【文档说明】高考化学一轮复习精讲精练第13讲 碳、硅及无机非金属材料（精讲）（解析版） .doc，共(14)页，234.500 KB，由MTyang资料小铺上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-115282.html

以下为本文档部分文字说明：

第13讲碳、硅及无机非金属材料【考情分析】1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。【核心素养分析】1.变化观念与平衡思想：根据碳、硅的结构，预测在一定条件下碳、硅及其化合物可能发生的化学变化。2.科

学态度与社会责任：关注与碳、硅有关的热点问题（如光导纤维、硅电池、半导体材料），形成可持续发展的意识；知道碳、硅及其化合物对社会发展的重大贡献。【重点知识梳理】知识点一碳及其重要化合物1．碳单质(1)结构、存在形态、物理性质和用途存在形态游离态和化合态结构金刚石：空间网状结构

；石墨：层状结构同素异形体金刚石、石墨、C60、C70物理性质金刚石：熔点高、硬度大；石墨：硬度小、电的良导体、有滑腻感用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯、高温润滑剂(2)主要化学性质——还原性可燃性2C＋O2(不足)=====点燃2CO、C＋O2(足量)=====点燃CO2与氧

化物反应CuO：2CuO＋C=====△2Cu＋CO2↑(冶炼金属)SiO2：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(制取粗硅)H2O：C＋H2O(g)=====高温CO＋H2(制取水煤气)与强氧化性酸反应浓H2SO4：C＋2H2SO4(浓

)=====△CO2↑＋2SO2↑＋2H2O浓HNO3：C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O2．一氧化碳(CO)(1)物理性质无色气体，有毒，难溶于水。(2)化学性质——还原性①燃烧：2CO＋O2=====点燃2CO2，淡蓝色火焰；②还原CuO：C

uO＋CO=====△Cu＋CO2(冶炼金属)。3．二氧化碳(CO2)(1)物理性质：CO2是一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。(2)化学性质：与H2O、Na2O、Ca(OH)2(足量、澄清

)、Mg反应的方程式分别为CO2＋H2OH2CO3、Na2O＋CO2===Na2CO3、CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O2Mg＋CO2=====点燃2MgO＋C。(3)CO2在自然界中的循环①C

O2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。(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的硬质试管CO2中混有少量SO2或HCl通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥气体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Na

OH溶液除去；②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生4．碳酸(H2CO3)弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。5．碳酸的酸式盐和正盐的比较(1)在水中的溶解性①含K＋、Na＋、NH＋4的

正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。②一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度：Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度：Na2CO3>NaHCO3。

(2)热稳定性一般来说，热稳定性顺序为正盐>酸式盐>碳酸，如稳定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3。可溶性正盐>难溶性正盐，如CaCO3高温分解，而K2CO3不易分解。(3)水溶液酸碱性物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH大于其酸式盐

溶液，如pH：Na2CO3溶液>NaHCO3溶液。(4)与酸的反应①CaCO3与盐酸反应的离子方程式：CaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ca2＋。②Ca(HCO3)2与盐酸反应的离子方程式：HCO－3＋H＋===H2O

＋CO2↑。(5)与碱的反应①Na2CO3与Ca(OH)2反应的离子方程式：CO2－3＋Ca2＋===CaCO3↓。②NaHCO3与足量Ca(OH)2反应的离子方程式：HCO－3＋Ca2＋＋OH－===CaCO3↓＋H2O。Ca(OH)2与

足量NaHCO3反应的离子方程式：Ca2＋＋2OH－＋2HCO－3===CaCO3↓＋CO2－3＋2H2O。知识点二硅无机非金属材料一、硅单质1．存在硅单质主要有晶体和无定形两大类。2．物理性质带有金属光泽的

灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。3．化学性质常温下与F2、HF、NaOH反应；加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下：①与非金属单质反应O2：Si＋O2====

=△SiO2F2：Si＋2F2===SiF4Cl2：Si＋2Cl2=====△SiCl4②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(4)制备方法①制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量

杂质的粗硅：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。②粗硅提纯：Si＋2Cl2=====高温SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。【特别提醒】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SiC

l4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。(5)主要用途①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。二、二氧化硅1．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。2．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)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，

故SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。3．二氧化硅的性质及用途物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水化学性质与水反应不反应与酸反应只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O与

碱反应如与NaOH反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑与碱性氧化物反应如与CaO反应：

CaO＋SiO2=====高温CaSiO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件【特别提醒】①SiO2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。②氢氟酸能与SiO2反应，故氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中，而应存放在塑料瓶中

。三、硅酸、硅酸盐1．硅酸(1)物理性质硅酸的溶解度小，新制备的硅酸为透明、胶冻状，干燥硅胶多孔，吸水性和吸附性强。(2)化学性质①弱酸性：酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。②不稳定性：受热易分解，反应的化学

方程式为H2SiO3=====△SiO2＋H2O。(3)制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)。(4)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。2．硅酸盐①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＋H

2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(3)硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，石棉(CaMg

3Si4O12)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。推背图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。四、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。(1)常见硅酸盐材料比较水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转

窑玻璃窑陶瓷窑(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑。2．新型无机非金属材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮

机叶片、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨骼、人造关节、接骨螺钉【典型题分析】高频考点一碳

及及其化合物性质例1.(2018·江苏卷)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】光合作用过程中植物吸收CO2使CO2含

量下降，A项不符合题意；自然降雨的过程会消耗CO2，使CO2含量下降，B项不符合题意；化石燃料燃烧时会产生CO2，使CO2含量上升，C项符合题意；碳酸盐沉积指由于形成海洋或湖泊底部的粒状、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，使CO2含量下降，D项不符合题意。【变式探究】(2017·北京卷)我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展，CO2转化过程示意图如下：下列说法不正确的是()A．反应①的产物中含有水B．反应②中只有碳碳键形成C．汽油主要是C5～C11的烃类混合物D

．图中a的名称是2-甲基丁烷【答案】B【解析】反应①是CO2与H2反应生成了CO，根据元素守恒可推断有H2O生成，A项正确；反应②是CO与H2反应生成(CH2)n，(CH2)n中还含有碳氢键，B项错误；由示意图可知，汽油的主要成分是C5～C11的烃类混合物，C项正确；根据a的

球棍模型，可得其结构简式为CH3CH(CH3)CH2CH3，系统名称为2-甲基丁烷，D项正确。高频考点二硅和二氧化硅例2.下列说法错误的是（）A．（2019新课标Ⅲ）高纯硅可用于制作光感电池B．（2019江苏）SiO2熔点高硬度大，可用于制光导

纤维C．（2019浙江）天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅D.（2018天津）汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏士【答案】B【解析】硅是半导体，高纯硅可用于制作光感电池，A正确；SiO2传导光的能力非常强，用于制光

导纤维，SiO2用于制光导纤维与SiO2熔点高硬度大没有对应关系，B错误；石英、水晶、硅石、沙子的主要成分均为二氧化硅，C正确；陶瓷的制造原料为黏土，D正确。【变式探究】（长春市实验中学模拟）二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料

等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是()①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋C

O2↑⑤SiO2＋3C=====高温SiC＋2CO↑a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b．反应②中SiO2表现出氧化性c．反应③中SiO2表现出酸性氧化物的通性d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原

反应A．aceB．bdeC．cdeD．ab【答案】B【解析】通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的是反应③，反应①中SiO2表现出酸性氧化物的通性，a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发

的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断正确。高频考点三硅酸盐及其应用例3.（浙江卷）Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质

的说法不正确．．．的是()A.可发生反应：Δ3543232CaSiO4NHClCaSiO2CaCl4NH2HO++++B.具有吸水性，需要密封保存C.能与SO2，反应生成新盐D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2【答案】

D【解析】Ca3SiO5与NH4Cl反应的方程式为：Ca3SiO5+4NH4ClΔCaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O，A正确；CaO能与水反应，所以需要密封保存，B正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入到Ca3SiO5溶液时，发生反应：3SO2+H2O+Ca3SiO5

=3CaSO3+H2SiO3，C正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与Ca3SiO5反应时，发生反应：6HCl+Ca3SiO5=3CaCl2+H2SiO3+2H2O，D不正确；故选D。【举一反三】[2019新课标Ⅰ]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．“雨过天晴云破处”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【答案】A【解析】氧化铁为棕红色固体，瓷器的青色不可能来

自氧化铁，故A错误；秦兵马俑是陶制品，陶制品是由粘土或含有粘土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，故B正确；陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，故C正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐的化学性质不活泼，具有不与酸或碱反应、抗氧

化的特点，故D正确。【变式探究】[2017·高考全国卷Ⅱ]水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：回答下列问题

：(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_______________________________________________，还可使用____________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是____________，其不溶于强酸

但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为___________________________________________________________________________。(3)加氨水过程中加热的目的

是__________________________。沉淀B的主要成分为____________、______________(写化学式)。【解析】(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，为了

不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2(或H2SiO3)，SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。(3)加入氨水调节溶液的pH＝4

～5的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。【答案】(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2＋4HF==

=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)(3)防止胶体生成，易沉淀分离Al(OH)3Fe(OH)3高频考点四无机非金属材料例4.[2019北京]下列我国科研成果所涉及材料中，主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是A．4.03米大口径碳化硅反射镜

B．2022年冬奥会聚氨酯速滑服C．能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线D．“玉兔二号”钛合金筛网轮【答案】A【解析】碳化硅(SiC)是由碳元素和硅元素组成的无机非金属材料，且碳元素与硅元素均位于元素周期表第IVA族，故A符合题意；聚氨酯为有

机高分子化合物，不属于无机非金属材料，故B不符合题意；碳包覆银纳米材料属于复合材料，不属于无机非金属材料，且银不是主族元素，故C不符合题意；钛合金为含有金属钛元素的合金，其属于金属材料，不属于无机非金属

材料，故D不符合题意；综上所述，本题应选A。【变式探究】(北戴河一中模拟)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了－20℃能发热4h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35m、重量仅为10kg的

熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法中，不正确的是()A．石墨烯是能导热的金属材料B．铝合金是密度较小的金属材料C．碳纤维是耐低温的无机非金属材料D．新型材料种类多、用途广【答案】A【解析】石墨烯是无机非金属

材料，A错误；铝合金是密度较小的金属材料，B正确；石墨烯可制作－20℃能发热4h的服饰，能耐低温，C正确；新型材料种类多、用途广，D正确。高频考点五考查CO2通入碱溶液中反应产物例5．(山西省晋城市第一中学模拟)标准状况下，将3.36LCO2气体通入20

0mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO2－3)与c(HCO－3)的比值为(不考虑CO2－3、HCO－3的水解)()A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3【答案】B【解析】n(CO2)＝3

.36L22.4L·mol－1＝0.15mol，n(NaOH)＝0.2L×1.00mol·L－1＝0.20mol，由于1<n(NaOH)n(CO2)<2，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。设n(Na2CO3)＝x，n(NaHCO3)＝y，则有

x＋y＝0.15mol(根据碳元素守恒)2x＋y＝0.20mol(根据钠元素守恒)，解得x＝0.05mol，y＝0.10mol，则充分反应后溶液中c(CO2－3)∶c(HCO－3)＝0.05mol∶0.1

0mol＝1∶2。【方法技巧】CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐，当通入CO2的量介于两者之间时，既有碳酸盐又有碳酸氢盐

生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；②CO2＋NaOH===NaHCO3。当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如

下：【变式探究】(河北省张家口第二中学模拟)常温下，向Ba(OH)2和NaOH混合溶液中缓慢通入CO2至过量(溶液温度变化忽略不计)，生成沉淀物质的量与通入CO2体积的关系如图所示。下列说法不正确的是()A．b点时溶质为NaHCO3B．V4的值为900C．V1、V2、V3时

，溶液中c(Ba2＋)·c(CO2－3)相等D．原混合溶液中n[Ba(OH)2]∶n(NaOH)＝1∶2【答案】D【解析】ab段发生的反应为2OH－＋CO2===CO2－3＋H2O、CO2－3＋H2O＋CO2===2HCO－3，所以b点溶液中溶质为NaHCO3，故A正确；发生反应B

a2＋＋2OH－＋CO2===BaCO3↓＋H2O时消耗30mL的二氧化碳，发生反应NaOH＋CO2===NaHCO3时消耗30mL的二氧化碳，发生反应BaCO3＋CO2＋H2O===Ba2＋＋2HCO－3时消耗30mL的二氧化碳，所以V4的值为9

0，故B错误；Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)·c(CO2－3)，温度不变，溶度积不变，故C正确；D项，原混合溶液中Ba(OH)2和NaOH的物质的量之比为1∶1，故D错误。老师，您好！感谢您下载使用学科网资料。欢迎参加同步精品课堂用户调研

，我们需要您的宝贵意见，以便更好地建设各类资源，为您提供更优质的服务。填写本问卷，您将获得学科网2储值或200学豆奖励。点击下方链接或者扫描二维码，即可参与调研，赢取奖励！（活动截止时间2020年11月30日）https://www.wjx.cn/jq/87822727.asp

x