文档内容
第 15 讲 碳、硅及无机非金属材料
目录
考情分析 知识点3 硅酸
网络构建 知识点4 硅酸盐
知识点5 碳、硅及其化合物性质“反常”小
考点一 碳及其化合物
结
【夯基·必备基础知识梳理】
【提升·必考题型归纳】
知识点1 碳单质
考向1 考查硅、二氧化硅的性质及其应用
知识点2 碳的氧化物
考向2 考查硅的制备
知识点3 碳酸、碳酸盐
考向3 考查硅酸、硅酸盐的性质及其应用
知识点4 碳元素在自然界中的循环
考点三 无机非金属材料
知识点5 CO 与碱、盐溶液的反应规律
2
【提升·必考题型归纳】 【夯基·必备基础知识梳理】
考向1 考查碳及及其化合物性质和应用 知识点1 传统无机非金属材料
考向2 考查CO 与碱反应图像分析 知识点2 新型无机非金属材料
2
考向3 考查碳元素在自然界中的循环 【提升·必考题型归纳】
考向1 考查传统无机非金属材料的分类和
考点二 硅及基化合物
应用
【夯基·必备基础知识梳理】
考向2 考查传统无机非金属材料的分类和
知识点1 单质硅
应用
知识点2 二氧化硅
真题感悟
考点要求 考题统计 考情分析
分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：
2023浙江1月卷7题，2
1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈碳及其化 分 现，考查内容主要有以下几个方面：
合物 2022江苏卷7题，3分 (1)直接考查硅及其化合物、碳及其氧化物的结构、性质。
2021山东卷2题，2分 (2)以传统文化、先进科学技术为素材考查无机非金属材料的组
2023湖北卷3题，3分 成、性质、应用等。
硅及其化
2022广东卷3题，2分 (3)与环境相结合考查碳循环。
合物
2021辽宁卷1题，3分 (4)以水煤气变换为载体，考查盖斯定律、化学平衡等化学反应原
理的内容。
(5)原料中涉及硅元素的工艺流程中，考查硅及其化合物的性质。
2．从命题思路上看，侧重从晶体结构、物质类型、化合价等方
面多角度、多层次分析、认知碳、硅两种元素的单质及其重要化
2023浙江6月卷1题，2
合物；以无机非金属材料为载体考查化学对社会发展的重大贡
无机非金 分
献；通过二氧化碳对环境的影响的考查，树立低碳绿色可持续发
属材料 2022河北卷1题，3分
展意识。
2021重庆卷1题，3分
根据高考命题的特点和规律，复习时注意以下几个方面：
(1)掌握C、Si单质及其重要化合物的主要性质及应用。
(2)了解无机非金属材料对社会发展的影响。注重联系生活实际。
(3)有意识运用相关知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论。
考点一 碳及其重要化合物
知识点1 碳单质
1.碳原子的结构及碳元素的存在：C元素原子结构示意图： ，在自然界以化合态和游离态形式存在。2.常见碳单质的结构和物理性质
常见的碳单质有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、碳纳米管等，它们互为_________。
3.碳单质化学性质
a．与O 的反应(用化学方程式表示)：
2
①O 不足：2C＋O=====2CO；
2 2
②O 充足：C＋O=====CO。
2 2 2
b．与氧化物反应(用化学方程式表示)：
①与CuO反应：__________________；
②与Fe O 反应：__________________；
2 3
③与CO 反应：__________________；
2
④与水蒸气反应：_________ _________ (制水煤气)；
⑤与SiO 反应：_________ _________ (制粗硅)；_________ _________ (制金刚砂)
2
c．与强氧化性酸反应
①与浓硫酸反应：__________________。
②与浓硝酸反应：__________________。
4.碳单质的用途：
①金刚石结构坚硬，作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等；
②石墨的细鳞片状结构质软、导电性、滑腻性、耐高温 铅笔芯、电极、润滑剂、坩埚；
③木炭和活性炭的疏松多孔的结构吸附性吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味剂等；
④作燃料，用于家庭取暖、做饭等；
⑤作还原剂：冶炼金属，如冶炼金属铜、铁等。
知识点2 碳的氧化物CO和CO
2
1.碳的氧化物的物理性质
色态味 密度(比空气) 水溶性 毒性 相互转化
CO 无色、无 小 难溶 有(易结合血红蛋白)
CO 味、气体 大 能溶 无(温室效应)
22.碳的氧化物的化学性质
①CO具有较强的还原性，可以与O、金属氧化物等发生反应。
2
如与Fe O 反应：Fe O＋3CO=====2Fe＋3CO。
2 3 2 3 2
②CO 是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。
2
a.酸性氧化物
①与水反应：CO＋HO HCO
2 2 2 3
②与碱反应：CO 少量：CO＋2NaOH===Na CO＋HO；CO 足量：CO＋NaOH===NaHCO
2 2 2 3 2 2 2 3
③与碱性氧化物反应：CO＋CaO=CaCO
2 3
④与Ca(ClO) 盐溶液反应：___________________________（CO 少量）；
2 2
___________________________（CO 过量）；
2
b.氧化性
①与C反应：CO＋C 2CO；
2
②与Mg反应：2Mg＋CO 2MgO＋C
2
【特别提醒】溶液中通入CO 气体产生沉淀的问题：向BaCl 或CaCl 溶液中通入CO 气体，由于盐酸的酸
2 2 2 2
性比碳酸的强，不会产生BaCO 或CaCO 沉淀。
3 3
3.CO、CO 气体的除杂方法
2
CO中混有CO 通过盛有_________溶液的洗气瓶，然后干燥气体
2
CO 中混有CO 通过盛有灼热_________的硬质玻璃管
2
CO 中混有O 通过盛放灼热_________网的硬质玻璃管
2 2
通过盛有饱和_________溶液或酸性_________溶液的洗气瓶，然后干燥
CO 中混有少量SO
2 2
气体
CO 中混有少量HCl 通过盛有_________溶液的洗气瓶，然后干燥气体
2
【易错提醒】①澄清石灰水只用于检验CO，不能用于除去混合气体中的CO，应用NaOH溶液除去；
2 2
②CO、SO 通入CaCl 或BaCl 溶液均无沉淀产生。
2 2 2 2
知识点3 碳酸和碳酸盐
1.碳酸
二元弱酸、不稳定，常用CO＋HO代替HCO，但酸性比苯酚、次氯酸_________。
2 2 2 3
2.碳酸的正盐和酸式盐的比较
正盐(CO) 酸式盐(HCO)
溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶
热稳定性 正盐＞酸式盐溶液pH 同浓度：正盐＞酸式盐
相互转化
CO HCO
知识点4 碳元素在自然界中的循环
1.CO 的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
2
2.自然界消耗CO 的主要反应：
2
a．溶于江水、海水中：CO＋HO HCO；
2 2 2 3
b．光合作用将CO 转化为O；
2 2
c．岩石的风化：CaCO ＋HO＋CO===Ca(HCO)。
3 2 2 3 2
知识点5 CO 与碱、盐溶液的反应规律
2
1、与碱溶液的反应
(1)反应原理
NaOH――→NaCO――→NaHCO
2 3 3
(2)反应后溶质成分的判断
x＝ 溶质成分
x≤1∶1 _________
1∶12∶1
_________
也可用数轴来表示：
①CO＋NaCO＋HO===2NaHCO
2 2 3 2 3
②CO＋NaSiO＋2HO===H SiO↓＋NaCO
2 2 3 2 4 4 2 3
或CO＋NaSiO＋HO===H SiO↓＋NaCO
2 2 3 2 2 3 2 3
当CO 过量时，发生反应如下：
2
2CO＋NaSiO＋2HO===H SiO↓＋2NaHCO
2 2 3 2 2 3 3
③CO＋Ca(ClO) ＋HO===CaCO ↓＋2HClO
2 2 2 3
2、与盐溶液的反应
(1)CO 与盐溶液的常见反应
2
碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯
酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将CO 气体通入NaSiO、NaClO、 、NaAlO 等盐溶液中，均能发
2 2 3 2
生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。如：
①CO＋NaCO＋HO===2NaHCO
2 2 3 2 3
②CO＋NaSiO＋2HO===H SiO↓＋NaCO
2 2 3 2 4 4 2 3或CO＋NaSiO＋HO===H SiO↓＋NaCO
2 2 3 2 2 3 2 3
当CO 过量时，发生反应如下：
2
2CO＋NaSiO＋2HO===H SiO↓＋2NaHCO
2 2 3 2 2 3 3
③CO＋Ca(ClO) ＋HO===CaCO ↓＋2HClO
2 2 2 3
当CO 过量时，发生反应如下：
2
2CO＋Ca(ClO) ＋2HO===Ca(HCO )＋2HClO
2 2 2 3 2
④CO＋ ＋HO―→ ＋NaHCO
2 2 3
⑤CO＋NaAlO ＋2HO===Al(OH) ↓＋NaHCO (CO 过量时)
2 2 2 3 3 2
CO＋2NaAlO ＋3HO===2Al(OH) ↓＋NaCO(CO 少量时)
2 2 2 3 2 3 2
(2)注意事项
①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当
弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H＋就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将HS通入CuSO 溶液
2 4
中或向氢硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：HS＋CuSO ===CuS↓＋HSO (S2－与Cu2＋结
2 4 2 4
合成难溶的CuS)，HS＋Cl===S↓＋2HCl(S2－被氧化)。
2 2
② CO 与 溶液反应的产物与 CO 的用量无关，都生成 NaHCO ，因为酸性 HCO>
2 2 3 2 3
>HCO。
③CO 与NaClO溶液反应的产物与CO 的量无关，也只能生成NaHCO ，不能生成NaCO ，因为酸性
2 2 3 2 3
HCO>HClO>HCO。
2 3
④CO、SO 通入CaCl 或BaCl 溶液均不反应，无沉淀产生。
2 2 2 2
考向1 考查碳及及其化合物性质和应用
例1．（2023·广东梅州·统考二模）为了获得良好的草酸酯加氢的催化效果，通常需要保持铜催化剂中Cu0
和Cu+的组成相对稳定，将C 作为电子缓冲剂，通过中性碳团簇(C )与负离子(C )的切换可有效地稳定铜
60 60
催化剂中Cu0和Cu+的比例。下列说法正确的是
A．C 是新型化合物
60
B．当1molC 转变为C 时，失去60mol电子
60
C．当C 转变为C 时，铜催化剂中Cu0和Cu+的个数比减小
60
D．草酸酯催化加氢过程中，需要不断补充C
60
【变式训练1】（2023·全国·高三专题练习）科学家发现了纯碳新材料“碳纳米泡沫”，每个泡沫含有约
4000个碳原子，直径约6~9nm，在低于-183℃时，泡沫具有永久磁性。下列叙述错误的是
A．“碳纳米泡沫”与石墨互为同素异形体
B．把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中能产生丁达尔现象
C．“碳纳米泡沫”是一种新型的碳单质
D．“碳纳米泡沫”和金刚石的性质相同【变式训练2】（2023·山东济南·统考三模）下列关于“碳”的说法错误的是
A．自然界中的14C来自宇宙射线(中子)撞击14N，其过程可表示为
B．高压下制得的CO 共价晶体结构与SiO 晶体相似，其硬度和熔沸点均高于SiO 晶体
2 2 2
C．石墨烯、石墨炔都是全碳二维平面结构材料，二者碳原子杂化方式完全相同
D．用风能、光能等清洁能源代替煤和石油，有利于实现“双碳”目标
考向2 CO 与碱反应图像分析
2
35．（2023·陕西西安·统考二模）室温下，向VmLcmol•L-1的NaOH溶液中通入CO 气体，溶液pH与通入
2
气体的关系如图所示(忽略反应后溶液体积的变化)，下列说法错误的是
A．通入CO 的过程中，a，b、c三点水的电离程度a＞b＞c
2
B．a点溶液中c(HCO )+c(CO )=0.05mol•L-1
C．b点溶液中c(HCO )+2c(CO )+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)
D．c点一定存在c(OH-)-c(H+)＜2c(HCO)-c(CO )
2 3
【变式训练1】（2023·全国·高三专题练习）离子的摩尔电导率可用来衡量电解质溶液中离子导电能力的强
弱，摩尔电导率越大，离子在溶液中的导电能力越强。已知Ca2＋、OH-、HCO 的摩尔电导率分别为
0.60、1.98、0.45，据此判断，向饱和的澄清石灰水中通入过量的CO[方程式为：
2
Ca(OH) +CO =CaCO ↓+H O，CaCO +CO +H O=Ca(HCO )]，溶液导电能力随CO 通入量的变化趋势正确
2 2 3 2 3 2 2 3 2 2
的是
A． B．
C． D．
【变式训练2】（2023·全国·高三专题练习）将足量的CO 不断通入KOH、Ba(OH) 、KAlO 的混合溶液中，
2 2 2生成沉淀的物质的量与所通入CO 的体积关系如图所示．下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是
2
A．Oa段反应的化学方程式是Ba(OH) +CO ═BaCO↓+H O
2 2 3 2
B．ab段与cd段所发生的反应相同
C．de段沉淀减少是由于BaCO 固体消失
3
D．bc段反应的离子方程式是2AlO﹣+3H O+CO═2Al(OH)↓+CO 2﹣
2 2 2 3 3
考向3 考查碳元素在自然界中的循环的应用
例3.（2023·黑龙江哈尔滨·哈尔滨三中校考二模）海洋碳循环在整个地球气候系统中具有重要地位，下列
叙述错误的是
A．海洋酸化会导致海水吸收CO 的能力减弱
2
B．温室效应导致的海表温度上升，会增加海洋对CO 的吸收
2
C．该循环中涉及反应CO+H O+CaCO Ca(HCO )，CO 排放量的增加将影响珊瑚生存
2 2 3 3 2 2
D．虽然塑料颗粒中含有的碳很难降解进入海洋碳循环，但仍会造成污染
【变式训练1】（2023秋·江苏盐城·高三校联考期末）我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年实现
碳中和。下列说法正确的是
A．“碳达峰”和“碳中和”中的“碳”都是指碳元素
B．光催化CO 和HO合成甲醇是实现碳中和的有效手段
2 2
C．在燃煤中加入生石灰是实现碳中和的重要途径
D．利用火力发电产生的电能电解水制氢有利于实现碳中和
【变式训练2】（2023春·上海浦东新·高三上海市实验学校校考阶段练习）CO 是自然界碳循环中的重要物
2
质。下列过程会引起大气中CO 含量上升的是
2
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
考点二 硅及其化合物知识点1 单质硅
1.硅的存在、结构与物理性质
(1)存在：单质硅有_________硅和_________硅两大类，自然界中无游离态硅——单质硅，硅以化合态存在，
主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在地壳中，含量仅次于氧，位列第二。
(2)单质硅结构：硅元素原子序数为14，基态原子的简化电子排布式为[Ne]_3s23p2，核外电子的空间运动状
态有8种，不成对电子数有2个；单晶硅为共价晶体，晶体中每个Si原子以sp3杂化，分别与4个相邻的
Si 原子形成4个σ键，Si原子的配位数为4，晶体中最小的环是6元环，1个环中平均含有0.5 Si原子，含
Si—Si键数为1。
(2)物理性质：灰黑色固体，有金属光泽，熔、沸点高，硬度大，有脆性，是常见的半导体材料和合金材料。
金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅。
2.单质硅化学性质
a．常温
①与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF ↑＋2H ↑；
4 2
②与NaOH溶液反应的化学方程式：Si＋2NaOH＋H O===Na SiO ＋2H ↑；
2 2 3 2
③与F 反应的化学方程式:Si＋2F ===SiF
2 2 4
b．高温
①与O 反应：Si＋O SiO 。
2 2 2
②与Cl 反应：Si＋Cl SiCl
2 2 4
3.单质硅的工业制法
①原料：石英砂和焦炭
②制备：SiO＋2C=====Si(粗)＋2CO↑
2
③提纯：Si(粗)＋2Cl SiCl ；SiCl ＋2H Si(纯)＋4HCl
2 4 4 2
【特别提醒】①用焦炭还原SiO，产物是CO而不是CO。
2 2
②粗硅中含碳等杂质，与Cl 反应生成的SiCl 中含有CCl 等杂质，经过分馏提纯SiCl 后，再用H 还原，
2 4 4 4 2
得到高纯度硅。
4.单质硅的用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等。
知识点2 二氧化硅
1.存在：硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子等
2.二氧化硅的结构特点
在SiO 晶体中，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的 四面体又通
2
过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合。实际上，SiO 晶体是由Si
2
和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。
3.物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水
4.化学性质：a.酸性氧化物
①与碱反应: ___________________________；
②与CaO碱性氧化物反应：____________________________________；
③与盐反应：SiO＋NaCO NaSiO＋CO↑；SiO＋CaCO CaSiO＋CO↑（工业制玻璃）
2 2 3 2 3 2 2 3 3 2
b.氧化性：
①与碳反应：__________________ (制粗硅)；SiO＋3C SiC＋2CO↑(制金刚砂)；
2
②与Mg反应：4Mg＋SiO 2MgSi＋2MgO；MgSi＋2HO=SiH↑＋2Mg(OH) (制硅化氢)；
2 2 2 2 4 2
c.特性：
与氢氟酸反应：___________________________
5.用途
①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品
②SiO 是制光导纤维的重要原料
2
③较纯的石英用于制造石英玻璃
④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料
【特别提醒】（1）由于玻璃的成分中含有SiO，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。
2
（2）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。
（3）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO 反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或
2
铅皿中。
（4）SiO 是HSiO 的酸酐，但SiO 不与水反应，不能用SiO 直接与水作用制备HSiO。
2 2 3 2 2 2 3
知识点3 硅酸
1.物理性质：硅酸是一种_________色胶状物质，_________溶于水，能形成胶体。新制备的硅酸为透明、
胶冻状，硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”。
2.化学性质：
a.弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。如 ：
____________________________________。
b.不稳定性：硅酸的热稳定性很差，受热分解为SiO 和HO：HSiO=====SiO＋HO。
2 2 2 3 2 2
3.制备：
由于SiO 不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。
2
NaSiO+2HCl==H SiO↓+2NaCl，
2 3 2 3
NaSiO+CO +H O==H SiO↓+Na CO（证明酸性：HCO＞HSiO）。
2 3 2 2 2 3 2 3 2 3 2 3
4.用途：硅胶可作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品的干燥剂。
知识点4 硅酸盐
1.概念：由_________和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
2.硅酸盐的氧化物表示方法——常用氧化物的形式表示：
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，不同氧化物间以“·”隔开。
如硅酸钠(Na SiO)可表示为NaO·SiO ，长石(KAlSi O)可表示为KO·Al O·6SiO。
2 3 2 2 3 8 2 2 3 2【特别提醒】（1）氧化物之间以“· ”隔开；（2）计量数配置出现分数应化为整数。硅酸盐改写为氧化物
形式时，各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。当系
数配置出现分数时一般应化为整数。如上例中KAlSi O，将KO·Al O·3SiO，要写成KO·Al O·6SiO。
3 8 2 2 3 2 2 2 3 2
3.硅酸钠(Na SiO)——又称泡花碱
2 3
①物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称_________，有黏性，水溶液显碱性。
②化学性质——与酸性较硅酸强的酸反应：
a．与盐酸反应的化学方程式：
NaSiO＋2HCl===2NaCl＋HSiO↓。
2 3 2 3
b．与CO 水溶液反应的化学方程式：
2
NaSiO＋HO＋CO===Na CO＋HSiO↓。
2 3 2 2 2 3 2 3
③用途：黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料。
【特别提醒】①NaSiO 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；NaSiO 易与空气中
2 3 2 3
的CO、HO反应，要密封保存。
2 2
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。
知识点5 碳、硅及其化合物性质“反常”小结
1.一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚
石为自然界中硬度最大的物质。
2.一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
3.Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO＋2C=====Si＋2CO↑。
2
4.非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且
放出氢气：Si＋2NaOH＋HO===Na SiO＋2H↑。
2 2 3 2
5.非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF ↑＋2H↑。
4 2
6.一般情况下，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO ＋
2
4HF===SiF ↑＋2HO(SiF 不属于盐，故SiO 不是两性氧化物)。
4 2 4 2
7.一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。
8.一般情况下，较强酸＋较弱酸的盐―→较弱酸＋较强酸的盐(溶液中的反应)。
因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：NaSiO＋HO＋CO===Na CO＋HSiO(胶体)。
2 3 2 2 2 3 2 3
但在高温下，可发生反应NaCO＋SiO=====NaSiO＋CO↑(CO 离开反应体系促进反应的正向进行)。
2 3 2 2 3 2 2
9.一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但 C 在高温下也能置换出 HO 中的氢：C＋
2
HO(g)=====H＋CO。
2 2
10.一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。
考向1 考查硅、二氧化硅的性质及其应用
例1．（2023·全国·高三专题练习）下列有关硅及其化合物的说法正确的是
A．在粗硅的制取中发生反应 ，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中
C．用 制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入
D．由 可知，硅酸的酸性大于碳酸的
【变式训练】（2022·全国·高三专题练习）硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅及其化
合物的叙述错误的是
A．氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，其化学式为Si N
3 4
B．高纯硅可以制成计算机、通信设备等的芯片
C．硅可以用来生产新型无机非金属材料——光导纤维
D．二氧化硅为立体网状结构，每个硅原子结合4个氧原子
考向2 考查硅的制备
例2．（2023·海南海口·统考模拟预测）设 为阿伏加德罗常数的值。工业上制备高纯度硅的反应有：
①
②
③
已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8.下列有关说法正确的是
A．①中，30g氧化剂含极性键数目为 B．②中，生成1g 时转移电子数为
C．②和③互为可逆反应 D．②和③的目的是除去粗硅中的杂质
【变式训练1】（2023·湖北·高三统考专题练习）多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电
池及高纯硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示。已知：SiHCl 遇水剧烈水解。下
3
列说法错误的是
A．Y、Z分别为H、Cl
2 2
B．制取粗硅过程可能发生反应：
C．提纯SiHCl 可采用萃取、分液的方法
3
D．为防止SiHCl 水解而损失及氢气燃炸，“还原”步骤在无水、无氧条件下进行
3
【变式训练2】（2023·全国·高三专题练习）二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部
分转化过程如图所示，下列说法正确的是A．SiO 既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
2
B．因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以HSiO 的酸性比HCO 强
2 3 2 3
C．SiO 在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性
2
D．除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应
考向3 考查硅酸、硅酸盐的性质及其应用
例3．（2023·山西·校联考模拟预测）地球上的硅大部分以二氧化硅及硅酸盐的形式存在，它们的基本结构
单位是硅氧四面体[ ](图1)。石英晶体中的硅氧四面体相连构成螺旋链(图2)。天然硅酸盐组成复杂，
硅、氧原子通过共用氧原子形成各种不同的硅酸根阴离子，一种层状硅酸根阴离子结构如图3所示。下列
说法正确的是
A．基态Si原子的原子核外的电子有14种空间运动状态
B．二氧化硅中硅原子的配位数是2
C．图2中Si原子的杂化轨道类型是
D．图3层状硅酸根阴离子结构中硅和氧的原子个数比为2∶5
【变式训练1】（2023·黑龙江大庆·统考一模）北京故宫的屋顶有各种颜色的琉璃瓦，其坚实耐用，经历几
百年的风雨洗礼仍能保存完整，下列说法错误的是
A．琉璃瓦的主要成分是硅酸盐 B．制作琉璃瓦的主要原料是黏土
C．琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构 D．黄色和绿色琉璃瓦中分别含有 、
【变式训练2】（2023·全国·高三专题练习）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①② B．②③ C．①④ D．③④
考点三 无机非金属材料
知识点1 传统无机非金属材料
1.含义：传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
2.分类
（1）陶瓷：陶瓷以__________________为主要原料，经高温烧结而成的。
（2）玻璃：普通玻璃的主要成分为__________________，它是以__________________为主要原料，经混
合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的___________________________而制得的，玻璃可用于生产建筑
材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维，用于高强度复合材料等。
（3）水泥：普通硅酸盐水泥的主要原料是__________________，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥
回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通
水泥。_________是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
3.传统无机非金属材料比较
水泥 玻璃 陶瓷
主要原料 黏土、石灰石、石膏 石灰石、石英砂、纯碱 黏土
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
复杂的物理、化学变 主要反应：NaCO＋SiO=====NaSiO＋ 复杂的物理、化
2 3 2 2 3
变化
化过程 CO↑、CaCO ＋SiO=====CaSiO ＋CO↑ 学变化过程
2 3 2 3 2
硅酸三钙(3CaO·SiO )
2
硅酸二钙(2CaO·SiO )
2
组成 硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 硅酸盐
铝酸三钙
3CaO·Al O)
2 3
在工农业、科
用途 重要的建筑材料 制化学实验用的玻璃仪器、窗玻璃等 技、生活、实验
室中使用广泛
知识点2 新型无机非金属材料
1.高纯度含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅，具有特殊的光学和电学性能。
2.新型陶瓷
（1）含义：新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多
新的特性和功能。
（2）新型陶瓷的种类与用途
材料类型 主要特性 示例 用途
高温结构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅与某些金属氧 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电
化物等烧结而成
极材料等
滤波器、扬声器、声纳探
压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐
伤器、点火器等
优异的光学性能，耐高温，绝 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟 高压钠灯、激光器、高温
透明陶瓷
缘性好 化钙 探测窗等
可用于电力、交通、医疗
超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零
等领域3.碳纳米材料
(1)含义：碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。
(2)类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
(3)用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
材料类型 性能 用途
比表面积大，高强度，优良的电学性
碳纳米管 生产复合材料、电池和传感器等
能
电阻率低，热导率高，具有很高的强 用于光电器件、超级电容器、电池
石墨烯
度 和复合材料等
考向1 考查传统无机非金属材料的分类和应用
例1．（2023·全国·高三专题练习）下列关于无机非金属材料的说法不正确的是
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
【变式训练】（2023·北京·高三专题练习）陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡——福建
德化县。德化陶瓷早在宋元时期就是“海上丝绸之路”的重要出口商品。下列说法不正确的是
A．陶瓷、玻璃和水泥均属于传统无机非金属材料
B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe O
2 3
C．高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能
D．陶瓷是以粘土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成
考向2 考查新型无机非金属材料的分类和应用
例2．（2023·辽宁葫芦岛·统考二模）近年来，我国科技迅猛发展，下列科技成果中蕴含的化学知识叙述不
正确的是
A．建造港珠澳大桥所采用的高强抗震螺纹钢属于合金
B．中国天眼FAST用到的SiC是新型无机非金属材料
C．华为麒麟芯片的主要成分是单质硅
D．飞船返回舱使用氮化硅耐高温结构材料，Si N 属于分子晶体
3 4
【变式训练】（2023·安徽芜湖·统考二模）化学与生活、科技、社会发展息息相关。下列说法正确的是A．“天宫”空间站使用聚乳酸材料餐具，聚乳酸是化合物
B．富勒烯与石墨烯用途广泛，它们都属于新型无机非金属材料
C．冬奥场馆建筑使用碲化镉发电玻璃，碲和镉均属于主族元素
D．中国承建的卡塔尔首座光伏电站中的光伏材料为高纯度二氧化硅
1．（2023·山东·统考高考真题）下列之物具有典型的齐鲁文化特色，据其主要化学成分不能与其他三种归
为一类的是
A．泰山墨玉 B．龙山黑陶 C．齐国刀币 D．淄博琉璃
2．（2023·浙江·高考真题）下列物质中属于耐高温酸性氧化物的是
A． B． C． D．
3．（2023·湖北·统考高考真题）工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂 粗硅 高纯硅
下列说法错误的是
A．制备粗硅的反应方程式为
B．1molSi含Si-Si键的数目约为
C．原料气HCl和 应充分去除水和氧气
D．生成 的反应为熵减过程
4．（2023·浙江·统考高考真题）材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列材料主要成分属于有机物的
是
A．石墨烯 B．不锈钢 C．石英光导纤维 D．聚酯纤维
