碳及其化合物 无机非金属材料-2025年高考化学一轮复习

考向13碳及其化合物无机非金

属材料

[2022浙江卷1月】关于反应4CO2+SiH44CO+2H2O+SiO2,下列说法正确的是

A.CO是氧化产物B.SiH4发生还原反应

C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：4D.生成ImolSiCh时，转移8moi电子

【答案】D

【详解】

A.根据反应方程式，碳元素的化合价由+4价降为+2价，故CO为还原产物，A错误；

B.硅元素化合价由-4价升为+4价，故SiH4发生氧化反应，B错误；

C.反应中氧化剂为二氧化碳，还原剂为SiH4,,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为4:1,

C错误；

D.根据反应方程式可知，Si元素的化合价由-4价升高至+4价，因此生成ImolSiCh时，转

移8moi电子，D正确；

氢化物单质氧化物酸碱盐物质类别

化合价

(4)

-4SiO2—►SiF4H4SiO4*—Na2SiOjCaSiO,

(D/1t

0Si⑸

单质氧化物氟化物酸盐物质类别

知识点一碳、硅单质及其氧化物

1.碳、硅的存在形态、物理性质和用途

碳硅

存在形态游离态和化合态化合态

金刚石：正四面体空间网状结构

单质结构石墨：层状结构晶体硅：正四面体空间网状结构

C60：足球形分子

金刚石：熔点高、硬度大晶体硅：灰黑色固体，有金属光泽、熔

物理性质

石墨：硬度小、电的良导体点高、硬度大，有脆性

金刚石用于制造切割刀具:石墨用于制

用途半导体材料和合金材料

造电极、铅笔芯

［名师点拨］（1）碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似。

（2）同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应。

2.碳、硅单质的化学性质

（1）碳单质的化学性质—还原性

①能与02反应（用化学方程式表示）

。2不足：2C+C）2=^^2cO；

。2充足：C+C）2^^82。

②能与其他物质的反应（用化学方程式表示）

a.能与CuO反应：C+2CuO^=2Cu+C02T（可用于金属的冶炼）:

b.能与CO2反应：C+CO2^^2cO；

c.能与水蒸气反应：C+H2O(g)^^CO+H2(制水煤气);

d.能与浓硫酸反应：C+2HzSOK浓)CO2T+2S(M+2H2。。

(2)硅单质的化学性质一还原性

①能与。2反应：Si+O2^^SiO2；

②能与氢氟酸反应(用化学方程式表示，下同)：Si+4HF=SiF4t+2H2丁；

③能与NaOH溶液反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiC)3+2H2T。

3.硅的制备

(1)原料：二氧化硅、焦炭。

(2)原理：SiC)2+2C^^Si(粗)+2COT。

(3)提纯：Si(粗)+2Cb=^SiCL,SiCL+2H2^^^Si(纯)+4HCl。

4.碳和硅的氧化物

(1)一氧化碳：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

二氧化硅二氧化碳

类别均为酸性辜；化物

直线形结构，存在单个C02

结构由氧、硅原子构成空间网状结构

分子

硬度大，熔、沸点高，常温下为固熔、沸点低，常温下为气体，

物理性质

体，不溶于水微溶于水

与水反应不反应CO2+H2OH2co3

只与氢氟酸反应：

化与酸反应不反应

。

学SiO2+4HF=SiF4T+2H2

少量：

性CC)2CO2+

能与碱

SiO2+2NaOH=Na2SiC)3+H2CK盛2NaOH=Na2CC>3十40；

质(NaOH)

碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2过量：82+

反应

NaOH=NaHCO3

如与Na2SiC)3反应：NazSiCh

+用0+82(不

能与盐如与Na2c。3反应：SiC>2+

足)=H2SiC)31+Na2co3或

反应Na2co3^^NazSiCb+CO2T

Na2SiO3+2H2O+2CO2(足

量):H2SiO31+2NaHCO3

能与碱

如与CaO反应：SiCh+CaO^^如与Na?O反应：Na2(D+

性氧化

COz=Na2cO3

物反应CaSQ

用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐

［名师点拨］(1)CO2与水反应生成碳酸，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与水反应制备

硅酸。

(2)SiO2既能与HF反应，又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物。

知识点二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料

1.硅酸

⑴弱酸性：ESQ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，化学方程式为HzSiCb+2NaOH-Na2SiC)3+2H。

(2)不稳定性：HzSiCh不稳定，受热易分解，化学方程式为H2SiO?=2=SiCh+HzO。

(3)硅酸的制备及硅胶

①制备原理:可溶性硅酸盐(如NazSiCh)与较强的酸(如盐酸)反应,化学方程式为Na?SiC)3

+2HC=H2SiO31+2NaCl。

②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)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。

(2)硅酸盐组成的表示方法

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：

①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物一较活泼金属氧化物一二氧化硅一水，不同氧化

物间以“•”隔开。

②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。

如硅酸钠(NazSiCh)可表示为NazOSiCh,长石(KAlSisOs)可表示为KzOAhChfSiCh。

(3)硅酸钠

①物理性质：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。

②化学性质：能与酸性较硅酸强的酸反应

a.与盐酸反应的化学方程式：

Na?SiC)3+2HCl=2NaCl+晔狈«

b.与少量CO2水溶液反应的化学方程式：

NazSiCh+H2O+CC)2=Na2CC)3+H2siCh1。

③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）

水泥玻璃陶瓷

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：

Na2cCh+OC）2^^NaoSiCh+CChT；CaCCh+SiO2^^^CaSiCh+CChf。

（2）新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。

［名师点拨］（1）玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻

璃瓶而用塑料瓶。

（2）NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞而使用橡胶塞。

i.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）

A.C02溶于水形成碳酸，SiCh难溶于水

B.CCh通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀

C.高温下SiCh与碳酸盐反应生成CCh

D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，其气体通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉

淀

2.下列关于SiCh和CO?的叙述不正确的是（）

A.都是共价化合物

B.都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应

C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸

D.SiCh可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨

3.由二氧化硅制高纯硅的流程如图，下列判断中错误的是（）

A.①②③均属于氧化还原反应

B.氢气和氯化氢均可循环利用

C.二氧化硅是一种坚硬难熔的固体

D.三氯甲硅烷（SiHCb）摩尔质量为135.5g

4.《青花瓷》中所描述的“瓶身描述的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图

案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，

如蓝紫色的硅酸铜领（BaCuSizOx,铜为+2价），下列有关硅酸铜领的说法不正确的是（）

A.可用氧化物形式表示为BaOCuOZSiCh

B.易溶解于强酸和强碱

C.性质稳定，不易脱色

D.x—6

5.工业上利用无机矿物资源生产部分材料的流程示意图如下。下列说法正确的是（）

一铝土矿-一除杂一-AI2O3TAI

矿

纯碱、石英

一石灰石」•玻璃

高温

物

cCl2H

一石英»,»Si(*fl)*SiC142*Si

局温△△

资

Cui言Cu（粗）理

Cu(精)

（）,）

源一黄铜矿荔

Fe（）+S（）2+废渣

（注:铝土矿中含有AbCh、SiO2>Fe2O3）

A.在铝土矿制备较高纯度Al的过程中只用到NaOH溶液、CCh气体

B.石灰石、纯碱、石英、玻璃都属于盐，都能与盐酸反应

C.在制粗硅时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2

D.黄铜矿（CuFeSz）与反应产生的CU2S、SO2均只是还原产物

1.（2022•河南焦作・一模）2020年12月17日，嫦娥五号带回了近2公斤的月壤样品。将

月壤进行20倍放大后能明显看到褐色的玻璃状物质。下列有关玻璃的说法中正确的是

A.普通玻璃的原料是烧碱、石英、石灰石

B.普通玻璃和石英玻璃都属于硅酸盐产品

iWi温

C.制备普通玻璃时的反应有Na2co3+SiO2^CO2T+Na2SiO3

D.普通玻璃用于镶嵌建筑物的门窗、墙面，但其不具有保温和防辐射等特征

2.（2022.江西・模拟预测）我国有着五千年文明历史，下列有关说法正确的是

A.《本草图经》有“白矶多入药用”，其白矶是[KA1（SO4）2」2H2O],具有杀菌、消毒之功效

B.诗句“月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠”。其中不包含有化学变化过程

C.“凡石灰，经火焚炼为用……火力用后，烧酥石性，置于风中，久自吹成粉”中的“粉”为

CaO

D.古代烧制的“明如镜，声如磬”的瓷器，其主要成分为硅酸盐

3.（2022.湖北.天门市教育科学研究院模拟预测）如图是某元素常见物质的“价一类”二维图,

f为钠盐。下列说法不正确的是

化合价

氢

单

氧

质

化酸盐物质类别

化

物

物

A.物质a既可被氧化，也可被还原

B.可存在a-b—drerf的转化关系

C.可通过灼热的氧化铜除去d中混有的少量c

D.向足量f溶液中加入少量稀盐酸，一定没有CO2产生

4.灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2,为了检验产物中的H2和CO（设

气体均被充分吸收），设计如下实验装置，下列有关说法错误的是（）

A.为了实验安全，应先点燃①处酒精灯，后点燃④处酒精灯

B.②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水

C.④中黑色固体变红色，即可证明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种

D.若用碱石灰替换无水硫酸铜，也可以达到检验H2和C。的目的

高温

5.（2022•江苏苏州.模拟预测）工业可通过AI2O3+N2+3C_2A1N+3co制得高温陶瓷材

料A1N。下列说法正确的是

A.传统陶瓷主要成分是硅酸盐B.A1N是分子晶体

C.N2发生氧化反应D.反应为复分解反应

1.（2022・辽宁・高考真题）北京冬奥会备受世界瞩目。下列说法错误的是

A.冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料

B.火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料

C.冬奥会“同心”金属奖牌属于合金材料

D.短道速滑服使用的超高分子量聚乙烯属于有机高分子材料

2.（2022.河北•高考真题）定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正

确的是

A.传统陶瓷是典型的绝缘材料B.陶瓷主要成分为SiO?和MgO

C.陶瓷烧制的过程为物理变化D.白瓷的白色是因铁含量较高

3.（2022・广东•高考真题）陈述I和II均正确但不具有因果关系的是

选项陈述I陈述II

A用焦炭和石英砂制取粗硅Si02可制作光导纤维

B利用海水制取澳和镁单质可被氧化，Mg?*可被还原

C石油裂解气能使澳的CCL溶液褪色石油裂解可得到乙烯等不饱和燃

DFeCl37K解可生成re。力胶体FeCL可用作净水剂

4.（2019•浙江高考真题）下列说法不正颂的是

A.液氯可以储存在钢瓶中

B.天然气的主要成分是甲烷的水合物

C.天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅

D.硫元素在自然界的存在形式有硫单质、硫化物和硫酸盐等

5.（2020•浙江高考真题）CasSiOs是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正

颂的是（）

A.可发生反应：Ca3SiO5+4NH4C1—CaSiO3+2CaCl2+4NH3T+2H2O

B.具有吸水性，需要密封保存

C.能与SO2，反应生成新盐

D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO?

基础练

1.【答案】B

【解析】酸性强弱与水溶性没有关系，则无法据此比较酸性强弱，故A错误；CO?通入可

溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀，反应方程式是Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO31，反

应原理是强酸制弱酸，说明碳酸比硅酸酸性强，故B正确；比较强酸制取弱酸是在溶液中

进行的反应，则在高温下固体之间的反应不能比较酸性强弱，故C错误；HC1通入可溶性

碳酸盐溶液中放出气体，其气体通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀，根据强酸制弱酸，只能

说明盐酸的酸性比碳酸强，可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀，可能为盐酸与硅酸盐的反应，无

法确定碳酸与硅酸酸性的强弱，故D错误。

2.【答案】C

【解析】SiO2和C02都是共价化合物，A正确；都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应产

生盐和水，B正确；SiCh不能溶于水且不能与水反应生成相应的酸，C错误；光在SiCh中

可以全反射，因此SiCh可用于制光导纤维，固态CO2容易升华，升华时吸收大量的热，因

此干冰可用于人工降雨，D正确。

3.【答案】D

【解析】①②③反应前后元素化合价发生改变，故①②③发生的反应均是氧化还原反应,

A正确；由二氧化硅制高纯硅的流程图中反应过程中生成氢气和氯化氢，同时氯化氢和氢气

也作为反应物参与化学反应，故氢气和氯化氢均可循环利用，B正确；二氧化硅熔点比较高,

硬度比较大，C正确；三氯甲硅烷(SiHCb)摩尔质量为135.5g・moPi,D错误。

4.【答案】B

【解析】硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、

二氧化硅、水，所以硅酸铜钢用氧化物形式表示BaOCuOZSiCh，故A正确；硅酸铜钢能

稳定存在，说明不易溶解于强酸和强碱，故B错误；青花瓷能长期不褪色，说明硅酸铜钢

性质稳定不易脱色，故C正确；硅酸铜领中Ba为+2价、Cu为+2价、Si为+4价、O为

—2价，根据化合价代数和等于0,可知x=6,故D正确。

5.【答案】C

【解析】由铝土矿制备较高纯度A1,可用氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠溶液，过滤

后通入CO2气体生成氢氧化铝，氢氧化铝分解生成氧化铝，电解氧化铝可生成铝，电解时

为降低熔点，可加入冰晶石，A错误；石英主要成分为二氧化硅，不是盐，与盐酸不反应,

且玻璃也与盐酸不反应，B错误；粗硅的反应：SiO2+2C图遢Si+2C0t，反应中SiCh为

氧化剂，C为还原剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2,C正确；黄铜矿(CuFeS?)

与O2反应产生的C112S、SO2、FeO中CuO元素化合价降低，则C112S、FeO均是还原产物，

SO2既是还原产物又是氧化产物，D错误。

提升练

1.【答案】C

【详解】A.制造普通玻璃的主要原料是：纯碱、石灰石和石英，A项错误；

B.石英玻璃的主要成分是二氧化硅，B项错误；

高温

C.制造普通玻璃的主要原料是：纯碱、石灰石和石英，则反应有Na2c03+SiO2CO2f+

Na2SiO3,C项正确；

D.普通玻璃具有透光、隔热、隔声、耐磨、耐气候变化的性能，有的还有保温、吸热、防

辐射等特征，D项错误；

答案选C。

2.【答案】D

【详解】A.明矶只能作净水剂，不具有杀菌、消毒的作用，A项错误；

B.火是物质燃烧时所表现出来的发热、发光的现象，是包含了化学变化过程，B项错误；

C.CaC03煨烧后生成CaO,经久置于空气中最终变为CaC03,C项错误；

D.陶瓷为传统的硅酸盐材料，D项正确；

故答案选D。

3.【答案】D

【分析】结合图示可知，a为CH4、b为C、c为CO、d为C02、e为H2co3,f为CO行或

HCO3„

【详解】A.a为CH4,碳元素化合价可升高，氢元素化合价可降低，物质a既可被氧化，

也可被还原，故A正确；

B.可存在a-b-d-e-f的转化关系：甲烷高温分解生成碳，碳燃烧生成二氧化碳，二氧

化碳溶于水生成碳酸，与适量的碱生成盐，故B正确；

C.CO能被灼热的氧化铜氧化生成二氧化碳，可通过灼热的氧化铜除去d中混有的少量c,

故C正确；

D.f可能为正盐或酸式盐，向足量f溶液中加入少量稀盐酸，正盐转化成酸式盐，可能没

有C02产生，酸式盐和盐酸，一定有二氧化碳产生，故D错误；

故选D。

4.【答案】D

【解析】由图可知，①中C与水蒸气反应生成H2、CO和少量CO2,实验目的为检验产物

中的H2和CO,则②中NaOH溶液可除去CO2,③中浓硫酸干燥气体，④中H?和CO均还

原CuO,若无水硫酸铜变蓝，则检验出含有氢气，⑤中澄清石灰水变浑浊可检验出含有CO,

最后处理尾气。A项，H2、CO不纯时加热易发生爆炸，则为了实验安全性，应先点燃①处

酒精灯，排出装置中空气后点燃④处酒精灯，正确；B项，由上述分析可知，②、③、⑤中

依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水，正确；C项，丛和CO均还原CuO,当黑

色氧化铜变红色，只能说明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种，无法确定具体是哪

种气体，正确；D项，若用碱石灰替换无水硫酸铜，碱石灰可吸收水、二氧化碳，不能检验

氢气，故D错误。

5.【答案】A

【详解】A.玻璃、水泥和陶瓷均属于无机硅酸盐产品，则传统陶瓷主要成分是硅酸盐，A

正确；

B.A1N具有很高的熔点，故不是分子晶体，而是共价晶体（或者称为原子晶体），B错误；

IWJ温

C.A12O3+N2+3C2A1N+3co反应中N的化合价由0价降低到-3价，故N2发生还原反

应，C错误；

D.复分解反应是指两种化合物互相交换成分生成两种新的化合物的反应，故该反应不属于

复分解反应，属于氧化还原反应，D错误；

故答案为：Ao

真题练

1.【答案】B

【详解】A.花岗岩的主要成分是石英、云母、长石等矿物，属于无机非金属材料，A正确；

B.碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，属于无机非金属材料，B错误；

C.金属奖牌属于合金材料，C正确；

D.聚乙烯属于有机高分子材料，D正确；

故答案选B。

2.【答案】A

【详解】A.陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是