碳、硅 無機非金屬材料（原卷版）

第五章非金屬及其化合物

第22講碳、硅無機非金屬材料

【高考考向預測】

碳、硅及其化合物性質差異鮮明，涵蓋單質、氧化物、鹽類及玻璃、陶瓷、水泥等無機非金屬材

料，重點考查物質結構、理化性質、相互轉化與工業用途；近三年為高考?？贾R點，多以選擇題和

工藝流程題出現，側重性質辨析與用途匹配，考杳頻次平穩：預測2027年命題將聚隹硅單質制備、一

氧化硅特性、新型無機非金屬材料應用，結合工業生產與科技前沿情境出題，強化反應方程式書寫及

物質性質對比辨析工

【雙基自測?明考向】

1」正誤判斷I

（1）金剛石、石墨、C60都是由碳元素組成的單質（）

（2）水墨畫可長久保存不變色是因為在常溫下碳的化學性腦不活潑（）

（3）二氧化碳能使紫色石蕊溶液變紅，說明二氧化碳具有酸性（）

（4）低碳環保中的“碳”是指二氧化碳（）

（5）石墨轉變為金剛石的反應屬于氧化還原反應（）

（6）向CaCL溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續通入CO?至過量，渾濁消失（）

（7）向氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO?氣體，會析出晶體（：）

2.碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構的一維量子材料，具有許多異常的力學、電學和化

學性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入，其廣闊的應用前景也不斷地展現出來。卜.列

關于納米管說法不正確的是（）

A.納米管孔徑較大，可以摻雜各種金屬原子，體現特殊的催化活性

B.碳納米管擁有極高的熔點

C.納米管是?種新型有機納米材料

D.納米管可以由石墨烯在特定條件下卷曲而成

3.（2025?齊魯名校大聯考）氧化石墨烯是一種淡檸檬黃色、不穩定的新型化合物，其單層局部結構如

圖所示。下列關于該化合物的說法正確的是（）

oO?OH

A.氧化石墨烯的導電性優于石墨烯

B.氧化石墨烯的抗氧化能力比石墨烯弱

C.氧化石墨烯中C—C的鍵能比C—O大

D.氧化石墨烯中所有C原子均為sp3雜化

4.我國倡導低碳生活，減少二氧化碳的排放，“碳捕捉技術”可實現二氧化碳的分離、儲存和利用。

實際生產中，常利用NaOH溶液來“捕捉”CO2,其工藝流程如圖所示（部分條件及物質未標出）,

下列說法正確的是（）

IT捕捉拿卜（反?分舟T高溫反應爐卜CU

高的'體，［1Ca。

CO2含量低的氣體

A.CO2是引起酸雨的主要物質之一

B.整個過程中，只有CO?可循環利用

C能源消耗低是該技術的一大優點

D.該生產過程中，沒有涉及氧化還原反應

【核心梳理?明考點】

考點一碳及其化合物

1.碳族元素

⑴碳、硅、錯、錫、鉛均屬于第NA族元素，又稱碳族元素，其價層也子排布式為

（2）碳單質的存在形式有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為。

2.金剛石、石墨、C60的物理性質

金剛石石墨Cfio

晶體類型共價晶體混合型晶體分子晶體

物理性質熔點高，硬度大，不導電熔點高，硬度—導電熔點低，不導電

主要用途鉆石制作，切割工具，鉆探機做電極、潤滑劑、鉛筆芯廣泛應用于超導、醫學領域

的鉆頭等

3.CO2在自然界中的循環

(1)CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。

(2)自然界消耗C02的主要反應：

①溶于江水、海水中：CO2+H2O=H2co3；

②比合作用將CO2轉化為。2；

③巖石的風化：CaCO3+H2O+CO2=.

4.碳酸及碳酸鹽

⑴碳酸：二元—酸、不穩定，易分解，酸性比強。

(2)碳酸及碳酸根離子結構：H2cCh中，碳原子的雜化方式為H2c03屬于分子晶體。CO1中,

碳原子的雜化方式為一，COg的空間結構為o

⑶碳酸的正鹽和酸式鹽的比較

正鹽(COg)酸式鹽(HCO。

溶解性只有鉀、鈉、錢鹽可溶一般都可溶

熱穩定性正鹽—酸式鹽

溶液pH同濃度：正鹽—酸式鹽

①CU+H,（）；②H+（少H）

相互轉化

「01（）HHCO3

考點二硅及其化合物

硅元素僅有—態，主要以氧化物和的形式存在。

1.硅和二氧化硅物理性質

硅單質二氧化硅

物理共價晶體：帶有金屬光澤的灰黑色固共價晶體：熔點硬度難溶

性質體，熔點硬度有脆性于水

______材料、______電池、______芯

用途光導纖維、光學儀器等

片和耐酸設備等

2.硅酸鈉

⑴硅酸鹽大多數不溶于水，但硅酸鈉是白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱,有

黏性，顯堿性。

⑵硅酸鈉能與酸性比硅酸強的酸反應，寫出水溶液中相應的化學方程式。

與鹽酸反應：。

與少量CO2反應：o

(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。

3.硅及其化合物的轉化關系

HF'S1F4rHF

①⑤

5?2,高溫一C.高溫②?CaCO^CaO

S1C1J三尋S1—>SIQ2------C

4,高溫02③△高溫

NaOHNaOH

---------^Na2SiO3^==-H2SiO3

CO2+HSO

完成圖中序號對應的化學方程式：

①;

高溫

②—------------;

③;

高溫高溫

④、;

⑤（可用于刻蝕玻璃

4.硅酸

(1)分子結構：FhSiCh分子中，Si原子的雜化方式為_。但在硅酸鹽中，Si和0構成了硅氧四面體

Si在四面體的中心，Si原子的雜化方式為

(2)物理性質：—溶于水。

(3)化學性質

①弱酸性

l)H2SiCh酸性比H2cQ」，—(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅。

2)H2SiO3能與NaOH溶液反應(寫化學方程式)：=

②不穩定性：H2SiO3=^=0

（4）用途

硅酸在水中易縮合形成膠體，將硅酸凝膠烘干脫水得到硅膠（SiO”，硅膠常用作干燥劑。

回易錯辨析

1.晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導體材料（）

2幫金屬性：C>Si,則熱穩定性：CH4>SiH4（）

3.SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿（NaOH）,不溶于任何酸（）

4502能與HF反應，因此可用HF刻蝕玻璃（）

5.石英是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能直接轉化成電能（）

6.因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸強（）

7.硅酸鈉的水溶液俗稱“水玻璃”，是一種建筑行業常用的黏合劑（）

8.向NazSiCh溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠（）

【考點突破?明方向】

考向一、硅、二氧化硅及硅酸的制取

1.下列判斷或說法正確的是（）

芬?醋酸溶液

Na2SiOA

溶液

NazCO.J囪體

A.如圖探究醋酸、碳酸、硅酸酸性的相對強弱

B.二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應生成硅酸

C.2mL5moi的硅酸鈉溶液和鹽酸反應后制得硅酸膠體，膠粒數為0.01NA（NA為阿伏加德羅常數

的值）

NaOH（aq）CO,

D.實驗室制硅酸流程：Si02"NaiSiO.一'HaSiO^

2.純二氧化硅可用下列流程制得。下列說法不正確的是（）

廊冠段畔典因稀哈.Rj衿甌

A.X可用作木材防火劑

B.步驟II的反應是Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3I+Na2so4

C.步驟【I中的稀硫酸可用CO?來代替

D.SiO?既能與NaOH溶液反應，又能與氫氟酸反應，所以SiO?是兩性氧化物

3.（2025?東北師范大學附屬中學高三摸底考試）實驗室用比還原SiHCb（沸點：31.85℃）制備高純硅

的裝置如圖所示（夾持裝置和尾氣處理裝置略去），下列說法正確的是（）

A.裝置n、III中依次盛裝的是濃H2so4、冰水

B.實驗時，應先加熱管式爐，再打開活塞K

C.為鑒定制得的硅中是否含微量鐵單質，需要用到的試劑為鹽酸、雙氧水、硫氟化鉀溶液

D.該實驗中制備氫氣的裝置也可用于稀氫氧化鈉溶液與氯化核固體反應制備氨

考向二、硅膠多硅酸鹽的結構

4.硅膠的結構示意圖如圖所示，可由原硅酸（ESiCM脫水縮合制得，添加無水CoCb呈藍色，吸水

后因COC12轉化為配合物9。（比0）4。2>2H2。而呈粉紅色，下列說法錯誤的是（）

A.原硅酸分了?中含有多個一OH,因而可脫水制成硅膠

B.硅膠可干燥HF和。2等酸性氣體

C失效的硅膠再生時加熱的溫度不宜過高

D.當硅膠遇到大量的水分子時，水分子與硅羥基會形成過多氫鍵從而使硅膠失去吸附力

5.形式多樣的硅酸鹽是無機礦物的重要基石。SiO廠是一種四面體形的離子（屬于硅酸根離子），其結

構可用圖a表示，硅原子位于該四面體體心，四個氧原子各占一個頂點。圖b和圖c則是復合硅酸

根離子中的兩個實例，均為無支鏈的單環狀，分別由數個硅氧四面體a通過共用氧原子的形式構成。

(l)b的化學式為。

(2)若一個單環狀離子中Si原子數為〃(〃23),則其化學式為。

⑶綠柱石是被、鋁的此類硅酸復鹽，其化學式中含6個硅原子，該復鹽的化學式是

考點三無機非金屬材料

1.傳統無機非金屬材料——常見硅酸鹽材料

水泥玻璃陶瓷

石英(Si02)、純堿(Na2co3)、石

主要原料石灰石、黏土、石膏黏土

灰石(CaCCh)

硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸

硅酸鈉(NazSi。。、硅酸鈣

主要成分二鈣QCaOSiO?)、鋁酸三鈣硅酸鹽

(CaSiCh)、二氧化硅(SiCh)

(3CaOAl2O.0

Na2c。3十SiO2=^=Na2SiO3

制備過程中的

復雜的物理及化學變化+82f、CaCO3+SiO2=^=復雜的物理及化學變化

主要反應

CaSiO34-CO2t

抗氧化、抗酸堿腐蝕、

特性水硬性無固定熔點

耐高溫、絕緣

高溫高溫

玻璃生產中的兩個重要反應：Na2CO3+SiO2；CaCO3+SiO2-

2.新型無機非金屬材料

(1)新型陶瓷，如SiC、BN、Si?—、Ag等。

(2)碳納米材料

①類型：富勒烯、碳納米管、石墨烯等。

②用途：在能源、信息、醫藥等領域有廣闊的應用前景。

(3)特殊功能的含硅材料

①碳化硅為共價晶體，具有類似金剛石的結構，可用作磨料。

②含硅元素4%的硅鋼具有導磁性。

,易錯辨析

1.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽()

2.碳化硅俗稱金剛砂，它可用于高溫結構陶瓷的制作（）

3.壓電陶瓷能實現機械能與電能妁相互轉化（）

4.石墨烯的電阻率低，熱導率也低（）

5.冰壺主材料花肉巖屬于無機非金屬材料（2022?遼寧，1A）（）

【考點突破?明方向】

考向一、傳統無機非金屬材料

1.（2025?河北張家口模擬）下列關于博物院館藏文物的說法正確的是（）

A.春秋龍紋人字形玉佩的主要成分是二氧化硅

B.西漢銅錯金銀承弓器的主要成分屬于無機非金屬材料

C.宋海棠花式瑪瑙碗的主要成分是碳酸鈣

D.明宣德育花纏枝蓮紋碗的主要成分是硅酸鹽

2.水泥是人類最偉大的發明之一，主要成分為硅酸三鈣（3CaO-SiO2）。將其與適量的水反應，形成相

互交聯的結構，反應為2（3CaOSiO2）+6H2O=3CaO-2SiO2?3H2O+3Ca（OH）2△〃＜（）,但是，需要避

免交聯過程熱膨脹及產生的水蒸氣在建筑結構中造成空隙，我國三峽大壩的建設者在全世界首創了

以冰代水的澆灌方法，有效解決了這一問題，保證了大壩的建筑質量。下列說法錯誤的是（）

A.水泥由黏土和石灰石等研磨、帽燒制得

B.水泥生產過程中加入石膏，可以調節水泥的硬化速率

C.水的作用是提供結晶水以穩定交聯結構

D.以冰代水的優點是減少了熱膨脹及水蒸氣的產牛

考向二、新型無機非金屬材料

3.（2025?湖南岳陽模擬）化學促進我國航空航天事業不斷蓬勃發展。下列有關說法正確的是（）

A.“北斗系統”芯片的主要成分為二氧化硅

B.隱形涂料中的納米氧化鋁材料屬于新型有機材料

C.“天和核心艙”推進系統中的腔體采用的氮化硼陶瓷屬于新型金屬材料

D.火星全球影像彩圖顯示了火星表土顏色，表土中赤鐵礦主要成分為Fe2O3

4.近年來，具有特殊性質的新型無機非金屬材料迅速發展，下列有關新型無機非金屬材料的敘述不

正確的是（）

A.氮化硅陶究是一種新型無機非金屬材料，可用于制造發動機部件，其化學式為Si3N?

B.杭空航天太陽能電池翼所使月的“碳纖維”（由聚丙烯情經碳化而成）與金剛石互為同位素

C.碳化硅的硬度大、熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承

D.富勒烯是由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，屬于新型無機非金屬材料

5.（2026?濟南階段性考試）下列關于材料的說法錯誤的是（）

A.殲-20上采用的GaN涂層屬于新型金屬材料

B.“天宮二號”空間站太陽能電池帆板的主要材料為晶體硅

C.手機柔性屏使用的原材料聚酰亞胺屬于有機高分子材料

D.用于制造世界最大口徑反射鏡的SiC屬于新型無機非金屬材料

【真題再現?明考向】

1.（2024?江西，1）景德鎮青花瓷素有“國瓷”的美譽。以黏土為原料，用含鉆、鐵的顏料著色，上釉后

一次性高溫燒制而成的青藍色彩瓷。下列關于青花瓷說法正確的是（）

A.青藍色是由于生成了單質鉆

B.表面的釉屬于有機高分子膜

C主要成分為鋁硅酸鹽

D.鐵元素的存在形式只有Fe2O3

2.（2025?云南，7）稻殼制備納米Si的流程圖如下。下列說法錯誤的是（）

稻殼廠定條件納米Sioj鬻目MgO+納米Si]

-Mg明+[納米Si]

A.SiO2可與NaOH溶液反應

B.鹽酸在該工藝中體現了還原性

C.高純Si可用于制造硅太陽能電池

650一

D.制備納米Si：SiO2+2Mg------=Si+2Mg0

3.（2023?湖北，3）工業制備高純硅的主要過程如下：

_____焦炭-IICIH：

石英砂1800-2000X粗硅300七"SiHCb】儂七1r高純硅

下列說法錯誤的是（）

高溫

A.制備粗硅的反應方程式為SiO2+2C-Si+2COt

B.lmolSi含Si—Si的數目約為4X6.02X1023

C.原料氣HC1和Hz應充分去除水和氧氣

D.生成SiHCls的反應為炳減過程

【限時訓練】

（40分鐘）

（1?區題，每小題6分，9?12題，每小題7分）

1.（2021?湖北，1）“碳中和”有利于全球氣候改善。下列有關CO?的說法錯誤的是（）

ACO?是V形的極性分子

B.CCh可催化還原為甲酸

C.CO2晶體可用于人工增雨

D.COz是侯氏制堿法的原料之一

2.（2022?河北，1）定窯是宋代五大名窯之一，其生產的白瓷聞名于世。下列說法正確的是（）

A.傳統陶瓷是典型的絕緣材料

B.陶瓷主要成分為SiO2和MgO

C.陶瓷燒制的過程為物理變化

D.tl瓷的白色是因鐵含量較高

3.（2025?濟南期末）碳化硅（SiC）晶體結構與金剛石相似，且碳原子和硅原子的位置是交替的。下列說法

錯誤的是（）

A.碳化硅的熔點低于金剛石

B.碳化硅熔化時破壞共價鍵

C.晶體中所含化學鍵均為非極性鍵

D.晶體中所有原子均采取sp'雜化

4.下列有關說法或判斷正確的是（）

A.石英用煙耐高溫，可用于加熱熔化純堿、燒堿等固體

B.高純硅制成的太陽能電池可將太陽能轉化為電能

C.單品硅芯片的主要成分不會被任何酸腐蝕

D.因為Si的熔點高、硬度大，所以利用Si制作各種芯片

5.我國在航空航天、通信、環保等領域取得了舉世矚目的成就。下列說法正確的是（）

A.富勒烯、石墨烯和碳納米管等碳納米材料均屬于新型無機非金屬材料

BS3N4俗稱金剛砂，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料

C.“神舟十四號”載人飛船返回艙外表面使用的高溫結構陶瓷的主要成分是硅酸鹽

D.二氧化硅常被用于制造光纜，是由于其導電能力強

6.“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金。”詩句中的“沙”的主要成分是SiO2,下列說法錯誤的是（）

A.“從沙灘到用戶”這句話涉及工業上制備粗硅的工藝

B.“水玻璃”可以由SiCh與NaOH溶液反應制得

C.SiO2是制取傳統硅酸鹽產品玻璃的原料之一

DSO2屬于酸性氧化物，不與任何酸反應

7.陶瓷是以黏土（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）為主要原料，經高溫燒結而成。唐三彩是我國古代陶瓷中

的藝術瑰寶，利用X射線衍射實驗測得某“唐三彩陶瓷殘片”和“現代陶瓷碎片”的釉料中部分成分

及含量數據如下表所示。下列說法錯誤的是（）

釉料成分

質量分數蕨、SiO2K2OFezChMnOPbO

唐三彩

28.050.3410.8i0.0846.56

陶瓷殘片

現代陶

29.740.404.220.0551.42

驍碎片

A.現代陶瓷是一種耐高溫、耐腐蝕的金屬材料

B.唐三彩燒制過程中發生了復雜的物理和化學變化

C.X射線衍射實驗可用于鑒定陶瓷類文物的真偽

D.唐三彩的絢麗色彩與釉料的組成及各組分的含量有關

8.H2sOrSiCh法生產多晶硅的流程如下。下列說法錯誤的是（）

A.合成1反應中引作氧化劑

B.合成2的反應為SiF4+NaAlH4=SiH4+NaAlF4

C上述流程說明SQ可溶于H2sCU

D.凈化、熱解中生成的多晶硅為還原產物

9.水玻璃（NazSiOs溶液）廣泛應用于耐火材料、洗滌劑生產等領域，是一種重要的工業原料。如圖是用

稻殼灰（SiCh：65%?70%、C：30%?35%）制取水玻璃的工藝流程：

NaOH溶液

稻T

反

作

操A

殼

應

灰

器

水^--------------------

下列說法正確的是（）

A.原材料稻殼灰價格低廉，且副產品活性炭有較高的經濟價值

B.操作A與操作B完全相同

C.該流程中硅元素的化合價發生改變

D.反應器中發生的反應為氧化還原反應

1（）.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學、材料科學研究的國際熱點課題。其結構

模型如圖所示。

下列有關說法正確的是（）

A.石墨烯是一種新型化合物

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異形體

D.氧化石墨烯具有一定的親水性

II.在20世紀90年代末，科學家發現碳有新的單質形態C60存在。后來人們又相繼得到了CaC76、

Cs4,Coo、Cg等另外一些球碳分子。21世紀初，科學家又發現了管狀碳分子和洋蔥狀碳分子，大大豐

富了碳元素單質的家族。下列有關碳元素單質的說法錯誤的是（）

（a）球碳分子（b）管狀碳分子

A.金剛石和石墨的熔點肯定比Go高

B.熔點：C6O<C7O<Cgo

C.球碳分子、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子都不能與02發生反應

D.金剛石以非分子形式的粒子存在，屬于共價晶體；CMC70、管狀碳分子和洋蔥狀碳分子以分子形式

的粒子存在，屬于分子晶體；這些碳單質互為同素異形體

12.氮化硅常用于制造耐高溫管、切削工具。某小組以石英砂為原料制備氮化硅的微型流程如圖1