碳、硅及無(wú)機(jī)非金屬材料（講義）（學(xué)生版）-2025年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)（新教材新高考）

第04講碳、硅及無(wú)機(jī)非金屬材料

目錄

01考情透視?目標(biāo)導(dǎo)航........................................................

02知識(shí)導(dǎo)圖?思維引航........................................................

03考點(diǎn)突破?考法探究........................................................

考點(diǎn)一碳、硅及其化合物........................................................

知識(shí)點(diǎn)1碳及其重要化合物............................................................

知識(shí)點(diǎn)2硅及其重要化合物............................................................

考向1碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用......................................................

考向2二氧化碳的綜合利用...........................................................

考向3硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用.....................................................

考向4硅的工業(yè)制法.................................................................

考點(diǎn)二硅酸鹽、新型無(wú)機(jī)非金屬材料.............................................

知識(shí)點(diǎn)1硅酸鹽.....................................................................

知識(shí)點(diǎn)2傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料........................................................

知識(shí)點(diǎn)3新型無(wú)機(jī)非金屬材料........................................................

考向1硅酸鹽材料...................................................................

考向2新型無(wú)機(jī)非金屬材料...........................................................

04真題練習(xí)?命題洞見........................................................

考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析

2023浙江1月7題，2分；2022江蘇卷7題，本講知識(shí)的特點(diǎn)是繁雜，涉及的化學(xué)反應(yīng)

3分；2022福建卷1題，4分；2021山東卷多，物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系多樣。注意Si、SiO2在

碳及其化合物1題，2分；2021湖北卷1題，3分；2021現(xiàn)代科技中的應(yīng)用經(jīng)常以選擇題形式出現(xiàn)，隨

全國(guó)乙卷1題，6分；2021海南卷1題，2著新能源、新材料、新工藝的發(fā)展應(yīng)用，對(duì)碳

分硅及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用的考查有逐漸增多的

2024浙江1月7題，3分；2023湖北卷3題，趨勢(shì)，已成為高考考查的熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)高考命題

3分；2023遼寧卷3題，3分；202山東卷仍然會(huì)以生活、生產(chǎn)、實(shí)際應(yīng)用為背景，突出

硅及其化合物18題，12分；2022廣東卷3題，2分；2022C、Si及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，題型延

江蘇卷6題，3分；2022浙江1月10題，2續(xù)選擇題、填空題、綜合推斷題及實(shí)驗(yàn)探究題

分；2021遼寧卷1題，3分的形式，結(jié)合能源、環(huán)保等，以新材料、新工

藝為載體，考查碳、硅及其化合物的晶體結(jié)構(gòu)、

2023浙江6月1題，2分；2023湖南卷1題，

無(wú)機(jī)非金屬材性質(zhì)及應(yīng)用，以檢測(cè)考生理論聯(lián)系實(shí)際、運(yùn)用

3分；2022河北卷1題，3分；2022廣東卷

料化學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力和將化學(xué)成果應(yīng)

3題，2分；2021重慶卷1題，3分

用于生產(chǎn)、生活的意識(shí)。

復(fù)習(xí)目標(biāo)：

1.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應(yīng)用。

2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境的影響。

3.通過(guò)從材料組成和性質(zhì)的角度對(duì)生活中常見的無(wú)機(jī)非金屬材料進(jìn)行分析，并能科學(xué)合理地使用。

匐2

〃上3聞星雒史能

「不溶于水

與輒氣反應(yīng)］

不粒定性，受熱

與氨氣反應(yīng)一rS一基分解

與X反應(yīng)JJ與&反應(yīng)

4用硅膠作干燥劑或

半號(hào)體材外J途催化劑的我體

睢芯片［夕）

硅0「表示氣化物的形式

硅太陽(yáng)能電范」及

方法去示

酸

無(wú)

鹽

機(jī)祥酸水溶液俗稱水

〕

非

石英、水叢,瑪理、存「的玻埼

沙子、碎石等一左、金0

屬

材

與HF反應(yīng).-x版［陽(yáng)庭一原料：黏土

料

用來(lái)刻曲玻瑞胃造事—原料：石凝石、

枇叼純堿、石英

'通、O㈣

忐」5配一原料：站土、

反應(yīng)I酸性煩*

-化而或石

與就性卜華fit

新

加化物物理「高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

無(wú)

反應(yīng)〉機(jī)

-壓業(yè)陶瓷

非3

用途：光導(dǎo)

纖維的材料.屬一光學(xué)材料

科匚半導(dǎo)體陶變

㈤3

考點(diǎn)一碳、硅及其氧化物

知識(shí)點(diǎn)1碳及其重要化合物

i.碳單質(zhì)

（1）存在形式：有金剛石、石墨、無(wú)定形碳、足球烯，它們互為

（2）主要化學(xué)性質(zhì)——還原性

點(diǎn)燃點(diǎn)燃

可燃性2C+C>2（不足）=^^2C0、C+C>2（足量）^^CO2

CuO：__________________________（冶煉金屬）；

與氧化物反應(yīng)SiO2：_______________________________（制取粗硅）；

H20：__________________________（制取水煤氣）

濃H2s04：___________________________________________；

與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)濃HN03：___________________________________________o

2.CO、CO2的性質(zhì)對(duì)比

coC02

一無(wú)味氣體,密度____無(wú)味氣體，密度比空氣大，可溶

物理性質(zhì)

比空氣小，難溶于水于水（溶解度?。?/p>

毒性有毒（易結(jié)合______）無(wú)毒（溫室效應(yīng)）

還原性可燃性，還原氧化鐵無(wú)（滅火）

氧化性①與熾熱炭反應(yīng)，②Mg在CO2中燃燒

與水反應(yīng)無(wú)CO2+H2O-----H2c。3

化學(xué)

與堿反應(yīng)

性質(zhì)

無(wú)____________=CaCO3；+H2O

（石灰水）

相互轉(zhuǎn)化CO；-C'△?co

①。2；②CuO

用途燃料、冶煉金屬滅火、制汽水、植物肥料、化工原料等

知識(shí)點(diǎn)2硅及其重要化合物

1.硅單質(zhì)

|存在|--------自然界中硅元素僅有化合態(tài)

灰黑色固體，有金屬光澤

物理|_P

性質(zhì)―I_脆，熔點(diǎn)高,硬度太

與。2反應(yīng)

Si4-O2^=SiO2

與F2反應(yīng)△

化學(xué)------------------Si+2F2=SiF4

與氫氟酸反應(yīng)

性質(zhì)

Si+4HF^SiF4f+2H2f

與NaOH

溶液反應(yīng)Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2t

①制取粗硅：工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原SiO2得

到含有少量雜質(zhì)的粗硅:2C+SiC>2=^遑Si（粗）+28：

制備

方法

②粗硅提純：Si（ft）+2Cl2=SiCl4,SiCl4+2H2^^

Si（純）+4HC1

①良好的半導(dǎo)體材料;②太陽(yáng)能電池；③計(jì)算

[W]—機(jī)芯片

2.二氧化硅

—,I-普通的沙（細(xì)小的石英晶體）

存在--

十JJ水晶（純石英，無(wú)色透明晶體）

II——難溶于水，熔點(diǎn)高、硬度大

堿

SiO2+2NaOHNazS。+叢0

堿性高溫

酸性SiO+CaO=^=CaSiO3

氧化物氧化物2

鹽

SiO+NaCONaSiO+COf

化學(xué)223232

性質(zhì)

篤維-SiO2+2CSi+2COf

溶于

SiO+4HF=SiF/+2HO

氫，二氟階酸——-2-----------------!......-2

[W]—光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件

3.硅酸

|溶解性|—瞳溶于水

|己工枇酸性比碳酸弱：

I弱中性I—Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3l4-Na2CO3

|不穩(wěn)定性|—H2SiO3=SiO2+H2O

|牛益由可溶性硅酸鹽（如NazSiOs）與鹽酸等反應(yīng)

I―斗魚一I一制得：Na2SiO3+2HCl=H2SiO31+2NaCI

廠商「一硅膠可用作催化劑的載體和袋裝食品、瓶

?用比L裝藥品等的干燥劑

【名師點(diǎn)晴】

熟記下列方程式:

聲、'日

1.用SiC>2制取粗硅的反應(yīng)：SiO2+2C=S^Si+2COt=

2.Si和NaOH溶液的反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2fo

3.SiCh和NaOH溶液的反應(yīng)：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2Oo

4.SiCh和氫氟酸的反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4T+2H2Oo

5.向NazSiCh溶液中通入少量CO2氣體：Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3；o

考向1碳及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用

【例1】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國(guó)際熱點(diǎn)課題。其

結(jié)構(gòu)模型如圖所示。

下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）

A.石墨烯是一種新型化合物

B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物

C.二者和石墨都是碳的同素異形體

D.氧化石墨烯具有一定的親水性

【變式訓(xùn)練】中國(guó)力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，關(guān)于碳及其化合物，下列說(shuō)法

不正確的是（）

A.金剛石和石墨是碳的兩種不同的單質(zhì)，二者互稱同素異形體

B.在lOOKPa時(shí)，Imol石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?.895kJ的熱量，故金剛石比石墨穩(wěn)定

C.考古時(shí)常用于測(cè)定文物年代的是碳元素的一種核素146c中，中子數(shù)為8

D.引起溫室效應(yīng)的氣體之一CO2中含極性共價(jià)鍵

考向2二氧化碳的綜合利用

【例2】利用N（C2H5）3捕獲CO2并在納米金催化劑作用下在較低溫度下轉(zhuǎn)化為甲酸，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、

碳中和”提供了新路徑，轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖所示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）=

CO2(g)

IN(GHS)3

A.N（C2H5）3可與HC1反應(yīng)生成鹽

B.CO2加氫合成甲酸，符合綠色化學(xué)思想

C.ImolCO2完全轉(zhuǎn)化為甲酸，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA

D.納米金催化劑降低了反應(yīng)的活化能

【變式訓(xùn)練】科技的進(jìn)步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說(shuō)法簿誤的是（）。

分子機(jī)械技術(shù)

A.CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)

B.CO2加氫轉(zhuǎn)化為乙烯，C02被還原

C.CO?電催化時(shí)，在陽(yáng)極轉(zhuǎn)化為燃料

D.CO2與環(huán)氧丙烷可合成可降解塑料

考向3硅及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用

【例3】(2024?河南省許昌市檢測(cè))二氧化硅又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料，部分轉(zhuǎn)化過(guò)程

如圖所示。

回答下面問題：

(1)碳元素和硅元素都位于周期表的族，非金屬性較強(qiáng)的是(填元素符號(hào))。工業(yè)上制備粗

硅的反應(yīng)：SiO?+2C高溫Si+2c03該反應(yīng)能否比較碳和硅元素的非金屬性強(qiáng)弱(填“是”或“否”)。

(2)NaOH溶液需要盛放在有橡膠塞的試劑瓶中，原因_______(用化學(xué)方程式表示，下同)，利用HF溶

液可以在玻璃表面上寫字作畫，原因是0制玻璃的原材料是石英(SiO2)、純堿(Na2co3)和大理石

(CaCO3),寫出制玻璃時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式、oSiC是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，半導(dǎo)

體領(lǐng)域未來(lái)代替硅基芯片的一種新型原材料，SiC屬于(填“離子”戒“共價(jià)”)化合物。

【變式訓(xùn)練】(2024??陜西省安康市高新中學(xué)質(zhì)檢)硅是無(wú)機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約

占地殼質(zhì)量的90%以上。

(1)可用于制作計(jì)算機(jī)芯片和太陽(yáng)能電池的是(填化學(xué)式，下同),光導(dǎo)纖維的主要成分是。

(2)工藝師常用氫氟酸來(lái)雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為o

(3)工業(yè)上可利用水玻璃和鹽酸反應(yīng)制備硅酸凝膠，進(jìn)一步脫水處理可得到硅膠，寫出水玻璃和鹽酸反

應(yīng)的離子方程式：o

(4)高純度單晶硅可以按下列方法制備：SiCh—dSi(粗)>SiiHCb1。。盟黑靛>列純)。寫出

步驟①的化學(xué)方程式：=該反應(yīng)中C作齊此方程式能否說(shuō)明非金屬性：OSi0若要證明C

和Si的非金屬性強(qiáng)弱，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象―。

考向4硅的工業(yè)制法

【例4】（2024?高一下?湖北省武漢市期中）工業(yè)制備高純硅的主要過(guò)程如圖所示:

石英砂一鯉粗硅UrSiHCh—高純硅

1800-2000C300C1100C

已知石英晶體部分結(jié)構(gòu)如圖。

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.制備粗硅的反應(yīng)體現(xiàn)了C元素的非金屬性比Si強(qiáng)

B.石英晶體中不存在SiO2分子

C.原料氣HC1和H2應(yīng)充分去除水和氧氣

D.流程中HC1、H2可以循環(huán)使用

【變式訓(xùn)練】（2024?高一下?湖南省長(zhǎng)沙市月考）多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽(yáng)能

電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。已知：SiHCL遇水劇烈水解。

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.Y、Z分別為H2、Cl2

B.制取粗硅的反應(yīng)為：SiCh+C蜃疆Si（粗）+CO2T

C.制備高純多晶硅的反應(yīng)為：SiHCh+H?高溫Si（純1+3HC1

D.為防止SiHCb水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無(wú)水、無(wú)氧條件下進(jìn)行

考點(diǎn)二硅酸鹽、新型無(wú)機(jī)非金屬材料

［知識(shí)固本

知識(shí)點(diǎn)1硅酸鹽材料

1.硅酸鹽是由、與其他化學(xué)元素結(jié)合而成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。

2.硅酸鈉

(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱o有黏性，水溶液顯性。

(2)與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)

a.與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：o

b.與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：?

(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。

3.硅酸鹽組成的表示方法：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成。

(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物一較活潑金屬氧化物一二氧化硅一水，不同氧化物間以“?”隔開。

(2)各元素的化合價(jià)保持不變，且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成。

如硅酸鈉(NazSiCh)可表示為，長(zhǎng)石(KAlSijOs)可表示為。

【名師提醒】

1.硅酸鹽大多難溶于水，常見可溶性硅酸鹽硅酸鈉，其水溶液稱為泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。

2.H2c。3的酸性大于HzSiCh,所以有NazSiCh+CCh+HzO-HzSiChj+Na2co3,但高溫下Na2cO3+

Si02叁里NazSiCh+CO2T也能發(fā)生，原因可以從兩方面解釋：①硅酸鹽比碳酸鹽穩(wěn)定；②從化學(xué)平衡角度,

由高沸點(diǎn)難揮發(fā)固體SiO2制得低沸點(diǎn)易揮發(fā)的CO2o

知識(shí)點(diǎn)2傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料

1.傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。

2.常見硅酸鹽材料比較

物質(zhì)水泥玻璃陶瓷

生產(chǎn)原料

主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯

百、日"ST、日

3.玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2cCh+SiCh旦絲NazSiCh+CChT；CaCCh+SiCh昌絲CaSiCh+CChf。

知識(shí)點(diǎn)3新型無(wú)機(jī)非金屬材料

材料類型主要特性示例用途

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等

半導(dǎo)體陶瓷具有電學(xué)特性二氧化錫陶瓷集成電路中的半導(dǎo)體

光學(xué)材料具有光學(xué)特性光導(dǎo)纖維光纜、醫(yī)療、照明等

生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷人造骨骼、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘?shù)?/p>

【易錯(cuò)提醒】

水泥、玻璃與陶瓷是三大傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料；碳化硅、氮化硅等是新型無(wú)機(jī)非金屬材料。

考向洞察J

考向1硅酸鹽

【例1】（2024?江西省部分學(xué)校高三二輪復(fù)習(xí)聯(lián)考驗(yàn)收）“挖掘文物價(jià)值，講好中國(guó)故事”。下列文物中主

要成分屬于硅酸鹽的是（

【變式訓(xùn)練】“嫦娥五號(hào)”帶回了月壤樣品，將月壤進(jìn)行20倍放大后能明顯看到褐色的玻璃狀物質(zhì)。下

列有關(guān)玻璃的說(shuō)法中正確的是（)°

A.普通玻璃的原料是燒堿、石英砂、石灰石

B.普通玻璃和石英玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品

高溫

C.制備普通玻璃時(shí)的反應(yīng)之一為Na2CO3+SiO2-CO2t+Na2SiO3

D.普通玻璃用于鑲嵌建筑物的門窗、墻面，但其不具有保溫和防輻射等特征

考向2新型無(wú)機(jī)非金屬材料

[例2]（2024?天津河北市一模）氮化硅（SisN#因其在高溫和高頻條件下的優(yōu)異性能，成為現(xiàn)代微電子領(lǐng)

域的重要材料。工業(yè)上用石英砂和原料氣（含N2和少量02）制備SiN4的操作流程如下（己知：粗硅中含少量

Fe、Cu的單質(zhì)及化合物；常溫下Si3N4除與氫氟酸反應(yīng)外不與其他酸反應(yīng)），下列敘述不正確的是

焦炭稀酸丫

石英砂

A.“還原”時(shí)焦炭主要被氧化為CO2

B.“高溫氮化”反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Si+2N?高溫SiaN4

C.“操作X”可將原料氣通過(guò)灼熱的銅粉

D.“稀酸Y”可選用稀硝酸

【變式訓(xùn)練】（2024?河南省濮陽(yáng)市第三次聯(lián)考）氮化硅常用于制造耐高溫管、切削工具。某小組以石英

砂為原料制備氮化硅的微型流程如圖1所示：

不焦炭廣、ci2/…'、NH3

:石英砂:-------------X、粗硅七『siCl/iGSisN4；

\/11800~2000℃圖溫J加熱

,…’①②③

圖1圖2

下列敘述正確的是（）

A.反應(yīng)①的氧化產(chǎn)物為CO2B.粗硅中可能含有金剛砂

C.反應(yīng)③中的NH3可通過(guò)加熱NH4cl制備D.反應(yīng)③的尾氣可用圖2所示裝置吸收

1.（2024?浙江1月卷,7,3分）根據(jù)材料的組成和結(jié)構(gòu)變化可推測(cè)其性能變化,下列推測(cè)不合理的是（）

材料組成和結(jié)構(gòu)變化性能變化

A生鐵減少含碳量延展性增強(qiáng)

B晶體硅用碳原子取代部分硅原子導(dǎo)電性增強(qiáng)

C纖維素接入帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的支鏈吸水能力提高

D順丁橡膠硫疏化使其結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀強(qiáng)度提高

2.（2023?遼寧省選擇性考試，3）下列有關(guān)物質(zhì)的工業(yè)制備反應(yīng)錯(cuò)誤的是（）

A.合成氨：N2+3H2^==^2NH3B.制HC1：H2+CI2應(yīng)暨2HC1

C.制粗硅：SiO2+2C高溫Si+2coD.冶煉鎂：2MgO（熔融）里整Mg+O2T

3.（2022?江蘇卷，6）周期表中IVA族元素及其化合物應(yīng)用廣泛，甲烷具有較大的燃燒熱（890.3kJ-moE）,

是常見燃料；Si、Ge是重要的半導(dǎo)體材料，硅晶體表面SiO2能與氫氟酸（HF,弱酸）反應(yīng)生成HzSiFe（IhSiFe

23

在水中完全電離為H+和SiF6-）;1885年德國(guó)化學(xué)家將硫化錨（GeS2）與壓共熱制得了門捷列夫預(yù)言的類硅一

楮；下列化學(xué)反應(yīng)表示正確的是（）

+2

A.Si（h與HF溶液反應(yīng)：SiO2+6HF=2H+SiF6+2H2O

B.溫下H2還原GeSz：GeS2+2H2=Ge+2H2s

2

C.鉛蓄電池放電時(shí)的正極反應(yīng)：Pb+SO4-2e-=PbSO4

1

D.甲烷的燃燒：CH4（g）+2O2（g）==CO2（g）+2H2O（g）AH2=890.3kJmor

4.（2022?河北省選擇性考試，1）定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說(shuō)法正確的是

（）

A.傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料B.陶瓷主要成分為SiO2和MgO

C.陶瓷燒制的過(guò)程為物理變化