大单元三 第二单元 非金属及其化合物
第8 讲 碳、硅和无机非金属材料
【高考考向预测】
碳、硅及其化合物与无机非金属材料，重点考查碳、硅单质及氧化物、硅酸、硅酸盐的
结构与性质，二者性质异同、转化关系、反应方程式书写，同时梳理传统硅酸盐材料（陶瓷、
玻璃、水泥）和新型无机非金属材料的成分、用途与特性，常结合物质推断、化工流程、实
验探究综合命题；近三年在选择题、化工大题中考查频次较高，考频稳定；2027 年将侧重以
光伏材料、光导纤维、新型陶瓷等为情境，强化硅及其化合物的工业制备、性质对比、除杂
提纯，以及材料用途与性质的对应分析。
【双基自测●明考向】
1．（25-26 高三·全国·一轮复习）制造月球探测器中的瞄准镜时使用的光导纤维，其主要成分
是二氧化硅。（ ）
2．（25-26 高三·全国·一轮复习）单晶硅熔点高，可用于制造芯片。（ ）
3．（26-27 高三·全国·一轮复习）硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化
剂。（ ）
4．（26-27 高三·全国·一轮复习）反应①Na2SiO3+ H2O+CO2= Na2CO3+ H2SiO3↓，反应②
Na2CO3+SiO2
高温
¿ Na2SiO3+CO2↑
¿
，两反应是相互矛盾的，不可能都发生。（ ）
5．（26-27 高三·全国·一轮复习）氮化硅陶瓷、光导纤维、硅酸盐水泥均属于新型无机非金属
材料。（ ）
6．（26-27 高三·全国·一轮复习）向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证
明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强。（ ）
7．（26-27 高三·全国·一轮复习）航天通讯用到的光导纤维主要成分是单质硅。（ ）
8．（26-27 高三·全国·一轮复习）SiO2是酸性氧化物，与任何酸都不能发生反应。
（ ）
9．（26-27 高三·全国·一轮复习）利用石英坩埚可熔融NaOH 固体。（ ）
10．（26-27 高三·全国·一轮复习）Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化。（ ）
【核心梳理●明考点】
考点一 碳、硅及其化合物
(一)碳及其氧化物
1.碳族元素
(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA 族元素,又称碳族元素,其价层电子排布式为n s 2 n p 2 。
(2)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯,它们互为同素异形体。
2.金刚石、石墨、C60的物理性质
金刚石
石墨
C60
晶体类型
共价晶体
混合型晶体
分子晶体
物理性质
熔点高,硬度大,不导电
熔点高,硬度小,能导电
熔点低,不导电
主要用途
钻石制作,切割工具,钻
探机的钻头等
做电极、润滑剂、铅笔芯
广泛应用于超
导、医学领域
3.CO2在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源:大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应:
①溶于江水、海水中:CO2+H2O
H2CO3;
②光合作用将CO2转化为O2;
③岩石的风化:CaCO3+H2O+CO2===Ca(HCO3)2。
(二)硅及其化合物
1.硅单质
2.二氧化硅
(1)存在:普通的沙(细小的石英晶体);水晶(纯石英,无色透明晶体)。
(2)物理性质:难溶于水,熔点高、硬度大。
(3)化学性质
(4)用途:光导纤维、光学仪器、电子部件。
【考点突破●明方向】
1.下列有关碳及其化合物的说法正确的是( )
A.CO2不是导致温室效应的主要气体
B.CO 和CO2组成元素相同,所以他们的化学性质相同
C.金刚石、石墨是碳的单质,而C60是碳的化合物
D.在高温条件下,碳能使CO2转变成CO
2.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:2C+SiO2
2CO↑+Si,Si 被还原,所以C 的还原性大于Si
B.Na2SiO3属于盐,不属于碱,所以Na2SiO3溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中
C.用SiO2制取硅酸,应先使SiO2与NaOH 溶液反应,然后通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2
CO2↑+Na2SiO3可知,H2SiO3的酸性大于H2CO3
3.工业上提纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如图:
(1)请写出反应Ⅱ、Ⅲ的化学方程式:Ⅱ
、
Ⅲ 。
(2)在流化床反应的产物中,SiHCl3大约占85%,所含有的其他物质的沸点数据如下表:
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
沸点/℃
2 355
57.6
31.8
8.2
物质
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
-30.4
-84.9
-111.9
①提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。
②沉降是为了除去 ;在空气中冷凝所得液体主要含有 。
(3)SiHCl3 极易水解, 生成原硅酸(H4SiO4) 和两种气体, 其反应方程式为
。
(4)整个制备流程都需隔绝空气,原因是
(答出两条即可)。
考点二 无机非金属材料
1.传统无机非金属材料——常见硅酸盐材料
硅酸盐材料
水泥
普通玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑。
2.新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷,如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。
(2)碳纳米材料
①类型:富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②用途:在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
(3)特殊功能的含硅材料
①碳化硅为共价晶体,具有类似金刚石的结构,可用作磨料。
②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
【考点突破●明方向】
1.陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说
法错误的是( )
A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁
B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成
C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐
D.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
2.信息、材料、能源被称为新科技革命的“三大支柱”。下列有关资讯错误的是( )
A.在即将到来的新能源时代,核能、太阳能、氢能将成为主要能源
B.中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术,能较大程度地降低能耗,节约能源
C.光导纤维在信息产业中应用广泛,制造光导纤维的主要材料是单质硅
D.结构陶瓷碳化硼(B4C3)常用于制造切削工具,它是一种新型无机非金属材料
3.白炭黑(可用SiO2·nH2O 表示其组成)可广泛应用于日用化工、橡胶制品、电子工业等许多领
域。以硅酸钠和二氧化碳为原料制备白炭黑的工艺流程如下:
下列说法错误的是( )
A.硅酸钠水溶液必须用带玻璃塞的试剂瓶盛装
B.沉淀反应的离子方程式为SiO3
2−+ H 2O+CO2=== H 2SiO3↓+C O3
2−
C.蒸发“滤液”所得晶体中含有离子键和极性共价键
D.用稀酸洗涤沉淀的目的是除去沉淀表面的CO3
2−
4.氮化硅常用于制造耐高温管、切削工具。某小组以石英砂为原料制备氮化硅的微型流程如
图1 所示:
下列叙述正确的是( )
A.反应①的氧化产物为CO2
B.粗硅中可能含有金刚砂
C.反应③中的NH3可通过加热NH4Cl 制备
D.反应③的尾气可用图2 所示装置吸收
【限时训练】
（60 分钟）
一、单选题
1．（2025·湖北·高考真题）下列描述不能正确地反映事实的是
A．室温下SiO2与碳不发生反应，高温下可生成Si和CO
B．室温下苯与溴不发生反应，温度升高生成大量溴苯
C．通常含硒的化合物有毒性，但微量硒元素有益健康
D．某些镇痛类生物碱可用于医疗，但滥用会危害健康
2．（2025·云南·高考真题）稻壳制备纳米Si 的流程图如下。下列说法错误的是
A．SiO2可与NaOH 溶液反应
B．盐酸在该工艺中体现了还原性
C．高纯Si 可用于制造硅太阳能电池
D．制备纳米Si：SiO2+2Mg
650℃
¿Si+2MgO
¿
3．（2026·河南信阳·模拟预测）中华优秀传统文化源远流长，传统手工艺更是凝聚着先人的
智慧。下列非物质文化遗产的主要制作材料所属类别与其他三项不同的是
A．南京云锦
B．安徽宣纸
C．景德镇青花瓷
D．苏州刺绣
4．（2026·广东广州·三模）下列选项所涉及材料的主要成分不属于硅酸盐的是
A．“聚清园”状元桥
B．“最美阅读空间”图书馆玻璃
幕墙
C．“思维的旋律"不锈钢雕
塑
D．“智慧之光”红陶浮雕
A．A
B．B
C．C
D．D
5．（2026·山东日照·模拟预测）硅元素的价—类二维图如图所示。设N A表示阿伏加德罗常数
的值，下列说法错误的是
A．1 mol a的晶体含有2 N A个Si—Si 键
B．d 的酸性比碳酸弱
C．若e 为硅酸钠，其溶液可制作耐火材料
D．b 和焦炭、氯气反应可制备四氯化硅，其化学方程式为SiO2+C+2Cl2
Δ
¿ SiCl4+CO2
¿
6．（2026·江苏南京·二模）北京大学科研团队利用石墨烯研制出全球首个高效气体分子二极
管。石墨烯属于
A．无机非金属材料
B．金属材料
C．有机高分子材料D．复合材
料
7．（2026·黑龙江哈尔滨·一模）最近，某科研团队首次合成由10 个碳原子组成的环型纯碳分
子材料，其合成方法如图所示。下列说法正确的是
A．环型C10中碳原子采用sp
2杂化
B．环型C10的熔点高于C10Cl8的熔点
C．原料可以由苯的同系物与氯气在光照条件下取代得到
D．环型C10与石墨烯互为同素异形体
8．（25-26 高三上·河南·期中）我国化学家利用全氯代萘和全氯代蒽首次分别合成得到环形碳
C10和C14，其过程如图所示：
其中C10的电子显微镜照片图：
下列说法正确的是
A．全氯代蒽的分子式为C12Cl10
B．C10分散到CCl4中可以形成胶体
C．环形碳C10和C14是碳元素的两种同位素
D．由全氯代萘得到C10的过程存在电子转移
9．（2026·辽宁·模拟预测）普通石英砂含有少量CaCO3、Al2O3、Fe2O3杂质，工业上以普通石
英砂为原料制备高纯硅的工艺流程如下：
合成SiHCl3：300℃、0.1 MPa 发生反应有Si+3 HCl=SiHCl3+ H2、Si+ 4 HCl=SiCl4+2H2
下列叙述错误的是
A．“提纯石英砂”所用X 溶液可以选硫酸
B．“制取粗硅”的化学方程式为SiO2+2C
高温
¿Si+2CO↑
¿
C．“合成SiHCl”的反应中体现了HCl 的氧化性
D．上述流程中HCl 和H2均可循环利用
10．（2026·河北保定·三模）下列工业生产在给定条件下不能实现的是
A．冶炼铝：铝土矿
→
过滤
NaOH 溶液
Na[Al(OH)4)溶液→
过滤
CO2
Al(OH)3 →
煅烧
Al2O3 →
冰晶石
电解
Al
B．海水提溴：海水→
Cl2
→
空气吹出
Br2
→
❑
H2O、SO2
HBr→
Cl2
→
蒸馏
Br2
C．制取漂白粉：海水
→
蒸发结晶
NaCl →
电解
Cl2
→
澄清石灰水
漂白粉
D．制取高纯硅：SiO2 →
高温
C
Si(粗) →
300℃
HCl
SiHCl3 →
1100℃
H2
Si(纯)
11．（2026·陕西西安·模拟预测）芯片是人工智能的核心，其主要制作材料是硅。工业上用石
英砂(主要成分是SiO2)为原料制取高纯度的硅，其生产流程如下图所示：
下列说法正确的是
A．高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO2是制造太阳能电池的基本原料
B．反应③中，H2是还原剂，SiHCl3是氧化剂
C．步骤①中X 是CO2
D．SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl 和氢气：SiHCl3+3 H2O= H2SiO3↓+3 HCl+ H2
二、解答题
12．（2025·全国卷·高考真题）我国的蛇纹石资源十分丰富，它的主要成分是Mg3Si2O5(OH)4，
伴生有少量Ni、Fe、Al等元素。利用蛇纹石转化与绿矾分解的耦合回收NiO并矿化固定二氧
化碳的实验流程如图所示。
已知：
Al(OH)3
Fe(OH)3
Mg(OH)2
Ni(OH)2
Ksp
1.3×10
-33
2.8×10
-39
5.6×10
-12
5.5×10
-16
回答下列问题：
(1)绿矾(FeSO4⋅7H2O)在高温下分解，得到红棕色固体和气体产物，反应的化学方程式为
_______。
(2)经“焙烧①”“水浸”，过滤分离后，滤液中金属离子的浓度(mol⋅L
-1)分别为：Ni
2+0.005、
Fe
3+0.150、Mg
2+0.430、Al
3+0.010。滤渣①的主要成分是_______、_______。
(3)加入NaOH “调pH=6”，过滤后，滤渣②是_______、_______，滤液中Al
3+的浓度为
_______mol⋅L
-1。
(4)“焙烧②”后得到NiO。NiO晶胞如图所示，晶胞中含有Ni
2+的个数为_______。
(5)调节“沉镍”后的溶液为碱性，“矿化”反应的离子方程式为_______。
(6)1.0kg蛇纹石“矿化”固定CO2，得到0.466kg Mg5(CO3)4(OH)2⋅4H2O，相当于固定CO2
_______L(标准状况)。
13．（2026·天津·一模）锶(Sr)位于元素周期表第五周期ⅡA 族。一种利用含锶废渣(主要含有
SrCl2SrSO4、SrCO3、SiO2、MgCO3 等)制备SrCl2·6H2O 和SrO2·8H2O 的流程如下。
已知：Ksp(SrSO4)=10-6.46；Ksp(BaSO4)=10-9.97；
(1)“浸出渣”中主要含有_______(填化学式)。
(2)①由SrCl2溶液制备SrO2·8H2O 的离子方程式为_______。
②制备SrO2·8H2O 时，测得相同时间内H2O2的利用率随其质量分数的变化关系如图所示。H2O2
利用率随质量分数变化的原因是_______。
(3)测定SrCl2·6H2O 纯度。将除去BaCl2的SrCl2溶液加热蒸发，冷却结晶，可得SrCl2·6H2O 晶体。
称量1.500g 该晶体加水溶解(溶液中除Cl-外，无其它离子与Ag+反应)，配成100mL 溶液。取
25.00mL 溶液于锥形瓶中，滴入几滴K2CrO4溶液，用0.1000mol·L-1 AgNO3标准溶液滴定，重
复实验三次，平均消耗20.00mL AgNO3溶液。
[已知：Ag2CrO4为砖红色沉淀，M(SrCl2·6H2O)=267g·mol-1]
①滴定到达终点的标志为_______。
②产品中SrCl2·6H2O 的质量分数为_______。
③以下操作会导致测定结果偏小的是_______。
a．滴定终点时俯视读数
b．盛装硝酸银溶液的滴定管未润洗
c．加入较多的K2CrO4溶液
(4)由SrCl2·6H2O 制备无水SrCl2的最优方法是_______(填字母)。
a．常温加压 b．加热脱水 c．在HCl 气流中加热
(5)“酸浸”时能否改用稀硫酸，其原因_______。
14．（2025·湖南·二模）二氧化铈(CeO2)是一种应用非常广泛的稀土氧化物。现以氟碳铈矿(含
CeFCO3、BaO、SiO2等)为原料制备氧化铈，其工艺流程如图所示：
已知：①稀土离子易与SO4
2−形成复盐沉淀，Ce
3+和SO4
2−发生反应：
Ce2(SO4)3+ Na2SO4+nH2O =Ce2(SO4)3⋅Na2SO4⋅nH2O↓；
②硫脲(
)具有还原性，酸性条件下易被氧化为
(SCN2H3)2
′
；
③Ce
3+在空气中易被氧化为Ce
4 +，两者均能形成氢氧化物沉淀；
④Ce2(CO3)3为白色粉末，难溶于水。
回答下列问题：
(1)铈属于镧系元素，其在周期表中的位置为___________。
(2)滤渣A 的主要成分是___________(写化学式)。
(3)硫脲中碳的化合价为___________，加入硫脲的目的是将CeF2
2+还原为Ce
3+，该反应的离子方
程式为___________。
(4)步骤④对应的离子方程式为___________。
(5)常温下，K a2(H2CO3)=5.0×10
−11, K sp[Ce2(CO3)3)=1.0×10
−28。Ce
3+恰好沉淀完全时
c(Ce
3+)=1.0×10
−5 mol⋅L
−1，此时测得溶液的pH =5，则溶液中c(HCO3
−)=___________mol⋅L
−1。
(6)二氧化铈(CeO2)可作脱硝催化剂，其理想晶胞如图所示。CeO2催化脱硝时，能在Ce
4+和Ce
3+
之间改变氧化状态，将NO 氧化为NO2，并引起氧空位的形成，得到新的铈氧化物(Ce8O15)。
Ce8O15
中
Ce
4 +
和
Ce
3+
的个数比为___________。每氧化标准状况下
11.2L NO，则生成Ce8O15的物质的量为___________。
15．（2025·河北邯郸·模拟预测）ZrOx常用于制造陶瓷、传感器、燃料电池等。以天然矿石锆
英砂(主要成分为ZrSiO4，还含Fe2O3、CuO、Al2O3等少量杂质)为原料生产ZrOx的工艺流程如
图所示。
已知：常温下，K sp[Zr(OH)4)=1×10
−49，K sp[Al(OH)3)=1×10
−33。金属离子完全沉淀的标准：
c(M
n+)≤1.0×10
−5 mol⋅L
−1。
回答下列问题：
(1)锆和钛位于同族，锆位于元素周期表第五周期_______族。
(2)滤渣1 主要成分是_______(填化学式)；滤渣2 主要成分是_______(写化学式)。
(3)“碱浸”中ZrSiO4转化成Na2ZrO3，该反应的离子方程式为_______。
(4)已知：“除杂”的滤液中c(Zr
4+)=0.1mol⋅L
−1，c(Al
3+)=0.001mol⋅L
−1。“调pH”范围为
_______。若用NaOH 调pH，则将滤液蒸干、灼烧得到的固体是_______(填化学式)。
(5)称取3.90g Zr(OH)4⋅n H2O置于坩埚中充分灼烧至恒重，测得固体ZrOx的质量为2.46 g，ZrOx
的晶胞如图所示。x 为_______，n=_______；若坩埚不干燥，测得结果_______(填“偏高”
“偏低”或“无影响”)。
