2024高考化学总复习一轮复习-第19讲-无机非金属材料

高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI第19讲无机非金属材料第四章2024内容索引010203考点一硅和二氧化硅考点二无机非金属材料真题演练角度拓展复习目标1了解硅酸盐材料和新型无机非金属材料的性质及用途。2了解硅和二氧化硅的性质及用途,了解高纯硅的制备。考点一硅和二氧化硅必备知识自主预诊1.硅单质的性质和用途

2.二氧化硅的性质和用途

易错辨析(1)SiO2既能与NaOH溶液反应,又能与氢氟酸反应,故SiO2属于两性氧化物。(

×

)(2)Si可用于制造太阳能电池,SiO2可用于制造光导纤维。(

√

)(3)玻璃中的SiO2能与NaOH溶液反应,故常用NaOH溶液刻蚀玻璃生产雕花玻璃。(

×

)(4)将CO2通入Na2SiO3溶液中,产生白色胶状H2SiO3沉淀,则酸性:H2CO3>H2SiO3。(

√

)关键能力考向突破考向

高纯硅的工业制备流程及分析例题.(2023河北邢台名校联盟联考)高纯度晶体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(

)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答案

A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1

mol

Si时转移电子为4

mol,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。归纳总结制备高纯硅过程中的3个易错点对点训练“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应用流程表示如下:下列说法不正确的是(

)A.反应①中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2B.流程中HCl和H2可以循环利用C.反应①②③均为置换反应D.由②③反应推测,③为放热反应答案

D解析

①中SiO2与C反应生成Si和CO,氧化剂是SiO2,还原剂是C,根据得失电子守恒可知,SiO2和C的物质的量之比为1∶2,A正确;②中消耗HCl生成H2,③中消耗H2生成HCl,故流程中HCl和H2可以循环利用,B正确;反应①②③均符合“单质+化合物→新单质+新化合物”,故属于置换反应,C正确;反应③在1

100

℃下,SiHCl3与H2生成高纯硅和HCl,应为吸热反应,D错误。考点二无机非金属材料必备知识自主预诊1.硅酸盐材料

(1)常见硅酸盐材料比较

硅酸盐材料大都是混合物

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、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分—Na2SiO3、CaSiO3和SiO2—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、氮化硅或某些金属氧化物等烧结而成可用于火箭发动机、汽车发动机、高温电极材料等压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化钛酸盐、锆酸盐可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器等透明陶瓷优异的光学性能,耐高温,绝缘性好氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙可用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零—可用于电力、交通、医疗等领域3.碳纳米材料(1)碳纳米材料是一类新型无机非金属材料,主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。(2)三类碳纳米材料的比较纳米材料结构特点主要性能重要应用富勒烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,C60是富勒烯的代表物—开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳纳米管由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能可用于生产复合材料、电池和传感器等纳米材料结构特点主要性能重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,具有很高的强度可用于生产光电器件、超级电容器、电池和复合材料等关键能力考向突破考向1

传统硅酸盐材料及性能例1.“九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句,描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品,下列有关说法正确的是(

)A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐答案

C解析

陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品,A错误;纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料,而制水泥的原料是黏土和石灰石,B错误;硅酸盐制品性质稳定、熔点较高,C正确;沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸盐,D错误。考向2

新型无机非金属材料的性能及应用例2.(2023湖南新高考联盟联考)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答案

C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。归纳总结有关无机非金属材料的4个易错点对点训练1.宋代五大名窑分别为:钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色,出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(

)A.窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C.高品质的瓷器晶莹剔透,属于纯净物D.陶瓷属于硅酸盐材料,耐酸碱腐蚀,但是不能用来盛装氢氟酸答案

C解析

不同的金属化合物颜色可能不同,在高温下,釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变,A正确;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,B正确;瓷器主要是由黏土烧结而成,瓷器的成分是硅酸盐和二氧化硅,是混合物,C错误;HF能与二氧化硅反应,陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅,故陶瓷不能用来盛装氢氟酸,D正确。2.材料的开发与研究助力我国航空航天事业飞速发展。下列说法正确的是(

)A.“神舟十四号”宇宙飞船返回舱外表面使用的新型高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐B.火箭芯一级尾段使用的碳纤维材料属于新型无机非金属材料C.“天问一号”使用的新型SiC增强铝基材料属于新型硅酸盐材料D.中国空间站天和核心舱推进器使用的氮化硼陶瓷材料属于传统无机非金属材料答案

B解析

新型高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,不是硅酸盐材料,A错误;新型SiC增强铝基材料属于复合材料,不是硅酸盐材料,C错误;氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料,D错误。真题演练角度拓展角度一传统无机非金属材料1.(2022河北卷,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MgOC.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答案

A解析

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和SiO2,B错误;陶瓷烧制过程发生化学反应,有新物质生成,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,白瓷中铁含量较低或不含铁元素,D错误。角度拓展(1)(2022辽宁卷,1A)冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料。(

)(2)(2022湖南卷,2D)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一。(

)(3)(2021广东卷,4C)氢氟酸可与SiO2反应,故利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品。(

)(4)(2019全国Ⅰ卷,7B)闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成。(

)√√√√角度二新型无机非金属材料2.(2022湖北卷,7)C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是(

)A.具有自范性B.与C60互为同素异形体C.含有sp3杂化的碳原子D.化学性质与金刚石有差异答案

A解析

自范性是晶体的性质,碳玻璃为非晶态,没有自范性,A错误;碳玻璃和C60均是由碳元素形成的不同的单质,故互为同素异形体,B正确;碳玻璃具有高硬度,物理性质与金刚石类似,因而结构具有一定的相似性,则含有sp3杂化的碳原子,C正确;金刚石与碳玻璃属于同素异形体,性质差异主要表现在物理性质上,但化学性质上也