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1、2022年高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第1节碳硅及无机非金属材料学案考试说明1了解碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。2了解碳、硅及其化合物对环境质量的影响。3了解常见无机非金属材料的性质和用途。命题规律碳、硅及其化合物的性质是高考的常考点，其考查方式有：结合原子结构、元素周期律以选择题型考查碳、硅及其化合物的性质及应用；以新材料、新技术为背景结合工艺流程图以填空题型考查碳、硅的化合物的性质及应用等。考点1碳、硅单质及其氧化物的性质1碳单质的存在、性质和用途2硅单质的存在、性质和制备(1)结构及物理性质(2)化学性质硅的化学性质不活泼，常温下不能被浓硫酸、浓硝酸等强氧化剂氧化，只能
2、与F2、氢氟酸、强碱溶液反应；在加热条件下，能与O2、Cl2等少数非金属单质化合。写出下列相关反应的化学方程式：(3)工业制备反应原理：制粗硅SiO22CSi2CO，粗硅的提纯Si2Cl2SiCl4、SiCl42H2Si4HCl。3碳和硅的氧化物(1)一氧化碳CO是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。(2)二氧化碳和二氧化硅(1)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O为氧化剂。(2)不能依据反应2CSiO2Si2CO来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。(3)用于半导体材料的是高纯的晶
3、体硅，用作光导纤维材料的是SiO2。(4)SiO2是碱性氧化物，但能与HF反应，因此盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，要用特制的塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。【基础辨析】判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)硅单质广泛存在于自然界中，天然存在的单质硅叫硅石。()(2)SiO2既可以和氢氟酸反应，又可以和NaOH溶液反应，是两性氧化物。()(3)碳和硅的氧化物都能与NaOH溶液反应。()(4)光导纤维具有很强的导电能力，所以大量用于制造通信光缆。()(5)单质硅是半导体材料，常用于制造光导纤维。()题组一 碳、硅及其氧化物的性质和应用
4、1碳及其化合物与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是()A12C、13C、14C、C60、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体，用途广泛B用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用C石墨烯和碳纤维都是新型有机高分子材料D碳纳米管是一种有机合成纤维，其比表面积大，可用作新型储氢材料答案B解析12C、13C、14C是碳元素的三种核素，不是同素异形体，A错误；用CO2合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用，B正确；石墨烯、碳纤维、碳纳米管都是碳的单质，是无机非金属材料，不是有机材料，C、D错误。2有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体
5、材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是()A高纯度的硅广泛用于制作计算机中的芯片B硅可由二氧化硅还原制得C低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅答案D解析硅是重要的半导体材料，可用于生产制造计算机中的芯片，A正确；2CSiO2Si2CO，B正确；常温下，Si的性质稳定，但可以与F2、HF、强碱溶液反应，C正确；自然界中不存在单质硅，D错误。题组二 硅的制备3半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A2CSiO2Si2COBSiO22NaOH=Na
6、2SiO3H2OCSi2Cl2SiCl4DSiCl42H2Si4HCl答案B解析工业制取纯硅的工艺流程为SiO2粗硅SiCl4纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。4高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”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：SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)下列说法正确的是()A步骤的化学方程式为SiO2CSiCO2B步骤中每生成或反应1 mol Si，转移4 mol电子C二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应DSiHCl3(沸点为33.0 )中含有少量的SiCl4(沸点为67.6 )，通过蒸馏(或分馏)
7、可提纯SiHCl3答案D解析A项，步骤的化学方程式为SiO22CSi2CO；B项，步骤中每生成或反应1 mol Si，转移2 mol 电子；C项，硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气；D项，SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3。考点2硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1硅酸(1)弱酸性：H2SiO3难溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色，能与强碱(如NaOH)反应，反应的化学方程式为2NaOHH2SiO3=Na2SiO32H2O。(2)不稳定性：H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为H2SiO3SiO2H2O。(3)硅酸的制备及硅胶制备原理：可溶
8、性硅酸盐(如Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应的化学方程式为Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。硅胶：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后即得硅胶，常用作干燥剂和催化剂的载体。2硅酸盐(1)概念：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Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2OAl2O36SiO2。(3)硅酸钠(Na2SiO3)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。它能与酸反应，如与盐酸反应：
9、Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3；与CO2水溶液反应：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3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。(2)新型无机非金属材料，指的是一类新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。(3)特殊功能的含硅物质碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。含硅元素4%的硅钢具有导磁性。硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。(1)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃的成分不相同；水玻璃又称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂瓶不能用玻璃
10、塞)，而不是碱溶液。(2)硅酸盐改写成氧化物形式的方法氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“”隔开。当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。【基础辨析】判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。()(2)SiSiO2H2SiO3均能一步转化。()(3)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。()(4)玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用材料均为硅酸盐。()(5)
11、2MgOSiO2中的酸根阴离子为SiO。()题组一 无机非金属材料1下列我国古代优秀艺术作品中，所用材料不属于无机非金属材料的是()答案A解析青铜器属于金属材料，陶瓷是无机非金属材料。2硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述正确的是()ASiO2熔点高，硬度大，不与任何无机酸反应B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，也可以用作砂纸、砂轮的磨料C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2，是一种高质量传导光的纤维，耐酸碱腐蚀D二氧化硅分子中硅原子与氧原子个数之比为12答案B解析二氧化硅能与氢氟酸反应，A错误；光导纤维的成分是SiO2
12、，是酸性氧化物，可与强碱溶液反应，C错误；二氧化硅中不存在分子，D错误。题组二 硅酸盐的结构和性质3将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是()ANa2SiO3 BNa2CO3、Na2SiO3CNa2CO3、SiO2 DSiO2答案A解析将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2Na2SiO32H2O=H2SiO32NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2OSiO2；2NaHCO3Na2CO3CO2H2O；SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A。4青石棉是世界卫
13、生组织确认的一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一。青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO。下列说法中正确的是()A青石棉是一种易燃品且易溶于水B青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为Na2OFeO2Fe2O38SiO2H2OC1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用，至少需消耗6 L 3 molL1 HNO3溶液D1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量氢氟酸作用，至少需消耗5.5 L 2 molL1 HF溶液答案C解析根据青石棉的组成可知，该物质属于硅酸盐，不是一种易燃品且难溶于水，A错误；
14、根据氧原子守恒可知应该是Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O，B错误；根据组成可知和硝酸作用生成2 mol 硝酸钠、5 mol硝酸铁和1 mol NO，因此需要硝酸的物质的量是18 mol，C正确；和氢氟酸反应生成SiF4、NaF，物质的量分别是8 mol和2 mol，所以需要HF的物质的量是34 mol，D错误。1高考集萃判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)xx天津高考硅太阳能电池工作时，光能转化为电能。()(2)xx江苏高考SiO2硬度大，可用于制造光导纤维。()(3)xx江苏高考利用：CaCO3CaOCaSiO3可实现物质间的转化。()(4)xx四川高考硅胶作袋装食品的干燥剂，没有发生化学变化。()(5)xx江苏高考向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸离子方程式：Na2SiO32H=H2SiO32Na。()(6)xx全国卷HF与SiO2反应，所以可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记。()(7)xx江苏高考下述变化可以实现：SiO2HCl(aq),SiCl4Si。()(8)xx海南高考石英砂可用于生产单晶硅。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)解析(4)硅胶吸收H2O
