)2+H2O＝2NH3↑+CO2↑，正确。 考点二 硅及其化合物 知●识●解●构 知识点1 单质硅 1.硅的存在、结构与物理性质 （1）存在：单质硅有晶体硅和无定形硅两大类，自然界中无游离态硅——单质硅，硅以化合态存在，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在地壳中，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，基态原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p2，核外电子的空间运动状态有8种，不成对电子数有2个；单晶硅（）为共价晶体，晶体中每个Si原子以sp3杂化，分别与4个相邻的Si 原子形成4个σ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 个Si原子，含Si—Si键数为1。 （2）物理性质：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和合金材料。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。 2.单质硅化学性质——硅的化学性质不活泼，主要形成四价化合物 a．常温 常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。 ①与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ②与NaOH溶液反应的化学方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑； ③与F2反应的化学方程式:Si＋2F2===SiF4 b．高温 加热或高温条件下，硅也能和一些非金属单质反应。 ①与O2反应：Si＋O2SiO2。 ②与Cl2反应：Si＋Cl2SiCl4 ③与C反应：Si+ CSiC 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。 5.高纯硅的制备 （1）制备原理：用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原得到高纯硅。 （2）制备流程： （3）涉及的主要化学反应 (a)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (b)Si＋3HClSiHCl3＋H2 (c)SiHCl3＋H2Si＋3HCl 得分速记 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.单质硅的用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等。 知识点2 二氧化硅 1.二氧化硅的存在 自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有晶体和无定形两种，统称硅石，硅石、石英、水晶、玛瑙、硅藻土、沙子等主要成分都是SiO2。 2.二氧化硅的物理性质：纯净的SiO2是无色透明的，其熔、沸点高，硬度大，不溶于水，也不导电。 3.二氧化硅的结构 SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。在SiO2晶体中，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，SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。 4.二氧化硅的化学性质 a.酸性氧化物，是硅酸的酸酐，但不与水反应。 ①SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（Na2SiO3俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂）； ②在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，如与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaOCaSiO3。 ③在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钠、碳酸钙反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑（工业制玻璃）。 b.弱氧化性： 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)； c.特性：常温下与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 5.二氧化硅的主要应用 ①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品。 ②SiO2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，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。 ④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料。 得分速记 （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，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。 （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并用于雕刻玻璃，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。 （4）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。 （5）不能依据反应2C＋SiO2Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。此类反应能进行的原因是因为在高温条件下，生成物中的气体从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。 （6）SiO2虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。 （7）不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。 （8）加热熔融NaOH时，不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚，原因是陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。 知识点3 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”。 2.硅酸的化学性质： （1）弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。如：H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。 （2）不稳定性：硅酸的热稳定性很差，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。 知识点4 硅酸盐 1.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.硅酸盐的氧化物表示方法——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。 得分速记 （1）氧化物之间以“· ”隔开； （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：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。 ②化学性质——与酸性较硅酸强的酸反应： a．与盐酸反应的化学方程式： Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 b．与CO2水溶液反应的化学方程式： Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。 ③用途：黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料。 得分速记 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。 知识点5 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(溶液中的反应)。 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↑(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。 考●向●破●译 考向1 硅及其化合物的性质与应用 例1在给定条件下，下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A. B. C. D. 【答案】A 【详解】A．盐酸酸性强于碳酸，溶液中通入无法生成，第一步转化不能实现，A符合题意；B．和高温反应制粗硅，粗硅和高温反应生成，再用高温还原得到高纯硅，是工业制纯硅的常规流程，每步转化均可实现，B不符合题意；C．饱和溶液中先通再通，析出溶解度较小的，加热分解生成，为侯氏制碱法的反应原理，转化均可实现，C不符合题意；D．溶液和氨水反应生成沉淀，为两性氢氧化物，可与溶液反应生成溶液，转化均可实现，D不符合题意；故选A。 解题妙招 "结构→性质→制备→应用"四步分析法 1.‌结构决定性质 ①硅：金刚石结构→高熔点、半导体性 ②SiO2：四面体网状结构→高硬度、化学惰性 2.‌性质推导应用‌ ①硅的半导体性：芯片、太阳能电池 ②SiO2的光学透明性：光纤、光学仪器 3.‌工艺联系 ①工业制硅：SiO2+ 2C Si(粗) + 2CO↑ ②玻璃制备：Na2CO3+ SiO2Na2SiO3+ CO2↑ 4.‌实验探究 ①硅酸制备：Na2SiO3+ 2HCl=H2SiO3↓+2NaCl ②HF刻蚀玻璃实验 【变式1·变考法】（2026·山东东营·一模）物质性质决定用途，下列两者对应关系错误的是 A．酚醛树脂导电性差，可用作电木 B．具有还原性、漂白性，可用作食品添加剂 C．具有良好的光学特性，可用作太阳能电池板 D．丙三醇具有很强的吸水性，可用作化妆品添加剂 【答案】C 【详解】A．酚醛树脂导电性差，是绝缘材料，电木为其俗称，用于电器部件，A正确； B．具有还原性和漂白性，可用作食品添加剂（如葡萄酒防腐），B正确； C．有良好光学特性，但太阳能电池板核心材料为硅，C错误； D．丙三醇吸水性，用作化妆品保湿剂，D正确； 故答案选C。 【变式2】下列有关硅及其化合物的叙述，不正确的是 A．硅在自然界中主要以单质形式存在 B．碳化硅新型陶瓷用于耐高温结构材料 C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．二氧化硅可用于生产玻璃、光导纤维 【答案】A 【解析】A．硅在自然界中主要以二氧化硅、硅酸盐等化合态形式存在，故A错误； B．碳化硅新型陶瓷耐高温，用于耐高温结构材料，故B正确； C．高纯度的硅半导体性能优良，可用于制造计算机芯片，故C正确； D．二氧化硅可用于生产玻璃，且具有良好的光学性能能做光导纤维，故D正确； 答案选A。 【变式3·变考法】无机非金属材料中，硅一直扮演着重要的角色。下列有关硅及其化合物的说法中正确的是 A．最外层有四个电子，位于元素周期表的第三周期第VA族 B．是酸性氧化物，可以与水反应： C．硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 D．碳化硅具有优异的耐高温性能是因为碳原子和硅原子通过离子键连接，硬度很大 【答案】C 【解析】A．最外层有四个电子，位于元素周期表的第三周期第IVA族，A错误； B．是酸性氧化物，可与碱反应生成盐和水，但不能与水反应，B错误； C．硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，C正确； D．碳化硅具有优异的耐高温性能是因为碳原子和硅原子通过共价键连接，硬度很大，D错误； 答案选C。 考向2 硅的制备 例2制造芯片的高纯硅可以用下述方法制取(反应条件略)。下列说法不正确的是    A．SiO2和SiCl4中Si的化合价均为+4 B．反应①、②、③均为氧化还原反应 C．SiO2制粗硅过程中产生的气体X可以用澄清石灰水检验 D．利用二氧化硅还可生产光导纤维 【答案】C 【分析】二氧化硅和碳反应生成硅和一氧化碳，粗硅和 氯化氢反应生成三氯化硅和氢气，氢气和三氯化硅再反应生成高纯硅和氯化氢，据此解答。 【解析】A．SiO2和SiCl4中氧和氯都为负价，Si的化合价均为+4，A正确； B．三个反应中都有化合价变化，都为氧化还原反应，B正确； C．根据分析，气体X为一氧化碳，不与氢氧化钙反应，C错误； D．二氧化硅是光导纤维的主要成分，D正确； 故选C。 解题妙招 在设计制备纯硅的试题中，常遇到的知识点 （1）粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3： Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 （2）SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅： SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl （3）SiO2＋2Mg2MgO＋Si （4）SiHCl3、SiCl4能与水发生反应： SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl （5）SiH4在空气中易自燃 【变式1·变考法】下列陈述Ⅰ和陈述Ⅱ均正确，且两者间具有因果关系的是 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 浓硝酸见光易分解 浓硝酸一般保存在棕色试剂瓶中 B 常温下，可以用铝制容器盛装浓硫酸 铝不与浓硫酸反应 C 工业上用焦炭还原石英砂制粗硅 D 的金属性比强 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．浓硝酸见光易分解，因此需要避光保存，保存在棕色试剂瓶中，陈述、均正确，二者存在因果关系，A符合题意； B．常温下可用铝制容器盛装浓硫酸，是因为常温下铝遇浓硫酸发生钝化，生成致密氧化膜阻止反应继续进行，钝化属于化学反应，铝与浓硫酸发生了反应，陈述错误，B不符合题意； C．工业上确实用焦炭还原石英砂制粗硅，但反应产物是CO不是CO2，正确反应为，陈述错误，C不符合题意； D．同主族从上到下金属性增强，金属性K比Na强，该反应能发生是因为K沸点低，高温下K挥发使反应正向进行，陈述错误，D不符合题意； 故选A。 【变式2】高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：(纯)下列说法错误的是 A．既能与氢氟酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，是两性氧化物 B．步骤①的化学方程式为 C．图中所有反应均属于氧化还原反应 D．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域 【答案】A 【解析】A．SiO2只能与氢氟酸反应，与其它酸不反应，属于酸性氧化物，不是两性氧化物，故A错误； B．二氧化硅在高温下与C反应生成CO气体，即步骤①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，故B正确； C．图中所有反应都有单质参与，Si的化合价变化，均属于氧化还原反应，故C正确； D．硅为半导体材料，高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，故D正确； 故答案选A。 考点三 无机非金属材料 知●识●解●构 知识点1 传统无机非金属材料 1．无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料多含硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。 2.分类——可以根据化学成分和性能进行分类。 1）按化学成分分类 无机非金属材料可以根据其主要化学成分进行分类，主要包括以下几类： （1）‌单质‌：如碳、硅等。 （2）‌氧化物‌：如二氧化硅、三氧化二铝等。 （3）‌碳化物‌：如碳化硅、碳化硼等。 （4）‌氮化物‌：如氮化硅、氮化铝等。 （5）‌硫化物‌：如硫化锌、硫化镉等。 （6）‌卤化物‌：如氟化钙、氯化钠等。 （7）‌硅化物‌：如硅化镁、硅化铜等。 （8）‌磷化物‌：如磷化铝、磷化镓等。 （9）‌氧氨化物‌：如氧氮化硅、氧氮化铝等。 2）按性能分类 无机非金属材料也可以根据其性能进行分类，主要包括以下几类： （1）‌结构材料‌：用于构建和支撑的材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。 （2）‌功能材料‌：具有特定功能的材料，如： ①‌机械性能‌：高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、摩擦材料等。 ②‌热学性能‌：耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料、防火材料等。 ③‌化学性能‌：耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等。 ④‌光学性能‌：电光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等。 ⑤‌电学性能‌：绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、超导材料、半导体材料等。 ⑥‌磁学性能‌：磁性材料。 ⑦‌声学性能‌：隔声材料、吸声材料等。 ⑧‌核物理性能‌：放射性材料、反应材料等。 ⑨‌生物性能‌：骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等。 3.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 制备过程 原料与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉即得 原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得 原料经高温烧结而成 变化 复杂的物理、化学变化过程 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 得分速记 硅酸盐产品中，水泥和陶瓷的共同原料是黏土，水泥和玻璃的共同原料是石灰石。 知识点2 新型无机非金属材料 （1）含义：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）性能:在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新特性和功能。 （3）代表物:碳化硅(SiC) ①俗名:金刚砂。 ②结构:碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构。1 mol SiC中含有4mol Si—C键。 ③性质和用途:硬度很大,可用作砂纸和砂轮的磨料;具有优异的耐高温抗氧化性能,可用作耐高温材料、耐高温半导体材料等。 （4）其他新型陶瓷 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 （5）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,包括富勒烯、碳纳米管及石墨烯等,它们都是碳单质,互为同素异形体。 ②类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 新型材料 结构特点 主要性能 主要应用 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 在溶解性、磁性、非线性光学性质、光导电性等方面表现出优异性能 工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等 碳纳米管 石墨片层卷成的直径纳米级的管状物 比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高、具有很高的强度 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 ③用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 考●向●破●译 考向 无机非金属材料的分类和应用 例1（2026·山东聊城·一模）2026年央视春晚堪称一场“科技+文化”的硬核融合盛宴。下列有关材料说法错误的是 A．碳纤维机械臂轻量化，利用其密度小、比强度高的特性 B．舞台LED大屏所用的氮化镓属于新型无机非金属材料 C．节目《武BOT》机器人柔性关节与轻量化机身，采用铝合金作增强复合材料 D．动态舞台模块核心驱动设备中含高纯硅半导体芯片 【答案】C 【详解】A．碳纤维密度小，相同体积下质量小，可实现轻量化，同时碳纤维比强度高，能够满足机械臂的强度要求，A正确； B．氮化镓属于半导体材料，是典型的新型无机非金属材料，B正确； C．复合材料中，铝合金一般作为基体材料，增强体多为碳纤维等高强度纤维材料，铝合金本身属于金属合金，不能作为增强复合材料的增强体，且铝合金刚性强不适合柔性关节，C错误； D．高纯硅是良好的半导体材料，是制造半导体芯片的核心原料，因此驱动设备中含高纯硅半导体芯片，D正确； 故答案选C。 【变式1·变情境】（2026·山东东营·一模）黄河口民俗是齐鲁文化重要的组成部分，下列选项涉及材料与其他三个选项不同的是 A．短穗花鼓 B．黄河口剪纸 C．黄河泥黑陶 D．非遗齐笔 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．短穗花鼓：主要材料是木材、动物皮革，都属于天然有机材料，A不符合题意； B．黄河口剪纸：材料是纸张，纸张主要成分为纤维素，属于有机材料，B不符合题意； C．黄河泥黑陶：黑陶属于陶瓷，是黏土经高温烧制得到的无机非金属材料，主要成分为硅酸盐，C符合题意； D．非遗齐笔：笔杆多为竹木（有机纤维素）、笔头为动物毛发（有机蛋白质），都属于有机材料，D不符合题意； 答案选C。 【变式2·变情境】（2026·山东泰安·一模）下列有关岱庙建筑构件说法错误的是 A．木斗拱 B．琉璃瓦 C．基石 D．青瓦 A．木斗拱的主要成分是纤维素 B．琉璃瓦主要成分，其硬度较大 C．基石所采用的青石属于硅酸盐材料 D．瓦坯烧制后期，向窑内加水，得青瓦 【答案】C 【详解】A．木斗拱由木材制成，木材的主要成分是纤维素，A正确； B．琉璃的主要成分是，其为共价晶体，硬度较大，B正确； C．基石所用的青石，主要成分是碳酸钙，不属于硅酸盐材料，C错误； D．青瓦的烧制工艺中，在后期向窑内加水，C与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价铁，形成青瓦，D正确； 故选C。 【变式3】材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列关于材料的说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料，主要化学成分是硅酸盐 B．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，具有耐高温抗氧化等优良性能 C．太阳能电池可采用二氧化硅制作，有利于环保节能 D．碳纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯等，有广阔的应用前景 【答案】C 【解析】A．陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料，主要化学成分是硅酸盐，A正确； B．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，具有耐高温抗氧化等优良性能，B正确； C．太阳能电池可采用硅制作，有利于环保节能，C错误； D．碳纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯等，有广阔的应用前景，D正确。 故选C。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2023·北京卷）蔗糖与浓硫酸发生作用的过程如图所示。 下列关于该过程的分析不正确的是 A．过程①白色固体变黑，主要体现了浓硫酸的脱水性 B．过程②固体体积膨胀，与产生的大量气体有关 C．过程中产生能使品红溶液褪色的气体，体现了浓硫酸的酸性 D．过程中蔗糖分子发生了化学键的断裂 【答案】C 【解析】A．浓硫酸具有脱水性，能将有机物中的H原子和O原子按2∶1的比例脱除，蔗糖中加入浓硫酸，白色固体变黑，体现浓硫酸的脱水性，A项正确； B．浓硫酸脱水过程中释放大量热，此时发生反应，产生大量气体，使固体体积膨胀，B项正确； C．结合选项B可知，浓硫酸脱水过程中生成的能使品红溶液褪色，体现浓硫酸的强氧化性，C项错误； D．该过程中，蔗糖发生化学反应，发生了化学键的断裂，D项正确； 故选C。 2．（2025·陕晋青宁卷）下列有关物质性质与用途对应关系错误的是 A．单晶硅熔点高，可用于制造芯片 B．金属铝具有还原性，可用于冶炼金属 C．浓硫酸具有吸水性，可用作干燥剂 D．乙炔燃烧火焰温度高，可用于切割金属 【答案】A 【解析】A．单晶硅用于制造芯片主要因其半导体性质，而非熔点高，熔点高与用途无直接关联，A错误； B．金属铝还原性强，可通过铝热反应冶炼金属（如Fe、Mn等），B正确； C．浓硫酸吸水性使其可干燥中性/酸性气体（如H2、CO2），C正确； D．乙炔燃烧产生高温氧炔焰（约3000℃），可熔化金属进行切割，D正确； 故选A。 3．（2026·广东卷）部分含C或N或Cl物质的分类与相应化合价关系如图。下列说法错误的是 A．分子中可存在键和键 B．可由受热分解产生 C．可存在的转化 D．、、均可用于自来水消毒 【答案】D 【解析】A．a可以是，分子内含1个σ键和2个π键，因此分子中可存在π键和σ键，A正确； B．c可以是，e可以是碳酸盐（盐类，碳元素为+4价），碳酸钙等碳酸盐受热分解可生成，因此c可由e受热分解产生，B正确； C．对应转化为：，可通过反应实现：N2和O2放电生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2与水反应生成HNO3，稀HNO3与Cu反应生成NO，C正确； D．f为-1价的酸，只能是HCl，盐酸没有强氧化性，不能用于自来水消毒，D错误； 故选D。 4．（2026·湖南卷）化学知识在生产、生活中应用广泛。下列反应方程式错误的是 A．氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃： B．侯氏制碱法的主要反应： C．酸性高锰酸钾溶液测定空气中的含量： D．醋酸除去水垢中的： 【答案】D 【解析】A．玻璃主要成分为，与反应生成气体和，方程式书写正确，A不符合题意； B．侯氏制碱法中，向饱和食盐水中先通再通，生成溶解度较小的沉淀，同时得到，方程式书写正确，B不符合题意； C．酸性条件下将氧化为，自身被还原为，该离子方程式满足电子守恒、电荷守恒、原子守恒，离子方程式书写正确，C不符合题意； D．醋酸为弱电解质，书写离子方程式时不能拆分为，需保留化学式，该离子方程式书写错误，正确的离子方程式为CaCO3+2CH3COOH=Ca2++2CH3COO−+H2O+CO2↑‌，D符合题意； 故选D。 5．（2023·湖北卷）工业制备高纯硅的主要过程如下： 石英砂粗硅高纯硅 下列说法错误的是 A．制备粗硅的反应方程式为 B．1molSi含Si-Si键的数目约为 C．原料气HCl和应充分去除水和氧气 D．生成的反应为熵减过程 【答案】B 【解析】A. 和在高温下发生反应生成和，因此，制备粗硅的反应方程式为，A说法正确； B. 在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成立体空间网状结构，因此，平均每个Si形成2个共价键， 1mol Si含Si-Si键的数目约为，B说法错误； C. HCl易与水形成盐酸，在一定的条件下氧气可以将HCl氧化；在高温下遇到氧气能发生反应生成水，且其易燃易爆，其与在高温下反应生成硅和HCl，因此，原料气HCl和应充分去除水和氧气 ，C说法正确； D. ，该反应是气体分子数减少的反应，因此，生成的反应为熵减过程，D说法正确； 综上所述，本题选B。 2 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第04讲 碳、硅及无机非金属材料 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 碳及其化合物 知识解构 知识点1 碳单质 知识点2 碳的氧化物 知识点3 碳酸、碳酸盐 知识点4 碳元素在自然界中的循环 知识点5 CO2与碱、盐溶液的反应规律 考向破译 考向1 碳及其化合物性质和应用 考向2 碳元素在自然界中的循环与二氧化碳的利用 考点二 硅及基化合物 知识解构 知识点1 单质硅 知识点2 二氧化硅 知识点3 硅酸和硅酸盐 知识点4 碳、硅及其化合物性质“反常”小结 考向破译 考向1 硅及其化合物的性质与应用 考向2 硅的制备 考点三 无机非金属材料 知识解构 知识点1 传统无机非金属材料 知识点2 新型无机非金属材料 考向破译 考向 无机非金属材料的分类和应用 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考情梳理--五年真题 考向梳理 核心考点 2026年 2025年 2024年 2023年 2022年 碳及其化合物 T14,3分 T2,2分 T11,3分 硅及其化合物 T13,3分 T18,12分 T17（1）,2分 无机非金属材料 T1,2分 考向解读--洞悉趋势 精准预判 ►命题解码： 分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律： 1.从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈现，考查内容主要有以下几个方面： （1）直接考查硅及其化合物、碳及其氧化物的结构、性质。 （2）以传统文化、先进科学技术为素材考查无机非金属材料的组成、性质、应用等。 （3）与环境相结合考查碳循环。 （4）以水煤气变换为载体，考查盖斯定律、化学平衡等化学反应原理的内容。 （5）原料中涉及硅元素的工艺流程中，考查硅及其化合物的性质。 2.从命题思路上看，侧重从晶体结构、物质类型、化合价等方面多角度、多层次分析、认知碳、硅两种元素的单质及其重要化合物；以无机非金属材料为载体考查化学对社会发展的重大贡献；通过二氧化碳对环境的影响的考查，树立低碳绿色可持续发展意识。 3.根据高考命题的特点和规律，复习时注意以下几个方面： （1）掌握C、Si单质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对社会发展的影响。注重联系生活实际。 （3）有意识运用相关知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论。。 ►复习目标： 1．了解硅、碳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。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 碳及其化合物 知●识●解●构 知识点1 碳单质 1.碳原子的结构及碳元素的存在：C元素原子结构示意图： ，在自然界以化合态和游离态形式存在。 2.常见碳单质的结构和物理性质 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（）： ①碳原子的排列方式： 的空间网状结构， ②碳原子的杂化方式： 杂化 ③物理性质：熔点 ，硬度 ， 导电； （2）石墨（） ①碳原子的排列方式：层状结构，每层为 的平面网状结构 ②碳原子的杂化方式： 杂化 ③物理性质：熔点 ，硬度 ， 导电 （3）足球烯(C60) ①碳原子的排列方式：“足球”状分子，由 形和 形排列而成， ②碳原子的杂化方式： 杂化 ③物理性质： 导电 3.碳单质化学性质 a．与O2的反应(用化学方程式表示)： ①O2不足： ； ②O2充足： 。 b．与氧化物反应(用化学方程式表示)： ①与CuO反应： (冶炼金属)； ②与Fe2O3反应： (冶炼金属)； ③与CO2反应： ； ④与水蒸气反应： (制水煤气)； ⑤与SiO2反应： (制粗硅)； (制金刚砂) c．与强氧化性酸反应 ①与浓硫酸反应： 。 ②与浓硝酸反应： 。 4.碳单质的用途： ①金刚石结构坚硬，用作玻璃刻刀、机器 、装饰品等； ②石墨的细鳞片状结构质软、导电性、滑腻性、耐高温,用作 、 、润滑剂、坩埚； ③木炭和活性炭的疏松多孔的结构吸附性，用作吸附食品色素、除 、防毒面具、冰箱除味剂等； ④可燃性，作燃料，用于 等； ⑤还原性，作还原剂：冶炼 ，如冶炼金属铜、铁等。 知识点2 碳的氧化物 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 ①CO具有较强的 性，可以与O2、金属氧化物等发生反应。 如与Fe2O3反应： 。 ②CO2是典型的 氧化物，也具有 性。 a.酸性氧化物 ①与水反应： ②与碱反应：CO2少量： ；CO2足量： ； (检验 ) ③与碱性氧化物反应： ④与Ca(ClO)2盐溶液反应： （CO2少量）； （CO2过量）； b.氧化性 ①与C反应： ； ②与Mg反应： 3.用途 ①CO:作 ， ； ②CO2: ，制汽水；植物 ；化工原料等。 得分速记 溶液中通入CO2气体产生沉淀的问题：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。 4.CO、CO2气体的除杂方法 CO中混有CO2 通过盛有 的洗气瓶，然后干燥气体 CO2中混有CO 通过盛有 的硬质玻璃管 CO2中混有O2 通过盛放 的硬质玻璃管 CO2中混有少量SO2 通过盛有 或 的洗气瓶，然后干燥气体 CO2中混有少量HCl 通过盛有 的洗气瓶，然后干燥气体 得分速记 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。 知识点3 碳酸、碳酸盐 1.碳酸：二 酸、不稳定，常用 代替H2CO3，但酸性比 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 知识点4 碳元素在自然界中的循环 1.CO2的主要来源：大量 的燃烧。 2.自然界消耗CO2的主要反应： a．溶于江水、海水中： ； b．光合作用将CO2转化为 ； c．岩石的风化： 。 知识点5 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 1∶1<x<2∶1 x＝2∶1 x>2∶1 也可用数轴来表示： 2、CO2与盐溶液的反应 碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此， 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 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： ① ② 或 当CO2过量时，发生反应如下 ③ 当CO2过量时，发生反应如下： ④ ⑤ (CO2过量时) (CO2少量时) 得分速记 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,但CO2与Ca(ClO)2溶液反应的产物与CO2的量有关，CO2的量不足时，CO2+Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO；CO2过量时，2CO2+Ca(ClO)2＋2H2O=Ca(HCO3)2＋2HClO；。 ④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反应，无沉淀产生,但SO2通入Ca(NO3)2或Ba(NO3)2溶液发生氧化还原反应，均有沉淀产生。 考●向●破●译 考向1 碳及其化合物性质和应用 例1反应CO＋Ag2O2Ag＋CO2可用在防毒面具中。下列说法不正确的是 A．该反应属于置换反应 B．Ag2O作氧化剂 C．CO属于大气污染物 D．CO2可用于光合作用 解题妙招 "结构→性质→应用"三级分析法 1.‌价类二维分析：横向非氧化还原反应，正向或斜向为氧化还原反应； 2.性质-应用推导： ①导电性（石墨）→ 电极材料 ②吸附性（活性炭）→ 净水处理 ③高硬度（金刚石）→ 切割工具 3. ‌实验探究模型‌ ①CO2性质验证：通过石蕊变色（生成H2CO3）、石灰水变浑浊（生成CaCO3）； ②碳还原性实验：C+CuOCu+CO2（黑色固体变红） 【变式1】下列常见物质间的直接转化关系中，推理不成立的是 A．X可为是NaOH B．X可为C，盐的水溶液呈碱性 C．X可为S，Y可使品红溶液褪色 D．X可为Fe，盐的水溶液遇KSCN溶液变红 【变式2·变考法】我国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。下列关于CO2的说法不正确的是 A．CO2是酸性氧化物 B．CO2属于非电解质 C．CO2为非极性分子 D．由如图晶胞构成的某固态CO2易升华 【变式3·变考法】碳元素及其化合物在自然界广泛存在且具有重要应用。12C、13C、14C是碳元素的3种核素，碳元素不仅可以形成金刚石等单质，还能形成CO2、CH4、CH3OH、CH3CH2OH、HCOONa、NaHCO3等重要化合物。CH4具有较大的燃烧热(890.3 kJ·mol－1)，是常见燃料。用NaOH溶液吸收CO2生成NaHCO3溶液是CO2“固定”再利用的方法之一、电解NaHCO3溶液可获得CH4；向NaHCO3溶液中加入铁粉，反应初期产生H2并生成FeCO3，FeCO3迅速转化为活性Fe3O4-x，活性Fe3O4-x催化HCO3－加氢生成HCOO－。“侯氏制碱法”是以CO2、NH3、NaCl为原料制备Na2CO3。下列化学反应表示正确的是 A．甲烷的燃烧：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) ∆H＝-890.3 kJ·mol－1 B．铁粉和NaHCO3溶液反应制H2：Fe＋HCO3－＋H2O＝FeCO3↓＋H2↑＋OH－ C．CO2通入氨的饱和食盐水中：2NaCl＋2NH3＋CO2＋H2O＝Na2CO3↓＋2NH4Cl D．催化电解HCO3－生成CH4的阳极反应式：HCO3－＋8e—＋9H＋＝CH4＋3H2O 考向2 碳元素在自然界中的循环与二氧化碳的利用 例2 在光照条件下，CO2加氢制CH4的一种催化机理如图所示，下列说法正确的是 A．没有La2O3的介入，CO2和H2就不能转化为CH4和H2O B．反应过程中释放出带负电荷的•H C．该反应的化学方程式为CO2＋4H2CH4＋2H2O D．La2O2CO3是反应的催化剂 【变式1·变考法】CO2的资源化利用具有重要意义。CO2用NaOH溶液吸收可得NaHCO3，NaHCO3可用于治疗胃酸过多；通过电催化法可将CO2转化为CH3OH、HCOOH等有机物；CO2和CH4催化重整可获得水煤气(CO与H2的混合气体)。CO2与NH3合成尿素[CO(NH2)2]的反应为2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(l)＋H2O(l)，合成过程中还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[(NH2CO)2NH]等副反应。 下列反应表示不正确的是 A．过量NaOH溶液吸收CO2的反应：NaOH＋CO2＝NaHCO3 B．酸性条件下，CO2转化为HCOOH的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－＝HCOOH C．CO2和CH4催化制水煤气的反应：CO2＋CH42CO＋2H2 D．尿素发生水解的反应：CO(NH2)2＋H2O＝2NH3↑＋CO2↑ 考点二 硅及其化合物 知●识●解●构 知识点1 单质硅 1.硅的存在、结构与物理性质 （1）存在：单质硅有 硅和 硅两大类，自然界中 游离态硅——单质硅，硅以 态存在，主要以 和 的形式存在地壳中，含量仅次于 ，位列 。 （2）单质硅结构：硅元素原子序数为14，基态原子的简化电子排布式为 ，核外电子的空间运动状态有 种，不成对电子数有 个；单晶硅（）为 晶体，晶体中每个Si原子以 杂化，分别与 个相邻的Si 原子形成 个σ键，Si原子的配位数为 ，晶体中最小的环是 元环，1个环中平均含有 个Si原子，含Si—Si键数为 。 （2）物理性质：晶体硅是 色、有 、 而 的固体，其结构类似于 ，熔沸点 、硬度 ，导电能力介于 和 之间，是良好的 和 材料。金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是 。 2.单质硅化学性质——硅的化学性质 ，主要形成 化合物 a．常温 常温下，硅的化学性质不活泼，除 、 、 外不跟其他物质反应。 ①与氢氟酸反应的化学方程式： ； ②与NaOH溶液反应的化学方程式： ； ③与F2反应的化学方程式: b．高温 加热或高温条件下，硅也能和一些非金属单质反应。 ①与O2反应： 。 ②与Cl2反应： ③与C反应： 4.硅的用途： 材料、 电池、 芯片和 设备等。 5.高纯硅的制备 （1）制备原理：用 还原石英砂，得到含少量杂质的 ，然后转化为 ，再经 还原得到高纯硅。 （2）制备流程： （3）涉及的主要化学反应 (a) (b) (c) 得分速记 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.单质硅的用途： 材料、 电池、计算机 和 设备等。 知识点2 二氧化硅 1.二氧化硅的存在 自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有 和 两种，统称 ，硅石、 、 、 、 、沙子等主要成分都是SiO2。 2.二氧化硅的物理性质：纯净的SiO2是 的，其熔、沸点 ，硬度 ，不溶于 ，也不 。 3.二氧化硅的结构 SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧 (如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的 结构(如下图乙所示)。在SiO2晶体中，每个Si周围结合 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，SiO2晶体中Si和O的比例为 。由结构可知，二氧化硅的化学性质很 。 4.二氧化硅的化学性质 a.酸性氧化物，是硅酸的酸酐，但不与 反应。 ①SiO2可以与 反应，生成 ，如与氢氧化钠反应的化学方程式为 （Na2SiO3俗称 ，其水溶液俗称 ，可作 剂、 剂）； ②在高温条件下，能够与 反应，如与氧化钙反应的化学方程式为 。 ③在高温条件下可以与 反应，如与碳酸钠、碳酸钙反应的化学方程式为 ； （工业制 ）。 b.弱氧化性： ①与碳反应： (制 )； (制 )； ②与Mg反应： ； (制 )； c.特性：常温下与氢氟酸反应的化学方程式为： 。 5.二氧化硅的主要应用 ①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品。 ②SiO2是制 的重要原料。 ③较纯的石英用于制造石英玻璃，石英玻璃常用来制造 的化学仪器。 ④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料。 得分速记 （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，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。 （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并用于雕刻玻璃，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。 （4）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。 （5）不能依据反应2C＋SiO2Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。此类反应能进行的原因是因为在高温条件下，生成物中的气体从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。 （6）SiO2虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。 （7）不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。 （8）加热熔融NaOH时，不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚，原因是陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。 知识点3 硅酸 1.硅酸的物理性质：硅酸是一种 色胶状物质， 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—— 。 2.硅酸的化学性质： （1）弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还 ，在与碱反应时只能与 反应。如： 。 （2）不稳定性：硅酸的热稳定性很 ，受热分解为SiO2和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。 ， （证明酸性：H2CO3 H2SiO3）。 4.硅酸的用途：硅胶可作 的载体和袋装食品、瓶装药品的 。 知识点4 硅酸盐 1.概念：由 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.硅酸盐的氧化物表示方法——常用 的形式表示： 氧化物的书写顺序： 金属氧化物→ 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 ，长石(KAlSi3O8)可表示为 。 得分速记 （1）氧化物之间以“· ”隔开； （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： 色、 溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性，水溶液显碱性。 ②化学性质——与酸性较硅酸强的酸反应： a．与盐酸反应的化学方程式： 。 b．与CO2水溶液反应的化学方程式： 。 ③用途： 剂(矿物胶)、 剂和 材料。 得分速记 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。 知识点5 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 ，硬度 ，但晶体硅、金刚石熔、沸点 ，硬度 ，其中金刚石为自然界中硬度 的物质。 2.一般情况下，非金属单质为 体，但硅为 体，石墨为电的 体。 3.Si的还原性 于C，但C在高温下能还原出Si： 。 4.非金属单质与碱反应一般既作 剂又作 剂，且 氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作 剂，且放出氢气： 。 5.非金属单质一般 与非氧化性酸反应，但硅能跟 反应： 。 6.一般情况下，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，二氧化硅是 氧化物，却能与 反应： (SiF4 属于盐，故SiO2 两性氧化物)。 7.一般情况下，无机酸 溶于水，但硅酸却 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(溶液中的反应)。 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 ( 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： 。 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 溶于水，也 与水反应。 考●向●破●译 考向1 硅及其化合物的性质与应用 例1在给定条件下，下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A. B. C. D. 解题妙招 "结构→性质→制备→应用"四步分析法 1.‌结构决定性质 ①硅：金刚石结构→高熔点、半导体性 ②SiO2：四面体网状结构→高硬度、化学惰性 2.‌性质推导应用‌ ①硅的半导体性：芯片、太阳能电池 ②SiO2的光学透明性：光纤、光学仪器 3.‌工艺联系 ①工业制硅：SiO2+ 2C Si(粗) + 2CO↑ ②玻璃制备：Na2CO3+ SiO2Na2SiO3+ CO2↑ 4.‌实验探究 ①硅酸制备：Na2SiO3+ 2HCl=H2SiO3↓+2NaCl ②HF刻蚀玻璃实验 【变式1·变考法】（2026·山东东营·一模）物质性质决定用途，下列两者对应关系错误的是 A．酚醛树脂导电性差，可用作电木 B．具有还原性、漂白性，可用作食品添加剂 C．具有良好的光学特性，可用作太阳能电池板 D．丙三醇具有很强的吸水性，可用作化妆品添加剂 【变式2】下列有关硅及其化合物的叙述，不正确的是 A．硅在自然界中主要以单质形式存在 B．碳化硅新型陶瓷用于耐高温结构材料 C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．二氧化硅可用于生产玻璃、光导纤维 【变式3·变考法】无机非金属材料中，硅一直扮演着重要的角色。下列有关硅及其化合物的说法中正确的是 A．最外层有四个电子，位于元素周期表的第三周期第VA族 B．是酸性氧化物，可以与水反应： C．硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 D．碳化硅具有优异的耐高温性能是因为碳原子和硅原子通过离子键连接，硬度很大 考向2 硅的制备 例2制造芯片的高纯硅可以用下述方法制取(反应条件略)。下列说法不正确的是    A．SiO2和SiCl4中Si的化合价均为+4 B．反应①、②、③均为氧化还原反应 C．SiO2制粗硅过程中产生的气体X可以用澄清石灰水检验 D．利用二氧化硅还可生产光导纤维 解题妙招 在设计制备纯硅的试题中，常遇到的知识点 （1）粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3： Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2 （2）SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅： SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl （3）SiO2＋2Mg2MgO＋Si （4）SiHCl3、SiCl4能与水发生反应： SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl （5）SiH4在空气中易自燃 【变式1·变考法】下列陈述Ⅰ和陈述Ⅱ均正确，且两者间具有因果关系的是 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 浓硝酸见光易分解 浓硝酸一般保存在棕色试剂瓶中 B 常温下，可以用铝制容器盛装浓硫酸 铝不与浓硫酸反应 C 工业上用焦炭还原石英砂制粗硅 D 的金属性比强 A．A B．B C．C D．D 【变式2】高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：(纯)下列说法错误的是 A．既能与氢氟酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，是两性氧化物 B．步骤①的化学方程式为 C．图中所有反应均属于氧化还原反应 D．高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域 考点三 无机非金属材料 知●识●解●构 知识点1 传统无机非金属材料 1．无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料多含 等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能。 2.分类——可以根据化学成分和性能进行分类。 1）按化学成分分类 无机非金属材料可以根据其主要化学成分进行分类，主要包括以下几类： （1）‌单质‌：如碳、硅等。 （2）‌氧化物‌：如二氧化硅、三氧化二铝等。 （3）‌碳化物‌：如碳化硅、碳化硼等。 （4）‌氮化物‌：如氮化硅、氮化铝等。 （5）‌硫化物‌：如硫化锌、硫化镉等。 （6）‌卤化物‌：如氟化钙、氯化钠等。 （7）‌硅化物‌：如硅化镁、硅化铜等。 （8）‌磷化物‌：如磷化铝、磷化镓等。 （9）‌氧氨化物‌：如氧氮化硅、氧氮化铝等。 2）按性能分类 无机非金属材料也可以根据其性能进行分类，主要包括以下几类： （1）‌结构材料‌：用于构建和支撑的材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。 （2）‌功能材料‌：具有特定功能的材料，如： ①‌机械性能‌：高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、摩擦材料等。 ②‌热学性能‌：耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料、防火材料等。 ③‌化学性能‌：耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等。 ④‌光学性能‌：电光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等。 ⑤‌电学性能‌：绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、超导材料、半导体材料等。 ⑥‌磁学性能‌：磁性材料。 ⑦‌声学性能‌：隔声材料、吸声材料等。 ⑧‌核物理性能‌：放射性材料、反应材料等。 ⑨‌生物性能‌：骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等。 3.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 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 ，它是以 为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的 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 ，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 ，再研成细粉得到普通水泥。 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比较 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 制备过程 原料与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉即得 原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得 原料经高温烧结而成 变化 复杂的 变化过程 复杂的 变化过程 组成 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙3CaO·Al2O3) 硅酸盐 得分速记 硅酸盐产品中，水泥和陶瓷的共同原料是黏土，水泥和玻璃的共同原料是石灰石。 知识点2 新型无机非金属材料 （1）含义： 含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅，具有特殊的 性能。 （2）性能:在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新特性和功能。 （3）代表物:碳化硅(SiC) ①俗名: 。 ②结构:碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似 的结构。1 mol SiC中含有 mol Si—C键。 ③性质和用途:硬度很 ,可用作 的磨料;具有优异的耐 抗 性能,可用作 材料、 材料等。 （4）其他新型陶瓷 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 （5）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,包括富勒烯、碳纳米管及石墨烯等,它们都是碳单质,互为同素异形体。 ②类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 新型材料 结构特点 主要性能 主要应用 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 在溶解性、磁性、非线性光学性质、光导电性等方面表现出优异性能 工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等 碳纳米管 石墨片层卷成的直径纳米级的管状物 比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高、具有很高的强度 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 ③用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 考●向●破●译 考向 无机非金属材料的分类和应用 例1（2026·山东聊城·一模）2026年央视春晚堪称一场“科技+文化”的硬核融合盛宴。下列有关材料说法错误的是 A．碳纤维机械臂轻量化，利用其密度小、比强度高的特性 B．舞台LED大屏所用的氮化镓属于新型无机非金属材料 C．节目《武BOT》机器人柔性关节与轻量化机身，采用铝合金作增强复合材料 D．动态舞台模块核心驱动设备中含高纯硅半导体芯片 【变式1·变情境】（2026·山东东营·一模）黄河口民俗是齐鲁文化重要的组成部分，下列选项涉及材料与其他三个选项不同的是 A．短穗花鼓 B．黄河口剪纸 C．黄河泥黑陶 D．非遗齐笔 A．A B．B C．C D．D 【变式2·变情境】（2026·山东泰安·一模）下列有关岱庙建筑构件说法错误的是 A．木斗拱 B．琉璃瓦 C．基石 D．青瓦 A．木斗拱的主要成分是纤维素 B．琉璃瓦主要成分，其硬度较大 C．基石所采用的青石属于硅酸盐材料 D．瓦坯烧制后期，向窑内加水，得青瓦 【变式3】材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列关于材料的说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料，主要化学成分是硅酸盐 B．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，具有耐高温抗氧化等优良性能 C．太阳能电池可采用二氧化硅制作，有利于环保节能 D．碳纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯等，有广阔的应用前景 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2023·北京卷）蔗糖与浓硫酸发生作用的过程如图所示。 下列关于该过程的分析不正确的是 A．过程①白色固体变黑，主要体现了浓硫酸的脱水性 B．过程②固体体积膨胀，与产生的大量气体有关 C．过程中产生能使品红溶液褪色的气体，体现了浓硫酸的酸性 D．过程中蔗糖分子发生了化学键的断裂 2．（2025·陕晋青宁卷）下列有关物质性质与用途对应关系错误的是 A．单晶硅熔点高，可用于制造芯片 B．金属铝具有还原性，可用于冶炼金属 C．浓硫酸具有吸水性，可用作干燥剂 D．乙炔燃烧火焰温度高，可用于切割金属 3．（2026·广东卷）部分含C或N或Cl物质的分类与相应化合价关系如图。下列说法错误的是 A．分子中可存在键和键 B．可由受热分解产生 C．可存在的转化 D．、、均可用于自来水消毒 4．（2026·湖南卷）化学知识在生产、生活中应用广泛。下列反应方程式错误的是 A．氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃： B．侯氏制碱法的主要反应： C．酸性高锰酸钾溶液测定空气中的含量： D．醋酸除去水垢中的： 5．（2023·湖北卷）工业制备高纯硅的主要过程如下： 石英砂粗硅高纯硅 下列说法错误的是 A．制备粗硅的反应方程式为 B．1molSi含Si-Si键的数目约为 C．原料气HCl和应充分去除水和氧气 D．生成的反应为熵减过程 2 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $