碳、硅及无机非金属材料（讲义）（学生版）-2025年高考化学一轮复习（新教材新高考）

第04讲碳、硅及无机非金属材料

目录

01考情透视•目标导航........................................................

02知识导图•思维引航........................................................

03考点突破•考法探究........................................................

考点一碳、硅及其化合物........................................................

知识点1碳及其重要化合物............................................................

知识点2硅及其重要化合物............................................................

考向1碳及其化合物的性质与应用......................................................

考向2二氧化碳的综合利用...........................................................

考向3硅及其化合物的性质与应用.....................................................

考向4硅的工业制法.................................................................

考点二硅酸盐、新型无机非金属材料.............................................

知识点1硅酸盐.....................................................................

知识点2传统无机非金属材料........................................................

知识点3新型无机非金属材料........................................................

考向1硅酸盐材料...................................................................

考向2新型无机非金属材料...........................................................

04真题练习•命题洞见........................................................

考点要求考题统计考情分析

2023浙江1月7题，2分；2022江苏卷7题，本讲知识的特点是繁杂，涉及的化学反应

3分；2022福建卷1题，4分；2021山东卷多，物质间的转化关系多样。注意Si、SiO2在

碳及其化合物1题，2分；2021湖北卷1题，3分；2021现代科技中的应用经常以选择题形式出现，随

全国乙卷1题，6分；2021海南卷1题，2着新能源、新材料、新工艺的发展应用，对碳

分硅及其化合物性质和应用的考查有逐渐增多的

2024浙江1月7题，3分；2023湖北卷3题，趋势，已成为高考考查的热点。预计高考命题

3分；2023辽宁卷3题，3分；202山东卷仍然会以生活、生产、实际应用为背景，突出

硅及其化合物18题，12分；2022广东卷3题，2分；2022C、Si及其重要化合物的性质及应用，题型延

江苏卷6题，3分；2022浙江1月10题，2续选择题、填空题、综合推断题及实验探究题

分；2021辽宁卷1题，3分的形式，结合能源、环保等，以新材料、新工

艺为载体，考查碳、硅及其化合物的晶体结构、

2023浙江6月1题，2分；2023湖南卷1题，

无机非金属材性质及应用，以检测考生理论联系实际、运用

3分；2022河北卷1题，3分；2022广东卷

料化学理论解决实际问题的能力和将化学成果应

3题，2分；2021重庆卷1题，3分

用于生产、生活的意识。

复习目标：

1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。

3.通过从材料组成和性质的角度对生活中常见的无机非金属材料进行分析，并能科学合理地使用。

匐2

〃上3闻星雒史能

「不溶于水

与辄气反应］

不粒定性，受热

与氨气反应一rS一基分解

与X反应JJ与&反应

4用硅胶作干燥剂或

半号体材外J途催化剂的我体

睢芯片［夕）

硅0「表示气化物的形式

硅太阳能电范」及

方法去示

酸

无

盐

机祥酸水溶液俗称水

〕

非

石英、水丛,玛理、存「的玻埼

沙子、碎石等一左、金0

属

材

与HF反应.-x版［阳庭一原料：黏土

料

用来刻曲玻瑞胃造事—原料：石凝石、

枇叼纯碱、石英

'通、O㈣

忐」5配一原料：站土、

反应I酸性烦*

-化而或石

与就性卜华fit

新

加化物物理「高温结构陶瓷

无

反应〉机

-压业陶瓷

非3

用途：光导

纤维的材料.属一光学材料

科匚半导体陶变

㈤3

考点一碳、硅及其氧化物

知识点1碳及其重要化合物

i.碳单质

（1）存在形式：有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为

（2）主要化学性质——还原性

点燃点燃

可燃性2C+C>2（不足）=^^2C0、C+C>2（足量）^^CO2

CuO：__________________________（冶炼金属）；

与氧化物反应SiO2：_______________________________（制取粗硅）；

H20：__________________________（制取水煤气）

浓H2s04：___________________________________________；

与强氧化性酸反应浓HN03：___________________________________________o

2.CO、CO2的性质对比

coC02

一无味气体,密度____无味气体，密度比空气大，可溶

物理性质

比空气小，难溶于水于水（溶解度小）

毒性有毒（易结合______）无毒（温室效应）

还原性可燃性，还原氧化铁无（灭火）

氧化性①与炽热炭反应，②Mg在CO2中燃烧

与水反应无CO2+H2O-----H2c。3

化学

与碱反应

性质

无____________=CaCO3；+H2O

（石灰水）

相互转化CO；-C'△〜co

①。2；②CuO

用途燃料、冶炼金属灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等

知识点2硅及其重要化合物

1.硅单质

|存在|--------自然界中硅元素仅有化合态

灰黑色固体，有金属光泽

物理|_P

性质―I_脆，熔点高,硬度太

与。2反应

Si4-O2^=SiO2

与F2反应△

化学------------------Si+2F2=SiF4

与氢氟酸反应

性质

Si+4HF^SiF4f+2H2f

与NaOH

溶液反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2t

①制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得

到含有少量杂质的粗硅:2C+SiC>2=^遑Si（粗）+28：

制备

方法

②粗硅提纯：Si（ft）+2Cl2=SiCl4,SiCl4+2H2^^

Si（纯）+4HC1

①良好的半导体材料;②太阳能电池；③计算

[W]—机芯片

2.二氧化硅

—,I-普通的沙（细小的石英晶体）

存在--

十JJ水晶（纯石英，无色透明晶体）

II——难溶于水，熔点高、硬度大

碱

SiO2+2NaOHNazS。+丛0

碱性高温

酸性SiO+CaO=^=CaSiO3

氧化物氧化物2

盐

SiO+NaCONaSiO+COf

化学223232

性质

笃维-SiO2+2CSi+2COf

溶于

SiO+4HF=SiF/+2HO

氢，二氟阶酸——-2-----------------!......-2

[W]—光导纤维、光学仪器、电子部件

3.硅酸

|溶解性|—瞳溶于水

|己工枇酸性比碳酸弱：

I弱中性I—Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3l4-Na2CO3

|不稳定性|—H2SiO3=SiO2+H2O

|牛益由可溶性硅酸盐（如NazSiOs）与盐酸等反应

I―斗鱼一I一制得：Na2SiO3+2HCl=H2SiO31+2NaCI

厂商「一硅胶可用作催化剂的载体和袋装食品、瓶

।用比L装药品等的干燥剂

【名师点晴】

熟记下列方程式:

声、'日

1.用SiC>2制取粗硅的反应：SiO2+2C=S^Si+2COt=

2.Si和NaOH溶液的反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2fo

3.SiCh和NaOH溶液的反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2Oo

4.SiCh和氢氟酸的反应：SiO2+4HF=SiF4T+2H2Oo

5.向NazSiCh溶液中通入少量CO2气体：Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3；o

考向1碳及其化合物的性质与应用

【例1】新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其

结构模型如图所示。

下列有关说法正确的是（）

A.石墨烯是一种新型化合物

B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物

C.二者和石墨都是碳的同素异形体

D.氧化石墨烯具有一定的亲水性

【变式训练】中国力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，关于碳及其化合物，下列说法

不正确的是（）

A.金刚石和石墨是碳的两种不同的单质，二者互称同素异形体

B.在lOOKPa时，Imol石墨转变为金刚石要吸收1.895kJ的热量，故金刚石比石墨稳定

C.考古时常用于测定文物年代的是碳元素的一种核素146c中，中子数为8

D.引起温室效应的气体之一CO2中含极性共价键

考向2二氧化碳的综合利用

【例2】利用N（C2H5）3捕获CO2并在纳米金催化剂作用下在较低温度下转化为甲酸，为实现“碳达峰、

碳中和”提供了新路径，转化过程如图所示，下列说法错误的是（）=

CO2(g)

IN(GHS)3

A.N（C2H5）3可与HC1反应生成盐

B.CO2加氢合成甲酸，符合绿色化学思想

C.ImolCO2完全转化为甲酸，转移电子数为4NA

D.纳米金催化剂降低了反应的活化能

【变式训练】科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法簿误的是（）。

分子机械技术

A.CO2是自然界碳循环中的重要物质

B.CO2加氢转化为乙烯，C02被还原

C.CO?电催化时，在阳极转化为燃料

D.CO2与环氧丙烷可合成可降解塑料

考向3硅及其化合物的性质与应用

【例3】(2024•河南省许昌市检测)二氧化硅又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，部分转化过程

如图所示。

回答下面问题：

(1)碳元素和硅元素都位于周期表的族，非金属性较强的是(填元素符号)。工业上制备粗

硅的反应：SiO?+2C高温Si+2c03该反应能否比较碳和硅元素的非金属性强弱(填“是”或“否”)。

(2)NaOH溶液需要盛放在有橡胶塞的试剂瓶中，原因_______(用化学方程式表示，下同)，利用HF溶

液可以在玻璃表面上写字作画，原因是0制玻璃的原材料是石英(SiO2)、纯碱(Na2co3)和大理石

(CaCO3),写出制玻璃时发生反应的化学方程式、oSiC是一种新型无机非金属材料，半导

体领域未来代替硅基芯片的一种新型原材料，SiC属于(填“离子”戒“共价”)化合物。

【变式训练】(2024♦•陕西省安康市高新中学质检)硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约

占地壳质量的90%以上。

(1)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是(填化学式，下同),光导纤维的主要成分是。

(2)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为o

(3)工业上可利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶，进一步脱水处理可得到硅胶，写出水玻璃和盐酸反

应的离子方程式：o

(4)高纯度单晶硅可以按下列方法制备：SiCh—dSi(粗)>SiiHCb1。。盟黑靛>列纯)。写出

步骤①的化学方程式：=该反应中C作齐此方程式能否说明非金属性：OSi0若要证明C

和Si的非金属性强弱，请设计实验并预测实验现象―。

考向4硅的工业制法

【例4】（2024•高一下•湖北省武汉市期中）工业制备高纯硅的主要过程如图所示:

石英砂一鲤粗硅UrSiHCh—高纯硅

1800-2000C300C1100C

已知石英晶体部分结构如图。

下列说法错误的是（）

A.制备粗硅的反应体现了C元素的非金属性比Si强

B.石英晶体中不存在SiO2分子

C.原料气HC1和H2应充分去除水和氧气

D.流程中HC1、H2可以循环使用

【变式训练】（2024•高一下•湖南省长沙市月考）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。

下列说法错误的是（）

A.Y、Z分别为H2、Cl2

B.制取粗硅的反应为：SiCh+C蜃疆Si（粗）+CO2T

C.制备高纯多晶硅的反应为：SiHCh+H?高温Si（纯1+3HC1

D.为防止SiHCb水解而损失及氢气燃炸，“还原”步骤在无水、无氧条件下进行

考点二硅酸盐、新型无机非金属材料

［知识固本

知识点1硅酸盐材料

1.硅酸盐是由、与其他化学元素结合而成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。

2.硅酸钠

(1)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称o有黏性，水溶液显性。

(2)与酸性比硅酸强的酸反应

a.与盐酸反应的化学方程式：o

b.与CO2水溶液反应的化学方程式：»

(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

3.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，长石(KAlSijOs)可表示为。

【名师提醒】

1.硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐硅酸钠，其水溶液称为泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。

2.H2c。3的酸性大于HzSiCh,所以有NazSiCh+CCh+HzO-HzSiChj+Na2co3,但高温下Na2cO3+

Si02叁里NazSiCh+CO2T也能发生，原因可以从两方面解释：①硅酸盐比碳酸盐稳定；②从化学平衡角度,

由高沸点难挥发固体SiO2制得低沸点易挥发的CO2o

知识点2传统无机非金属材料

1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

2.常见硅酸盐材料比较

物质水泥玻璃陶瓷

生产原料

主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑

百、日"ST、日

3.玻璃生产中的两个重要反应：Na2cCh+SiCh旦丝NazSiCh+CChT；CaCCh+SiCh昌丝CaSiCh+CChf。

知识点3新型无机非金属材料

材料类型主要特性示例用途

高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等

半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷集成电路中的半导体

光学材料具有光学特性光导纤维光缆、医疗、照明等

生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨骼、人造关节、接骨螺钉等

【易错提醒】

水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料；碳化硅、氮化硅等是新型无机非金属材料。

考向洞察J

考向1硅酸盐

【例1】（2024•江西省部分学校高三二轮复习联考验收）“挖掘文物价值，讲好中国故事”。下列文物中主

要成分属于硅酸盐的是（

【变式训练】“嫦娥五号”带回了月壤样品，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、石英砂、石灰石

B.普通玻璃和石英玻璃都属于硅酸盐产品

高温

C.制备普通玻璃时的反应之一为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

考向2新型无机非金属材料

[例2]（2024•天津河北市一模）氮化硅（SisN#因其在高温和高频条件下的优异性能，成为现代微电子领

域的重要材料。工业上用石英砂和原料气（含N2和少量02）制备SiN4的操作流程如下（己知：粗硅中含少量

Fe、Cu的单质及化合物；常温下Si3N4除与氢氟酸反应外不与其他酸反应），下列叙述不正确的是

焦炭稀酸丫

石英砂

A.“还原”时焦炭主要被氧化为CO2

B.“高温氮化”反应的化学方程式为：3Si+2N?高温SiaN4

C.“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉

D.“稀酸Y”可选用稀硝酸

【变式训练】（2024•河南省濮阳市第三次联考）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：

不焦炭广、ci2/…'、NH3

:石英砂:-------------X、粗硅七『siCl/iGSisN4；

\/11800~2000℃图温J加热

,…’①②③

图1图2

下列叙述正确的是（）

A.反应①的氧化产物为CO2B.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

1.（2024•浙江1月卷,7,3分）根据材料的组成和结构变化可推测其性能变化,下列推测不合理的是（）

材料组成和结构变化性能变化

A生铁减少含碳量延展性增强

B晶体硅用碳原子取代部分硅原子导电性增强

C纤维素接入带有强亲水基团的支链吸水能力提高

D顺丁橡胶硫疏化使其结构由线型转变为网状强度提高

2.（2023•辽宁省选择性考试，3）下列有关物质的工业制备反应错误的是（）

A.合成氨：N2+3H2^==^2NH3B.制HC1：H2+CI2应暨2HC1

C.制粗硅：SiO2+2C高温Si+2coD.冶炼镁：2MgO（熔融）里整Mg+O2T

3.（2022•江苏卷，6）周期表中IVA族元素及其化合物应用广泛，甲烷具有较大的燃烧热（890.3kJ-moE）,

是常见燃料；Si、Ge是重要的半导体材料，硅晶体表面SiO2能与氢氟酸（HF,弱酸）反应生成HzSiFe（IhSiFe

23

在水中完全电离为H+和SiF6-）;1885年德国化学家将硫化锚（GeS2）与压共热制得了门捷列夫预言的类硅一

楮；下列化学反应表示正确的是（）

+2

A.Si（h与HF溶液反应：SiO2+6HF=2H+SiF6+2H2O

B.温下H2还原GeSz：GeS2+2H2=Ge+2H2s

2

C.铅蓄电池放电时的正极反应：Pb+SO4-2e-=PbSO4

1

D.甲烷的燃烧：CH4（g）+2O2（g）==CO2（g）+2H2O（g）AH2=890.3kJmor

4.（2022•河北省选择性考试，1）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SiO2和MgO

C.陶瓷烧制的过程为物理变化