高考化学一轮复习第四章第四节碳硅及无机非金属材料课件

第四节碳硅及无机非金属材料课标要求核心素养1.能知道传统的无机非金属材料陶瓷、玻璃、水泥的制备原料、成分及其主要应用。2.能结合具体实例了解新型无机非金属材料的结构特点、性能及其主要应用。3.能了解制备高纯度硅的化学原理。4.能从材料组成的角度对生活中常见的材料进行分类，能根据使用需求选择适当的材料、解释使用注意事项，并能科学合理使用。1.宏观辨识与微观探析：通过对碳、硅结构的分析，体会运用原子结构微观解释化学现象、揭示现象的本质和规律的思维方法。2.科学态度与社会责任：通过学习硅元素单质及其化合物之间相互转化的现象和本质，解决实际问题，为人类生活提供服务，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。[目标导航][自主测评]1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于二氧化硅。()(2)水泥具有水硬性。()(3)制普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英。()(4)Si和SiO2

都可用于制造光导纤维。())(5)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4。((6)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。((7)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱，不溶于任何酸。())答案：(1)×

错因：唐三彩、秦兵马俑制品属于硅酸盐产品。(2)√(4)×(5)√(6)×(7)×(3)√错因：光导纤维的主要成分是SiO2。错因：常温下，硅可以与氢氟酸反应生成SiF4

和H2。错因：SiO2

可溶于氢氟酸。2.下列叙述正确的是()A.硅酸钠是硅酸盐，但不能溶于水B.电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐C.建筑工业常用水玻璃作黏合剂D.用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火答案：C3.碳纳米管是继足球烯(C60)以后发现的又一种碳单质，以下有)关碳纳米管与足球烯(C60)的说法错误的是( A.它们的物理性质有较大差异 B.在常温下它们的化学性质都稳定 C.它们是不同的碳单质 D.它们分别完全燃烧后生成物不同

答案：D材料普通硅酸盐水泥普通玻璃陶瓷生产原料________、黏土______、石灰石、_______________主要成分—Na2SiO3、CaSiO3和SiO2—考点一硅酸盐材料1.常见硅酸盐材料比较石灰石纯碱石英砂黏土2.玻璃生产中的两个重要反应：_________________________________________；_________________________________________。Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑

Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。3.硅酸盐的结构高高

在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示：

硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度______、熔点______、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。考点二新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅(1)硅的位置及存在ⅣA硅酸盐氧化物

硅位于元素周期表第三周期、第______族，处于金属与非金属过渡位置，是应用最为广泛的半导体材料。硅在自然界中主要以_________和____________(如水晶、玛瑙)的形式存在。自然界中不存在硅单质。(2)硅的性质和用途Si＋O2SiO2Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(3)二氧化硅的性质和用途SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O材料类别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通信、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2.其他新型无机非金属材料新型材料结构特点主要性能主要应用富勒烯碳原子构成的一系列笼形分子—工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等3.碳纳米材料新型材料结构特点主要性能主要应用碳纳米管石墨片层卷成的直径纳米级的管状物比表面积大，具有高的强度和优良的电学性能生产复合材料、电池和传感器等(续表)新型材料结构特点主要性能主要应用石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低、热导率高、具有很高的强度应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面(续表)考向1碳及其化合物的性质与应用1.(2023年佛山一模)碳酸盐约占海水盐分的0.34%，一种海水脱硫的新工艺如图所示。下列说法错误的是()A.SO2排入大气易引起酸雨B.海水吸收二氧化硫时可能有CO2

逸出C.处理后的海水pH增大D.海水脱硫工艺简单，投资及运行费用低解析：SO2排入大气易引起硫酸型酸雨，原理为SO2＋H2OH2SO3、2H2SO3＋O22H2SO4，A正确；由于SO2

溶于水后形成的H2SO3

的酸性强于H2CO3，海水中含有碳酸盐，故海水中吸收二氧化硫时可能有CO2逸出，B正确；天然海水中由于含有碳酸盐而呈碱性，处理后的海水中碳酸盐的量减少变成了硫酸盐，硫酸盐呈中性，故处理后海水的pH减小，C错误；海水脱硫是利用天然海水的碱度中和烟气中的酸性气体SO2，将大气中的SO2

转化为硫酸盐直接送入大海，该工艺简单，投资及运行费用低，D正确。答案：C2.草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10-2，K2＝5.4×10-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。回答下列问题：

(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是____________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有CO2。装置B的主要作用是______________________________________________________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。DEFGHI

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、____________________。装置H反应管中盛有的物质是CuO。 ②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是___________________________________________________。

解析：(1)乙二酸的分解产物中含有二氧化碳，装置C中产生气泡，澄清石灰水变浑浊；由于草酸受热易升华，在澄清石灰水中会生成白色沉淀草酸钙，故在检验CO2

之前必须将草酸蒸气除去，以免对二氧化碳的检验产生干扰，而装置B中的冰水冷凝即可除去草酸蒸气。(2)①检验CO可用灼热的氧化铜，由于草酸分解会生成二氧化碳，所以在CO还原氧化铜之前必须预先将草酸分解生成的二氧化碳除去。因此装置的连接顺序是：首先使B中逸出的气体通过浓氢氧化钠溶液将二氧化碳除去，并用澄清石灰水检验二氧化碳是否除尽；然后将气体进行干燥以免玻璃管H炸裂，再通入玻璃管H使CO还原氧化铜。检验生成的二氧化碳仍需使用澄清石灰水。最后，用排水法收集未反应完的CO，以免污染空气，故装置的连接顺序是F、D、G、H、D、I。②若分解产物中含有CO，则玻璃管中黑色的氧化铜变为红色，其后的澄清石灰水会变浑浊。答案：(1)有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊冷凝水蒸气、草酸等，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2

的检验 (2)①FDGHDI ②装置H中黑色粉末变为红色，其后的装置D中澄清石灰水变浑浊考向2硅及其化合物的性质与应用3.(2023年湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下：下列说法错误的是()A.制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑B.1molSi含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023C.原料气HCl和H2

应充分去除水和氧气D.生成SiHCl3

的反应为熵减过程解析：SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO，因此，制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，A正确；在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成立体空间网状结构，因此，平均每个Si形成2个共价键，1molSi含Si—Si键的数目约为2×6.02×1023，B错误；HCl易与水形成盐酸，在一定的条件下氧气可以将HCl氧化；H2

在高温下遇到氧气能发生反应生成水，且其易燃易爆，其与SiHCl3

在高温下反应生成硅和HCl，因此，原料气HCl和H2应充分去除水和氧气，C正确；Si＋3HClSiHCl3＋H2，该反应是气体分子数减少的反应，因此，生成SiHCl3

的反应为熵减过程，D正确。答案：B

4.(2023年邢台联考)高纯度晶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”。可以按下列方法制备：下列说法不正确的是()A.步骤①的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑

B.步骤①中每生成1molSi，转移4mol电子 C.高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料 D.SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3解析：二氧化硅高温下与C反应生成CO气体，即步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，A错误；步骤①中Si的化合价由＋4价降低到0价，故生成1molSi时转移电子为4mol，B正确；高纯硅是半导体，是制造集成电路、太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料，C正确；SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，两种液体可以通过蒸馏的方法分离，D正确。答案：A[归纳提升]制备高纯硅过程中的3个易错点

考向3无机非金属材料

5.(2023年湖南联考)科技发展改变生活，近几年我国人工智能、航空航天、量子通信、生命科学大放异彩。下列说法不正确的是()

A.“神舟”飞船航天员所使用的操纵杆采用碳纤维材料制作，碳纤维属于新型无机非金属材料 B.清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料与光导纤维的不同 C.“长征五号遥五”运载火箭中使用的氮化铝陶瓷属于新型硅酸盐材料 D.量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体

解析：碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维，碳纤维材料属于新型无机非金属材料，A正确；清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料是Si，光导纤维的主要材料为SiO2，B正确；氮化铝陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，属于新型无机非金属材料，但不是硅酸盐材料，C错误；量子通信材料螺旋碳纳米管为碳单质，石墨烯也为碳单质，两者是同种元素的不同单质，两者互为同素异形体，D正确。答案：C

6.(2023年阜新模拟)龙泉窑是中国历史上的一个名窑，是中国制瓷史上延续历史最长的一个瓷窑系，龙泉窑以烧制青瓷而闻名，下列有关说法错误的是()A.高温烧结过程包含复杂的化学变化B.瓷器具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点C.制作瓷器所用的黏土原料是人工合成的D.瓷器属于硅酸盐产品，含有多种金属元素

解析：高温烧结过程是许多物理、化学变化的综合过程，A正确；陶瓷成分是硅酸盐，经高温烧结具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点，B正确；黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤，一般的黏土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，不是人工合成的，C错误；陶瓷主要原料是黏土，属硅酸盐产品，含有多种金属元素，D正确。答案：C[归纳提升]有关无机非金属材料的4个易错点

解析：由题意可知，二氧化硅与氢氟酸溶液反应生成强酸

2H2O，A正确；硫化锗与氢气共热反应时，氢气与硫化锗反应生成锗和硫化氢，硫化氢高温下分解生成硫和氢气，则反应的总方程式为GeS2Ge＋2S，B错误；铅蓄电池放电时，二氧化铅为正极，酸性条件下在硫酸根离子作用下二氧化铅得到电子发生还原反应生成硫酸铅和水，电极反应式为正极反应PbO2＋SO

＋答案：A2e－＋4H＋===PbSO4＋2H2O，C错误；由题意可知，1mol甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为890.3kJ，反应的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH2＝－890.3kJ·mol-1，D错误。2.(2022年河北选择考)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 D.白瓷的白色是因铁含量较高

解析：陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，A正确；陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，C错误；陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，由新物质生成，属于化学变化，C错误；由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越多，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误。答案：A

3.(2022年福建卷)福建多个科研机构经过长期联合研究发现，使用C60和改性的Cu基催化剂，可打通从合成气经草酸二甲酯常)压催化加氢制备乙二醇的技术难关。下列说法正确的是( A.草酸属于无机物 B.C60

与石墨互为同分异构体 C.Cu属于过渡元素 D.催化剂通过降低焓变加快反应速率

解析：草酸属于二元弱酸，即乙二酸，属于有机物，A错误；C60与石墨是碳元素的不同单质，互为同素异形体，B错误；Cu为ⅠB族，属于过渡元素，C正确；催化剂通过降低反应的活化能加快反应速率，反应焓变不变，D错误。答案：C

4.(2023年山东卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为－126.5℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3

粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：

(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为____________________；判断制备反应结束的实验现象是____________________________。图示装置存在的两处缺陷是___________________________________________。 (2)已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3

在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为_____________________________________。(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3

纯度。

m1

g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①_________，②________(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2

g，从下列仪器中选出①②中需使用的仪器，依次为___________(填标号)。测得样品纯度为_______________(用含m1、m