1、【 精品教育资源文库 】 第 1 节 碳、硅及无机非金属材料 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 【 精品教育资源文库 】 2硅单质的存在、性质和制备 (1)结构及物理 性质 【 精品教育资源文库 】 (2)化学性
2、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 SiO2 2C=高温Si 2CO ， 粗硅的提纯 Si 2Cl2=高温SiCl4、 SiCl4 2H2=高温Si 4HCl。 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 【 精品教育资源文库 】 (1)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂， H2O为氧化剂。 【 精品教育资源文
3、库 】 (2)不能依据反应 2C SiO2=高温Si 2CO 来说明 C的还原性比 Si 强 ， 也不能依据反应SiO2 Na2CO3=高温Na2SiO3 CO2 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。 ()
4、(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 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 ( ) A 12C、 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
5、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
6、中存在大量的单质硅 答案 D 【 精品教育资源文库 】 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； 2C SiO2=高温Si 2CO ， 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 ( ) A 2C SiO2=高温Si 2CO B SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O C Si 2Cl2=SiCl4 D SiCl4 2H2=高温Si 4HCl 答案 B 解
7、析 工业制取纯硅的工艺流程为 SiO2 C粗硅 Cl2SiCl4 H2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： SiO2 C高温Si(粗 ) HCl300 SiHCl3 过量 H21000 1100 Si(纯 ) 下列说法正确的是 ( ) A步骤 的化学方程式为 SiO2 C=高温Si CO2 B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 D SiHCl3(沸点为 33
8、.0 )中含有少量的 SiCl4(沸点为 67.6 )，通过蒸馏 (或分馏 )可提纯 SiHCl3 答案 D 解析 A 项，步骤 的化学方程式为 SiO2 2C=高温Si 2CO ； 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 【 精品教育资源文库 】 (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
9、方程式为 2NaOH H2SiO3=Na2SiO3 2H2O。 (2)不稳定性： H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为 H2SiO3=SiO2 H2O。 (3)硅酸的制备及硅胶 制备原理：可溶性硅酸盐 (如 Na2SiO3)与其他酸 (如盐酸 )反应的化学方程式为 Na2SiO3 2HCl=2NaCl H2SiO3 。 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
10、，如硅酸钠 (Na2SiO3)可表示为 Na2OSiO 2，长石 (KAlSi3O8)可表示为 K2OAl 2O36SiO 2。 (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： Na2SiO3 2HCl=2NaCl H2SiO3 ；与 CO2水溶液反应：Na2SiO3 CO2 H2O=H2SiO3 Na2CO3。 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。 【 精品教育资源文库 】 (2)新型无机非金属材料，指的是一类新型
11、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
12、置出现分数时应化为整数。如正长石： KAlSi3O8不能写成 12K2O 12Al2O33SiO 2，应写成 K2OAl 2O36SiO 2。 【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)SiSiO 2H 2SiO3均能一步转化。 () (3)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。 () 【 精品教育资源文库 】 (4)玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用材料均为硅酸盐。 () (5)2MgOSiO 2中的酸根阴离子为 SiO24 。 () 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 (
13、 ) 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( ) A SiO2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 1 2 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，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
14、 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 ( ) A Na2SiO3 B Na2CO3、 Na2SiO3 C Na2CO3、 SiO2 D SiO2 答案 A 解析 将足量 CO2 气体通入水玻璃中 ， 发生反应 ： 2CO2 Na2SiO3 2H2O=H2SiO3 2NaHCO3； 加热蒸干高温灼烧时发生反应 ： H2SiO3=H2O SiO2； 2NaHCO3=Na2CO3 CO2【 精品教育资源文库 】 H2O； SiO2 Na2CO3=高温Na2SiO3 CO2 ， 最后所得固体物质是 Na2SiO3， 故选 A。 4青石棉是世界卫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
