第13課硅無機非金屬材料第四章非金屬及其化合物知能目標核心素養1.了解碳、硅元素的單質及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質及應用2．了解碳、硅元素的單質及其重要化合物對環境的影響3．了解無機非金屬材料的性質和用途1.宏觀辨識與微觀探析：能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決碳、硅元素的單質及其重要化合物的實際問題2．科學探究與創新意識：認識科學探究是進行科學解釋及發現、創造和應用的科學實踐活動；能發現和提出與碳、硅元素的單質及其重要化合物有關的有探究價值的問題目錄CONTENTS真題特征導引0102_____________________________________明要點知通法具備學科優秀思維能力課標要點探究知動態熟真題明確與熟知課時命題特征01真題特征導引_____________________________________知動態熟真題明確與熟知課時命題特征真題特征導引1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)晶體硅的導電性介于導體和絕緣體之間，常用于制造光導纖維。浙江選考真題節選(

)(2)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光導纖維。廣東真題節選(

)(3)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一。湖南真題節選(

)(4)單晶硅熔點高，所以可用作半導體材料。江蘇真題節選(

)×√√×真題特征導引(5)冰壺主材料花崗巖屬于無機非金屬材料。遼寧真題節選(

)(6)火炬“飛揚”使用的碳纖維屬于有機高分子材料。遼寧真題節選(

)√×真題特征導引2．[2024·浙江6月選考真題]Si5Cl10中的Si原子均通過sp3雜化軌道成鍵，與NaOH溶液反應，Si元素均轉化成Na2SiO3。下列說法不正確的是(

)A．Si5Cl10分子結構可能是B．Si5Cl10與水反應可生成一種強酸C．Si5Cl10與NaOH溶液反應會產生H2D．Si5Cl10沸點低于相同結構的Si5Br10A真題特征導引真題特征導引3．[2023·山東真題]三氯甲硅烷(SiHCl3)取高純硅的重要原料，常溫下為無色液體，沸點為31.8℃，熔點為－126.5℃，易水解。實驗室根據反應Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下裝置制備SiHCl3粗品(加熱及夾持裝置略)。回答下列問題。真題特征導引(1)制備SiHCl3時進行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中；(ⅲ)通入HCl，一段時間后接通冷凝裝置，加熱開始反應。操作(ⅰ)為___________________；判斷制備反應結束的實驗現象是_________________________。圖示裝置存在的兩處缺陷是_____________________________________________。(2)已知電負性Cl>H>Si，SiHCl3在濃NaOH溶液中發生反應的化學方程式為_________________________________________________。檢查裝置氣密性管式爐中沒有固體剩余C、D之間沒有干燥裝置；沒有處理氫氣的裝置SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O真題特征導引(3)采用如下方法測定混有少量HCl的SiHCl3的純度。m1g樣品經水解、干燥等預處理過程得硅酸水合物后，進行如下實驗操作：①_____________，②________(填操作名稱)，③稱量等操作，測得所得固體氧化物的質量為m2g，從下列儀器中選出①②中需使用的儀器，依次為__________(填標號)。測得樣品純度為____________________(用含m1、m2的代數式表示)。高溫灼燒冷卻A、C

A.

B.

C.

D.真題特征導引【解析】氯化氫氣體通入濃硫酸干燥后，在管式爐中和硅在高溫下反應，生成三氯甲硅烷和氫氣，由于三氯甲硅烷沸點為31.8℃，熔點為－126.5℃，在球形冷凝管中可冷卻成液態，收集到裝置C中，氫氣則通過裝置D排出，同時裝置D能吸收氯化氫氣體，據此解答。(1)制備SiHCl3時，由于氯化氫、SiHCl3和氫氣都是氣體，所以組裝好裝置后，要先檢查裝置氣密性，然后將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中，通入氯化氫氣體，排出裝置中的空氣，一段時間后，接通冷凝裝置，加熱開始反應，當管式爐中沒有固體剩余時，即硅粉完全反應，由于SiHCl3真題特征導引易水解，所以需要在裝置C、D之間加一個干燥裝置，防止裝置D中的水蒸氣進入裝置C中，另外氫氧化鈉溶液不能吸收氫氣，需要在裝置D后面加處理氫氣的裝置。(2)已知電負性：Cl＞H＞Si，則SiHCl3中氯元素的化合價為－1價，氫元素的化合價為－1價，硅元素的化合價為＋4價，所以氫氧化鈉溶液和SiHCl3發生氧化還原反應，得到氯化鈉、硅酸鈉、水和氫氣，化學方程式：SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O。(3)m1g樣品經水解、干燥等預處理過程得到硅酸水合物后，高溫灼燒，真題特征導引02課標要點探究_________________________________

明要點知通法具備學科優秀思維能力課標要點一碳族元素硅和二氧化硅主干梳理1．碳族元素碳、硅、鍺、錫、鉛均屬于第ⅣA族元素，又稱碳族元素，其價層電子排布式為____________(用n表示電子層數)。ns2np2課標要點一碳族元素硅和二氧化硅2．碳單質(1)碳單質的存在形式：有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為__________________。同素異形體正四面體高大課標要點一碳族元素硅和二氧化硅正六邊形高小能正五正六課標要點一碳族元素硅和二氧化硅(2)碳單質的主要化學性質——還原性(寫化學方程式)可燃性2C＋O2(不足)2CO、C＋O2(足量)CO2與氧化物反應CuO：_____________________________(冶煉金屬)SiO2：_____________________________(制取粗硅)H2O：___________________________(制取水煤氣)與強氧化性酸反應濃硫酸：__________________________________________濃硝酸：________________________________________課標要點一碳族元素硅和二氧化硅3.CO、CO2的性質對比物質COCO2物理性質______色______味氣體，密度比空氣小，______溶于水______色______味氣體，密度比空氣大，可溶于水(溶解度小)毒性______毒(易結合____________)______毒(溫室效應)化學性質還原性燃燒、還原金屬氧化物無氧化性—①與熾熱的炭反應②Mg在CO2中燃燒與水反應—CO2＋H2O?H2CO3與堿反應(石灰水)—________________===CaCO3↓＋H2O(檢驗CO2)相互轉化用途燃料、冶煉金屬滅火、制汽水、作植物肥料、作化工原料等無無難無無有血紅蛋白無Ca(OH)2＋CO2課標要點一碳族元素硅和二氧化硅4.硅單質硅酸鹽氧化物課標要點一碳族元素硅和二氧化硅5．二氧化硅高大光導纖維課標要點一碳族元素硅和二氧化硅[名師點撥]硅及其化合物之間的轉化關系課標要點一碳族元素硅和二氧化硅◆自我診斷◆1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體。(

)(2)金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質。(

)(3)石墨轉變為金剛石的反應屬于氧化還原反應。(

)(4)Si是半導體材料，可用于制作太陽能電池。(

)(5)SiO2能與NaOH溶液反應，也能與氫氟酸反應，所以SiO2是兩性氧化物。(

)×××√×課標要點一碳族元素硅和二氧化硅2．碳的重要化合物的轉化關系如下：思考每步轉化的試劑及條件，并用化學方程式表示標有序號的各步變化。①____________________________________________________________。②___________________________________________________。③______________________。課標要點一碳族元素硅和二氧化硅④_________________________________。⑤______________________________________。⑥______________________________________________________

__________________________________。CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2CaCO3＋CO2↑＋H2O[或Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O]課標要點一碳族元素硅和二氧化硅命題探究命題探究一二氧化碳的綜合利用例1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化為甲酸，為實現“碳達峰、碳中和”提供了新路徑，轉化過程如圖所示，下列說法錯誤的是(

)A．N(C2H5)3可與HCl反應生成鹽B．CO2加氫合成甲酸，符合綠色化學思想C課標要點一碳族元素硅和二氧化硅C．1molCO2完全轉化為甲酸，轉移電子數為4NA(設NA為阿伏加德羅常數的值)D．納米金催化劑降低了反應的活化能課標要點一碳族元素硅和二氧化硅[歸納總結]CO2在自然界中的循環(1)CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。(2)自然界消耗CO2的主要反應：①溶于河水、海水中：CO2＋H2O?H2CO3；②光合作用將CO2轉化為O2；③巖石的風化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。課標要點一碳族元素硅和二氧化硅即時鞏固[2025·遂昌中學模擬]科技的進步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說法錯誤的是(

)A．CO2是自然界碳循環中的重要物質B．CO2加氫轉化為乙烯，CO2被還原C．CO2電催化時，在陽極轉化為燃料D．CO2與環氧丙烷能合成可降解塑料C課標要點一碳族元素硅和二氧化硅【解析】含碳燃料燃燒以及動植物呼吸都會產生二氧化碳，植物光合作用消耗二氧化碳，所以CO2是自然界碳循環中的重要物質，A項正確；CO2加氫轉化為乙烯，C元素的化合價降低，CO2得電子，被還原，B項正確；CO2中C元素的化合價為＋4價，只能發生得電子的還原反應，CO2在陰極得電子轉化為燃料，C項錯誤；CO2與環氧丙烷反應可合成聚碳酸酯，聚碳酸酯易降解，D項正確。課標要點一碳族元素硅和二氧化硅命題探究二硅和二氧化硅的性質例2下列關于硅的說法不正確的是(

)A．硅是非金屬元素，它的單質是灰黑色、有金屬光澤的固體B．硅的導電性能介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料C．硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質發生反應D．加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬單質反應C課標要點一碳族元素硅和二氧化硅【解析】晶體硅的結構與金剛石類似，它是灰黑色、有金屬光澤的非金屬固體，故A正確；常溫下硅能和HF溶液、氫氧化鈉溶液反應，故C錯誤；在加熱時，硅能與氧氣或氯氣反應生成二氧化硅或四氯化硅，故D正確。課標要點一碳族元素硅和二氧化硅即時鞏固二氧化硅廣泛存在于自然界中，在日常生活、生產、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a～e是對①～⑤反應中SiO2所表現的化學性質或作用進行的判斷，其中正確的有(

)①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2CSi＋2CO↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑B課標要點一碳族元素硅和二氧化硅⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑a．反應①中SiO2作為玻璃的成分被消耗，用于刻蝕玻璃b．反應②中SiO2表現出氧化性c．反應③中SiO2表現了酸性氧化物的通性d．反應④符合用難揮發性的酸酐制取易揮發性的酸酐的原理e．反應⑤中SiO2未被氧化或還原A．ace

B．bde

C．cde

D．ab課標要點一碳族元素硅和二氧化硅【解析】通常用氫氟酸來刻蝕玻璃，與之對應的反應是③，a判斷錯誤；反應②是置換反應，其中二氧化硅被還原，表現出氧化性，b判斷正確；SiO2與堿反應生成鹽和水表現了酸性氧化物的通性，符合通性的是反應①，而不是反應③，c判斷錯誤；反應④用難揮發的二氧化硅制取易揮發的二氧化碳，d判斷正確；反應⑤中碳的化合價由0價變為－4價和＋2價，硅和氧的化合價都沒有改變，因此二氧化硅沒有被氧化或還原，e判斷正確。綜上所述，B項正確。課標要點一碳族元素硅和二氧化硅命題探究三高純硅的制備例3工業制備高純硅的主要過程如圖1所示，石英晶體部分結構如圖2所示。圖1圖2課標要點一碳族元素硅和二氧化硅下列說法錯誤的是(

)A．制備粗硅的反應體現了碳元素的非金屬性比硅元素的強B．石英晶體中不存在SiO2分子C．原料氣HCl和H2應充分去除水和氧氣D．流程中HCl、H2可以循環使用【解析】在高溫下焦炭和二氧化硅反應生成粗硅和一氧化碳，粗硅和氯化氫反應生成SiHCl3，然后在高溫下氫氣和SiHCl3反應生成純硅。制備粗硅的反應不是在溶液中進行的置換反應，不能體現碳元素的非金屬性A課標要點一碳族元素硅和二氧化硅比硅元素的強，A錯誤；二氧化硅是由硅原子和氧原子構成的，不存在分子，因此石英晶體中不存在SiO2分子，B正確；高溫下水蒸氣能和焦炭反應，氫氣和氧氣混合易發生爆炸，所以原料氣HCl和H2應充分去除水和氧氣，C正確；流程中第二步反應消耗HCl產生H2，第三步反應消耗H2產生HCl，因此HCl、H2可以循環使用，D正確。課標要點一碳族元素硅和二氧化硅即時鞏固[2025·麗水中學模擬]多晶硅是單質硅的一種形態，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，多晶硅的一種工業制取流程如圖所示。已知：SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯誤的是(

)A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅的反應：SiO2＋CSi(粗)＋CO2↑B課標要點一碳族元素硅和二氧化硅C．制備高純多晶硅的反應：SiHCl3＋H2Si(純)＋3HClD．為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進行【解析】電解飽和NaCl溶液，反應產生NaOH、H2、Cl2，X是NaOH，H2、Cl2點燃生成HCl，焦炭與石英在高溫下反應產生粗硅和CO，HCl與粗硅反應產生SiHCl3和少量SiCl4，SiHCl3和SiCl4是沸點不同的混合物，經分餾分離提純得到SiHCl3，SiHCl3和H2在加熱條件下反應產生多晶硅和HCl，所以Y是H2，Z是Cl2，A正確；制取粗硅是焦炭與石英在課標要點一碳族元素硅和二氧化硅高溫下反應產生粗硅和CO，反應的化學方程式：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，B錯誤；制備高純多晶硅是SiHCl3和H2在加熱條件下反應產生多晶硅和HCl，反應的化學方程式：SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl，C正確；已知SiHCl3遇水劇烈水解，且H2是可燃性氣體，和O2混合易發生爆炸，因此“還原”步驟在無水、無氧條件下進行，D正確。課標要點二無機非金屬材料主干梳理1．傳統硅酸鹽材料2.新型無機非金屬材料(1)高溫結構陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。(2)碳納米材料材料水泥玻璃陶瓷生產原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英砂黏土主要設備水泥回轉窯玻璃窯陶瓷窯課標要點二無機非金屬材料①類型：富勒烯、碳納米管、石墨烯等。②用途：在能源、信息、醫藥等領域有著廣闊的應用前景。(3)特殊功能的含硅材料①碳化硅是共價晶體，具有金剛石結構，可用作磨料。②含硅元素4%的硅鋼具有導磁性。課標要點二無機非金屬材料◆自我診斷◆1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽。(

)(2)二氧化硅可用于生產玻璃。(

)(3)碳化硅俗稱金剛砂，它可用于高溫結構陶瓷的制作。(

)(4)壓電陶瓷能實現機械能與電能的相互轉化。(

)(5)石墨烯的電阻率低，熱導率也低。(

)(6)傳統的無機非金屬材料均為硅酸鹽材料。(

)×√√√××課標要點二無機非金屬材料2．水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示。回答下列問題：(1)在分解水泥樣品過程中，以鹽酸為溶劑，氯化銨為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是__________________________________，還可以用___________(填化學式)代替硝酸。將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋H2O2課標要點二無機非金屬材料(2)沉淀A的主要成分是_________，其不溶于強酸但可與一種弱酸反應，該反應的化學方程式為______________________________。(3)加氨水過程中加熱的目的是_______________________________。沉淀B的主要成分為______________、_____________(填化學式)。【解析】(1)水泥樣品中含有鐵的氧化物，加入鹽酸后的溶液中可能含有Fe3＋、Fe2＋，Fe2＋在pH為4～5時不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化劑將Fe2＋氧化為Fe3＋，故加入硝酸的目的是將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋；雙氧水是一種強氧化劑，可將Fe2＋氧化為Fe3＋，SiO2SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O防止膠體生成，易于沉淀分離Al(OH)3Fe(OH)3課標要點二無機非金屬材料本身被還原為水，不會引入新的雜質離子，故可用雙氧水代替硝酸。(2)鈣、鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物都能溶于鹽酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不與鹽酸、硝酸反應，故沉淀A的主要成分為SiO2；二氧化硅可與氫氟酸反應，生成四氟化硅和水，該反應的化學方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)Fe3＋和Al3＋在pH為4～5時可水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁，水解過程中會生成氫氧化鐵膠體和氫氧化鋁膠體，不利于分離，加熱可使膠體聚沉，有利于分離出雜質。課標要點二無機非金屬材料命題探究命題探究一傳統的無機非金屬材料例1水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應用于耐火材料、洗滌劑生產等領域，是一種重要的工業原料。下圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：課標要點二無機非金屬材料下列說法正確的是(

)A．原材料稻殼灰價格低廉，且副產品活性炭有較高的經濟價值B．操作①與操作②完全相同C．該流程中硅元素的化合價發生改變D．反應器中發生的反應為氧化還原反應【解析】A項，稻殼灰來源廣泛，價格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經濟價值，正確；B項，操作①為過濾，操作②為蒸發濃縮，是A課標要點二無機非金屬材料兩種不同的操作，錯誤；C項，二氧化硅中硅元素的化合價是＋4價，硅酸鈉中硅元素的化合價也是＋4價，所以該流程中硅元素的化合價沒有發生改變，錯誤；D項，反應器中發生的反應為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反應沒有元素化合價的變化，不屬于氧化還原反應，錯誤。課標要點二無機非金屬材料即時鞏固回答下列問題。(1)鋁板易被燒堿腐蝕，玻璃易被氫氟酸腐蝕，原因分別為__________________________________________________、______________________________。(均用化學方程式表示)(2)生產硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是___________。制備普通玻璃的主要反應的化學方程式為__________________________2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O石灰石SiO2＋Na2CO3Na2SiO3課標要點二無機非金屬材料___________________________________________(任寫一個)。(3)石英玻璃化學穩定性強、膨脹系數小，是一種特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是__________(填化學式)。(4)要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是______(填字母)。A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝＋CO2↑(或SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑)SiO2D課標要點二無機非金屬材料【解析】(2)生產