第21讲 碳、硅及无机非金属材料
【复习目标】 1.了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。2.了解碳、硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用，能用化学方程式表示其主要化学性质。3.了解无机非金属材料的组成、分类及其应用价值。
考点一 碳族元素 碳
1.碳族元素
碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为ns2np2。
2.碳的单质
(1)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。
(2)几种单质的结构特点
金刚石：正四面体空间网状结构；石墨：平面正六边形层状结构，C60是由60个碳原子形成的足球状分子晶体。
3.CO与CO2的比较
CO CO2
物理性质 无色无味气体，密度比空气小，难溶于水 无色无味气体，密度比空气大，可溶于水(溶解度小)
毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应)
化 学 性 质 还原性 可燃性、还原氧化铁 无(灭火)
氧化性 － ①与炽热的炭反应 ②Mg在CO2中燃烧
与水反应 无 CO2＋H2O H2CO3
与碱反应(石灰水) 无 Ca(OH)2＋CO2CaCO3↓＋H2O(检验CO2)
相互转化 CO2CO
用途 燃料；冶炼金属 灭火；制汽水；植物肥料；化工原料等
4.CO2在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应：
①溶于江水、海水中：CO2＋H2O H2CO3；
②光合作用将CO2转化为O2；
③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2Ca(HCO3)2。
【正误判断】
1.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质 ( )
2.水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼 ( )
3.二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红，说明二氧化碳具有酸性 ( )
4.低碳环保中的“碳”是指二氧化碳 ( )
5.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应 ( )
6.向空气中排放二氧化碳会形成酸雨 ( )
7.向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失( )
8.向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体 ( )
答案：1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.× 8.√
1.科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法错误的是( )
学生用书 第119页
A.CO2是自然界碳循环中的重要物质
B.CO2加氢转化为乙烯，CO2被还原
C.CO2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
答案：C
解析：CO2中C元素的化合价为＋4价，只能发生得电子的还原反应，电催化时，CO2在阴极得电子转化为燃料，阳极为失电子的氧化反应，故C错误。
2.中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2
B.环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶
C.反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质
D.可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2
答案：B
解析：NaOH溶液喷成雾状，可增大反应物接触面积，提高CO2吸收率，A正确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再高温煅烧，故基本操作不是蒸发结晶，B错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环利用，C正确；Na2CO3溶液可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D正确。
考点二 硅及其重要化合物
一、硅单质
1.存在形式：在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
2.物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。
3.化学性质
(1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟气、氢氟酸、碱反应，反应的化学方程式分别为
与氟气：Si＋2F2SiF4；
与氢氟酸：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑；
与碱：Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑。
(2)在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应，与氧气反应的化学方程式为Si＋O2SiO2。
4.硅的工业制法及提纯
石英砂粗硅SiHCl3高纯硅
涉及的化学方程式：
①SiO2＋2CSi＋2CO↑；
②Si＋3HClSiHCl3＋H2；
③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。
5.用途
(1)良好的半导体材料；
(2)太阳能电池；
(3)计算机芯片。
二、二氧化硅
1.物理性质：熔点高，硬度大，难溶于水。
2.化学性质
(1)SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式为SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O。
(2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钙反应的化学方程式为SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。
(3)在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，如与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaOCaSiO3。
(4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O。
3.用途：制光导纤维、光学仪器等。
三、硅酸(H2SiO3)
学生用书 第120页
四、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，是构成地壳岩石的主要成分。
2.硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
3.硅酸盐写成氧化物形式的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。
如，石棉(CaMg3Si4O12)用氧化物的形式表示为CaO·3MgO·4SiO2。
【正误判断】
1.晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料 ( )
2.非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4 ( )
3.硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是一种建筑行业常用的黏合剂 ( )
4.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶 ( )
5.石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能 ( )
6.工业上制取粗硅的反应是SiO2＋CSi＋CO2↑ ( )
7.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强 ( )
答案：1.× 2.√ 3.√ 4.√ 5.× 6.× 7.×
硅、二氧化硅的性质与用途
1.下列说法中不正确的是( )
A.硅晶片是生产芯片的基础材料
B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化
C.硅在自然界中主要以单质形式存在
D.硅是应用最广泛的半导体材料
答案：C
解析：硅晶片是优良的半导体材料，是生产芯片的基础材料，故A正确；光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成，属于化学变化，故B正确；硅元素在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，故C错误；硅是优良的半导体材料，应用最为广泛，可用于制造和生产芯片，故D正确。
2.二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部分转化过程如图所示，下列说法正确的是( )
A.SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
B.因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强
C.SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性
D.除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应
答案：D
解析：SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，但不属于两性氧化物，因为二氧化硅只能与一种酸反应，且生成的四氟化硅不是盐，A错误；高温条件下，二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，常温下，二氧化硅和碳酸钠不反应，所以不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，反应中硅元素的化合价不变，不能体现二氧化硅的氧化性，C错误；题图中氧化还原反应有3个，即Si的制取过程中涉及的反应，其他反应都是非氧化还原反应，D正确。
工业制取高纯硅问题分析
3.H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是( )
A.合成1反应中H2作氧化剂
B.合成2中反应的化学方程式为SiF4＋NaAlH4SiH4＋NaAlF4
C.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
答案：C
解析：合成1中发生反应的化学方程式为Na＋Al＋2H2NaAlH4，H由0价转化成－1价，化合价降低，氢气作氧化剂，故A说法正确；合成2中发生反应的化学方程式为NaAlH4＋SiF4SiH4＋NaAlF4，故B说法正确；合成3中NaAlF4与硫酸反应生成HF，HF与二氧化硅反应生成SiF4，不能说明二氧化硅可溶于硫酸，故C说法错误；四氢化硅分解为晶体硅和氢气，根据电负性分析，氢的电负性强于硅，硅元素显＋4价，化合价降低，因此晶体硅为还原产物，故D说法正确。
4.晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：
①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2；
②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。
回答相关问题：
(1)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为33 ℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方法为 。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：
学生用书 第121页
①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是 。
②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是 。
答案：(1)蒸馏 (2)①排出装置内的空气，以防爆炸 ②水浴加热
硅胶 多硅酸盐结构的理解
5.硅胶吸附剂常用作干燥剂，其结构示意图如图所示，在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少来决定硅胶是否失效，原理为CoCl2(蓝色)＋6H2OCoCl2·6H2O(粉红色)，失效的硅胶可加热再生，下列说法错误的是( )
A.当硅胶变粉红色说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物，硅胶可干燥HF和Cl2等酸性气体
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时，硅羟基与水形成过多氢键从而失去吸附力
答案：B
解析：由题中信息可知，硅胶吸水后，CoCl2会变成CoCl2·6H2O(粉红色)，故变成粉红色说明硅胶失效了，A正确；二氧化硅可以和HF反应，故硅胶不能干燥HF，B错误；由硅胶结构可知，硅胶用作干燥
剂，是通过硅羟基和水分子之间形成氢键而达到吸水的目的，故当硅胶遇到大量的水分子时，硅羟基与水形成过多氢键从而失去吸附力，D正确。
6.形式多样的硅酸盐是无机矿物的重要基石。Si是一种四面体形的离子(属于硅酸根离子)，其结构可用图a表示，硅原子位于该四面体体心，四个氧原子各占一个顶点。图b和图c则是复合硅酸根离子中的两个实例，均为无支链的单环状，分别由数个硅氧四面体a通过共用氧原子的形式构成。
(1)b的化学式为 。
(2)若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则其化学式为 。
(3)绿柱石是铍、铝的此类硅酸复盐，其化学式中含6个硅原子，该复盐的化学式是 。
答案：(1)Si3 (2)Sin (3)Be3Al2Si6O18(或3BeO·Al2O3·6SiO2)
解析：(1)b含有氧原子个数为9，含有3个四面体结构，则含有硅原子个数为3，根据化合物中Si的化合价为＋4、氧元素化合价为－2可知，b的化学式为Si3。(2)c中含有6个四面体结构，所以含有6个Si原子，含有的氧原子数为18，c中含有的氧原子数比6个硅酸根离子含有的氧原子数少6个，带有的电荷为6×(－2)＝－12；根据题图可知：若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则含有n个四面体结构，含有的氧原子比n个硅酸根离子含有的氧原子恰好少n个，即含有n个Si，3n个O，带有的负电荷为n×(－2)＝－2n，其化学式为Sin。 (3)根据Sin可知，含有6个硅原子的硅酸盐所带的负电荷为12，设铍的个数为x，铝的个数为y，则2x＋3y＝12，讨论可得x＝3、y＝2，其化学式为Be3Al2Si6O18或3BeO·Al2O3·6SiO2。
考点三 无机非金属材料
一、硅酸盐材料
1.陶瓷
陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。
2.玻璃
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
3.水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
二、新型无机非金属材料
1.新型陶瓷
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
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在高温下烧结而成 火箭发动机、汽车发动机、高温电极材料等
学生用书 第122页
压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 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
碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。
(1)类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
(2)用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
材料类型 性能 用途
碳纳米管 比表面积大，高强度，优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 电阻率低，热导率高，具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
传统无机非金属材料
1.中国文物具有鲜明的时代特征。下列源自广东韶关的文物的主要成分不属于硅酸盐的是( )
A.清绿地素三彩花卉撇口碗
B.明代三彩孩童骑牛陶俑
C.南朝弦纹三足铜铛
D.东晋咸和二年酱褐釉陶牛车模型
答案：C
解析：清绿地素三彩花卉撇口碗的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，A不符合题意；明代三彩孩童骑牛陶俑的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，B不符合题意；南朝弦纹三足铜铛的主要成分为铜，属于金属材料，不属于硅酸盐，C符合题意；东晋咸和二年酱褐釉陶牛车模型的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，D不符合题意。
2.世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为 、
(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是 。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式为 (任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是
(填化学式)。
(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是 (填字母)。
A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚
C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚
答案：(1)2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O
(2)石灰石 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑(或SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑)
(3)SiO2 (4)D
解析：(4)普通玻璃坩埚和石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A、B不选；氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C不选；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D选。
新型无机非金属材料
3.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
答案：D
解析：石墨烯是碳的单质，不是新型化合物，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有的羟基和羧基为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
学生用书 第123页
4.近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A.石墨烯具有良好的导电性
B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C.石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但生成物不同
答案：D
解析：石墨烯具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件与浓硫酸都能发生反应，且生成物相同，D错误。
1.正误判断
(1)(2024·湖北卷)陶瓷是黏土高温烧结而成，且形成新的化学键 ( )
(2)(2024·湖北卷)石墨能导电是因为未杂化的p轨道重叠使电子可在整个碳原子平面内运动 ( )
(3)(2022·浙江卷)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维 ( )
(4)(2022·广东卷)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光导纤维 ( )
(5)(2022·江苏卷)单晶硅熔点高，所以可用作半导体材料 ( )
(6)(2021·辽宁卷)高纯硅可用于制芯片 ( )
(7)(2021·广东卷)用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，原理是氢氟酸与SiO2反应 ( )
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×(6)√ (7)√
2.(2024·广东卷)嘀嗒嘀嗒，时间都去哪儿了！计时器的发展史铭刻着化学的贡献。下列说法不正确的是( )
A.制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料
B.机械表中由钼钴镍铬等元素组成的发条，其材质属于合金
C.基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiC
D.目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准Cs的质子数为55
答案：C
解析：制作日晷圆盘的石材主要为大理石，属于无机非金属材料，A正确；由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物称为合金，机械表中由钼钴镍铬等元素组成的发条，其材质属于合金，B正确；基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiO2，C错误；目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准Cs的质量数为135，质子数为55，D正确。
3.(2024·河北卷)燕赵大地历史悠久，文化灿烂。对下列河北博物院馆藏文物的说法错误的是( )
A.青铜铺首主要成分是铜锡合金
B.透雕白玉璧主要成分是硅酸盐
C.石质浮雕主要成分是碳酸钙
D.青花釉里红瓷盖罐主要成分是硫酸钙
答案：D
解析：青铜铺首是青铜器，青铜的主要成分是铜锡合金，A正确；透雕白玉璧是玉石，玉石的主要成分是硅酸盐，B正确；石质浮雕的材质是汉白玉，汉白玉的主要成分是碳酸钙，C正确；青花釉里红瓷盖罐是陶瓷，陶瓷的主要成分是硅酸盐，D错误。
4.(2023·广东卷)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是( )
A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟
答案：C
解析：九霄环佩木古琴主要由木材、动物筋制得，A错误；裴李岗文化骨笛由动物骨骼制成，B错误；商朝后期陶埙属于陶瓷，由硅酸盐制成，C正确；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误。
5.(2022·河北卷)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MgO和SiO2
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
答案：A
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，B错误；陶瓷烧制过程发生复杂的物理和化学变化，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铁，D错误。
学生用书 第124页
一、氮元素的“价－类”二维图
氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。
二、含氮元素物质之间的转化关系
典型物质间转化方程式再落实。
(1)工业合成氨：N2＋3H22NH3；
(2)实验室用NH4Cl固体制NH3：2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋2H2O＋CaCl2；
(3)NH3的催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O；
(4)NO2溶于水：3NO2＋H2O2HNO3＋NO；
(5)Cu溶于稀HNO3：3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；
(6)Cu溶于浓HNO3：Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O；
(7)炽热的炭与浓硝酸反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O；
(8)浓硝酸见光分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。
1.(2024·山东日照二模)下列关于含氮化合物之间转化的离子方程式书写错误的是( )
A.氧化物转化为酸：3NO2＋H2O2H＋＋2N＋NO
B.氧化物转化为两种盐：2NO2＋2OH－N＋N＋H2O
C.氢化物转化为络合物：4NH3＋Cu(OH)2[Cu(NH3)4](OH)2
D.酸转化为氧化物：Fe＋4H＋＋NFe3＋＋NO↑＋2H2O
答案：C
解析：NO2和水反应生成NO和HNO3，离子方程式为3NO2＋H2O2H＋＋2N＋NO，A正确；NO2和NaOH溶液反应生成硝酸钠和亚硝酸钠，离子方程式为2NO2＋2OH－N＋N＋H2O，B正确；氢氧化铜和氨水反应生成[Cu(NH3)4](OH)2，离子方程式为Cu(OH)2＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，C错误；Fe和稀硝酸反应生成NO和硝酸铁，离子方程式为Fe＋4H＋＋NFe3＋＋NO↑＋2H2O，D正确。
2.下列关系图中，A是一种正盐，B是气态氢化物，C是单质，F是强酸。当X无论是强酸还是强碱时都有如下转化关系(其他产物及反应所需条件均已略去)，当X是强碱时，过量的B跟Cl2反应除生成C外，另一产物是盐酸盐。
下列说法不正确的是( )
A.当X是强酸时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F可能是H2SO4
B.当X是强碱时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F是HNO3
C.当X是强酸时，C在常温下是气态单质
D.B和Cl2的反应为氧化还原反应
答案：C
解析：当X是强碱时，A和强碱反应产生的气态氢化物B为NH3，则A为铵盐，过量的B跟Cl2反应生成的盐酸盐是NH4Cl，则C为N2，由此判断D为NO、E为NO2、F为HNO3；A和强酸反应生成的B能被Cl2氧化，且生成的C能被O2连续氧化，在常见的物质中可考虑A为硫化物，所以，当X是强酸时，A、B、C、D、E、F可分别为(NH4)2S、H2S、S、SO2、SO3、H2SO4，故A、B正确，C错误；B是氨气或硫化氢，氨气与Cl2反应生成氯化铵和氮气，硫化氢和氯气反应生成硫单质和氯化氢，因此B与氯气的反应是氧化还原反应，故D正确。
3.(2025·安徽阜阳模拟预测)物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个重要维度。如图为氮元素及其部分化合物的价态类别图。下列说法正确的是( )
学生用书 第125页
A.图中各物质均参与自然界循环
B.c、d均为酸性氧化物
C.f不能检验氯气管道是否漏气
D.实验室可用g的固体与NaOH固体加热制备f
答案：A
解析：题图为氮元素及其部分化合物的价态类别图。由题图可知，a为硝酸盐、b为硝酸、c为一氧化氮、d为二氧化氮或四氧化二氮、e为氮气、f为氨气、g为铵盐。氮气和氧气放电或高温条件下反应生成NO，NO和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸进入土壤中转化为硝酸盐，硝酸盐可被植物转化为有机物，然后排泄后转化为氨或铵盐等，各物质均参与自然界循环，A正确；NO、NO2、N2O4为不成盐氧化物，B错误；氨气和氯气能发生反应生成白烟，能检验氯气管道是否漏气，C错误；实验室制取氨气时是将氯化铵与氢氧化钙混合加热，D错误。
4.(2024·山东日照二模)部分含氮物质的分类与相应化合物关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.b具有碱性和还原性
B.反应Ⅰ中氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶1
C.反应Ⅱ过程中生成0.1 mol N2时，转移1 mol电子
D.反应Ⅲ能有效降低水体中的氮元素含量
答案：D
解析：由题图可知a为NH3、b为N2H4、c为铵盐、d为亚硝酸盐、e为硝酸盐；b为肼，结构简式为H2N－NH2，氨基具有碱性，N呈－2价，化合价可升高具有还原性，A正确； 反应Ⅰ中氮的化合价由－3价变为0价，得到氧化产物氮气，＋3价变为0价，得到还原产物氮气，结合电子守恒可知，氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶1，B正确；反应Ⅱ为硝酸根离子被亚铁离子还原为氮气，氮元素化合价由＋5变为0，则生成0.1 mol N2时，转移0.1 mol×2×5＝1 mol电子，C正确；反应Ⅲ为＋3价氮元素转化为－3价，亚硝酸盐转化为铵盐，不能有效降低水体中的氮元素含量，D错误。
5.氮是生命体重要的组成元素，自然界中氮的循环对生命活动有重要意义。
(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一、其中的CO、NOx在适宜条件下会转化为参与大气循环的两种无毒气体，该过程的化学反应方程式为 。
(2)“价－类”二维图是学习元素化合物性质的重要方法，利用所学知识能更好地了解氮的循环。
①图中A的类别为 ；丙为钠盐，其化学式为 。
②甲为常见的碱性气体，是制造氮肥、炸药等物质的化工原料。实验室制备甲的化学方程式为 。
实验室用该反应原理制取并收集一瓶干燥的甲气体，从下图中选择合适的装置，其连接顺序为 (按从左到右的气流方向，用小写字母和箭头表示)。
③用以下物质研究乙的性质，预测能与乙发生反应的物质为 (填字母)。
A.Na2SO4 B.H2SO4 C.CO2 D.NH3·H2O
④丁主要用于染料、医药、印染、漂白等方面，且丁的焰色反应呈黄色。丁在酸性条件下，与KI按物质的量1∶1恰好完全反应，生成能使淀粉变蓝的物质，写出该过程发生反应的离子方程式： 。
(3)海洋生物参与氮循环的过程如图所示(其他含氮物质不参与反应)。
以上六种含氮微粒中，共呈现了氮元素的 种价态。反应③和⑤中，若生成等物质的量的N2，则转移的电子数之比为 。
答案：(1)2NOx＋2xCON2＋2xCO2
(2)①单质 NaNO3 ②2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O a→d→c→f→e→i ③D
④2N＋2I－＋4H＋I2＋2NO↑＋2H2O (3)5 2∶3
解析：(1)CO、NOx在适宜条件下会转化为参与大气循环的两种无毒气体，即氮气和二氧化碳，该过程的化学反应方程式为2NOx＋2xCON2＋2xCO2。(2)①题图中A对应N2，N2属于单质；丙为＋5价N元素的钠盐，其化学式为NaNO3。②甲为常见的碱性气体，甲是NH3。实验室用氢氧化钙和氯化铵加热制备氨气，反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。实验室用该反应原理制取氨气，用碱石灰干燥氨气，用向下排空气法收集氨气，则仪器的连接顺序为a→d→c→f→e→i。③乙是N元素的＋5价含氧酸，乙是HNO3，氨水呈碱性，和硝酸反应生成硝酸铵，选D。④丁是N元素的＋3价含氧酸盐，丁的焰色反应呈黄色，丁为NaNO2。NaNO2在酸性条件下，与KI按物质的量1∶1恰好完全反应，生成能使淀粉变蓝的物质I2，I元素化合价由－1升高为0，根据得失电子守恒，N元素化合价由＋3降低为＋2，该过程发生反应的离子方程式为2N＋2I－＋4H＋I2＋2NO↑＋2H2O。(3)N和NH3中N元素为－3价、NH2OH中N元素为－1价、N2中N元素为0价、N2H4中N元素为－2价、N中N元素为＋3价，以上六种含氮微粒中，共呈现了氮元素的5种价态。反应③中N元素化合价由－2变为0，反应⑤中N元素化合价由＋3变为0，若生成等物质的量的N2，则转移的电子数之比为2∶3。
课时测评21 碳、硅及无机非金属材料
(时间：45分钟 满分：60分)
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
选择题1－11题，每小题3分，共33分。
1.(2024·河北邢台期中)“四面天成体，硅酸不二盐。合分催化易，贵贱识瑕难。粉碎出新质，熔融弃旧观。单晶福四海，共价造人间。”有关这首五律诗的化学知识解读错误的是( )
A.硅酸盐主要以正盐形式存在
B.硅酸盐中，Si和O构成硅氧四面体
C.硅晶体用于制作光导纤维
D.大多数硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀的特点
答案：C
解析：硅酸盐主要以正盐形式存在，故A正确；在硅酸盐结构中，每个Si一般被4个O所包围，构成[SiO4]4－四面体，故B正确；硅晶体用于制作计算机芯片、太阳能电池板，二氧化硅用于制作光导纤维，故C错误；硅酸盐材料大多具有硬度高、耐高温、耐腐蚀的特点，故D正确。
2.(2024·广东东莞二模)中华文化源远流长、博大精深。下列文物主要是由硅酸盐类材料构成的是( )
文物
河北省博物馆中的长信宫灯 西周玉鹿 明代象牙雕寿星 战国青罐
选项 A B C D
答案：D
解析：河北省博物馆中的长信宫灯由金属材料制成，A错误；玉不属于硅酸盐材料，B错误；象牙属于蛋白质，C错误；陶瓷属于硅酸盐材料，D正确。
3.“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，下列有关说法中正确的是( )
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项错误；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项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点较高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
4.(2024·甘肃金昌模拟)下列关于无机非金属材料的说法正确的是( )
A.氮化硅陶瓷、光导纤维、石英玻璃都属于新型无机非金属材料
B.硅酸盐中Si和O构成了硅氧四面体，每个Si结合2个O，每个O与4个Si相结合
C.石英、计算机芯片、水晶、玛瑙主要成分都是SiO2
D.钾长石(K2Al2Si6O16)写成氧化物的形式为K2O·Al2O3·6SiO2
答案：D
解析：氮化硅陶瓷和光导纤维属于新型无机非金属材料，石英玻璃不属于新型无机非金属材料，故A错误；硅酸盐中Si和O构成了硅氧四面体，每个Si结合4个O，每个O与2个Si相结合，故B错误；石英、水晶、玛瑙主要成分都是SiO2，计算机芯片的主要成分是Si，故C错误；钾长石是硅酸盐，写成氧化物的形式为K2O·Al2O3·6SiO2，故D正确。
5.(2024·河北邯郸一模)下列有关碳及其化合物的说法正确的是( )
A.CO2不是导致温室效应的主要气体
B.CO和CO2组成元素相同，所以他们的化学性质相同
C.金刚石、石墨是碳的单质，而C60是碳的化合物
D.在高温条件下，碳能使CO2转变成CO
答案：D
解析：CO2是导致温室效应的主要气体，A错误；CO和CO2组成元素相同，但它们分子组成不同，化学性质不相同，B错误；金刚石、石墨、C60都是碳的单质，C错误；在高温条件下，碳能使CO2转变成CO：CO2＋C2CO，D正确。
6.(2024·黑龙江哈尔滨模拟预测)5月3日，“嫦娥六号”探测器在海南文昌航天发射场由长征五号遥八运载火箭发射升空，踏上人类首次月背采样返回之旅，并于5月8日成功实施近月制动，顺利进入环月轨道飞行。下列有关说法错误的是( )
A.“嫦娥六号”所用的太阳能电池帆板的主要原料是硅
B.长征五号遥八运载火箭使用液氧、液氢推进剂，产物对环境无污染
C.“嫦娥六号”所带回的月壤可以通过红外光谱测得所含有的元素种类
D.长征五号系列运载火箭所使用的耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料
答案：C
解析：太阳能电池帆板主要成分是硅，A正确；液氧、液氢燃烧产物是水，对环境无污染，B正确；红外光谱可以确定有机物中的官能团和化学键，不能测定元素种类，C错误；耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料，D正确。
7.(2024·山东济南模拟)下列叙述正确的是( )
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B.因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D.SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物
答案：C
解析：CO2的熔、沸点低，可溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应生成的CO2为气体，脱离反应体系，不能说明硅酸的酸性比碳酸强，B错；SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。
8.(2024·河南联考)近年来，我国在航空航天、通信、环保等领域取得了举世瞩目的成就。下列说法正确的是( )
A.富勒烯、石墨烯和碳纳米管等碳纳米材料均属于新型无机非金属材料
B.Si3N4俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
C.“神舟十四号”载人飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
D.二氧化硅常被用于制造光缆，是由于其导电能力强
答案：A
解析：富勒烯、石墨烯和碳纳米管都是由碳元素组成的单质，均属于新型无机非金属材料，A项正确；SiC俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料，B项错误；高温结构陶瓷的主要成分是碳化硅、氮化硅等，属于新型无机非金属材料，C项错误；二氧化硅不导电，可用于制造光缆是由于其能够传导光信号，D项错误。
9.(2024·江苏南京二模)碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是( )
A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性
B.碳纳米管拥有极高的熔点
C.纳米管是一种新型有机纳米材料
D.纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
答案：C
解析：碳纳米管只由碳原子构成，属于单质，不是有机化合物，故C错误。
10.(2024·天津南开一模)高纯硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法制备：
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
下列说法不正确的是( )
A.步骤①的化学方程式：SiO2＋2CSi＋2CO↑
B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子
C.步骤③中的反应为氧化还原反应
D.高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO2是制造太阳能电池的基本原料
答案：D
解析：步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，故A正确；依据步骤①的化学方程式可知，反应中硅从＋4价降为0价，每生成1 mol Si，转移4 mol电子，故B正确；步骤③氢气与三氯氢硅反应生成硅和氯化氢，氢、硅元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故C正确；硅为良好的半导体材料，是制造手机芯片和太阳能电池的常用材料，二氧化硅具有良好的光学特性，是制造光导纤维的基本原料，故D错误。
11.(2024·山东济南模拟)如图是某元素常见物质的“价－类”二维图，f为钠盐。下列说法不正确的是( )
A.物质a既可被氧化，也可被还原
B.可存在a→b→d→e→f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
答案：D
解析：结合题图可知，a为CH4、b为C、c为CO、d为CO2、e为H2CO3，f为Na2CO3或NaHCO3。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；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，碳酸与适量的碱生成盐，故B正确；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；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CO2产生，酸式盐和盐酸反应，一定有二氧化碳产生，故D错误。
12.(10分)(2025·河北保定期末)氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
石英砂粗硅SiCl4(粗)SiCl4(精)Si(NH2)4氮化硅
其中－NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：
。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是 (填序号)。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为 。
(4)在高温下将SiCl4置于B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式： 。
答案：(1)SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O
(2)①② (3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
解析：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息结合质量守恒定律求得：3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
13.(17分)(2024·广东惠州一模)某混合气体可能由O2、CO、CO2中的一种或几种组成，为确定其组成，在老师的指导下，化学实验小组的同学对该混合气体的组成进行了如图的探究实验：
【查阅资料】 脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气。
【实验设计】 用如图所示的装置进行实验(已略去夹持装置)。
【实验步骤】 ①检查装置气密性；②先通入一定量的氮气之后；③再通入该混合气体，点燃酒精灯。
【实验现象】 步骤③实验过程中，A装置中无明显现象，B和F装置均出现白色沉淀，E装置中黑色粉末变成了红色。
(1)【实验结论】 该混合气体由 组成。
【实验反思】
(2)B、C装置的作用分别是 、 。
(3)步骤②先通入一定量氮气的目的是 。
(4)E装置中氧化铜粉末发生反应的化学方程式为 。
(5)F中需要处理的尾气主要成分是 ，处理方法可以是 。
答案：(1)一氧化碳和二氧化碳
(2)检验二氧化碳气体 除去二氧化碳气体
(3)排尽装置中原有的空气
(4)CO＋CuOCu＋CO2
(5)一氧化碳 点燃或收集
解析：根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。(2)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，B装置的作用为检验二氧化碳气体；氢氧化钠和二氧化碳反应，故C装置的作用是除去二氧化碳气体。(3)因为装置内含有空气，空气中含有氧气和二氧化碳等气体，如果不除去空气，会影响混合气体的检验，所以步骤②通入一定量氮气的目的是排尽装置中原有的空气。(4)E装置中，一氧化碳和氧化铜粉末在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为CO＋CuOCu＋CO2。(5)一氧化碳有毒，会污染空气，可以点燃或收集处理。
学生用书 第126页(共109张PPT)
第21讲 碳、硅及无机非金属材料
第五章 非金属及其化合物
1.了解碳、硅及其化合物的组成和成键特点。
2.了解碳、硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用，能用化学方程式表示其主要化学性质。
3.了解无机非金属材料的组成、分类及其应用价值。
复习目标
考点一 碳族元素 碳
考点二 硅及其重要化合物
内容索引
课时测评
重点强化
考点三 无机非金属材料
考点一
碳族元素 碳
1.碳族元素
碳、硅、锗、锡、铅均属于第ⅣA族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为________。
2.碳的单质
(1)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为____________。
(2)几种单质的结构特点
金刚石：__________空间网状结构；石墨：平面__________层状结构，C60是由60个碳原子形成的足球状分子晶体。
必备知识 整合
ns2np2
同素异形体
正四面体
正六边形
3.CO与CO2的比较
CO CO2 物理性质 无色无味气体，密度比空气小，难溶于水 无色无味气体，密度比空气大，可溶于水(溶解度小) 毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应) 化 学 性 质 还原性 可燃性、还原氧化铁 无(灭火) 氧化性 － ①与炽热的炭反应②Mg在CO2中燃烧 与水反应 无 CO2＋H2O H2CO3 与碱反应 (石灰水) 无 相互转化 CO2 CO 用途 燃料；冶炼金属 灭火；制汽水；植物肥料；化工原料等
4.CO2在自然界中的循环
(1)CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。
(2)自然界消耗CO2的主要反应：
①溶于江水、海水中：CO2＋H2O H2CO3；
②光合作用将CO2转化为O2；
③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2Ca(HCO3)2。
1.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质 ( )
2.水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼 ( )
3.二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红，说明二氧化碳具有酸性 ( )
4.低碳环保中的“碳”是指二氧化碳 ( )
5.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应 ( )
6.向空气中排放二氧化碳会形成酸雨 ( )
7.向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失 ( )
8.向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体 ( )
正误判断
√
√
×
√
×
×
×
√
1.科技的进步为二氧化碳资源化利用提供了广阔的前景。下列说法错误
的是
A.CO2是自然界碳循环中的重要物质
B.CO2加氢转化为乙烯，CO2被还原
C.CO2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
关键能力 提升
√
CO2中C元素的化合价为＋4价，只能发生得电子的还原反应，电催化时，CO2在阴极得电子转化为燃料，阳极为失电子的氧化反应，故C
错误。
2.中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是
A.捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2
B.环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶
C.反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质
D.可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2
√
NaOH溶液喷成雾状，可增大反应物接触面积，提高CO2吸收率，A正确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再高温煅烧，故基本操作不是蒸发结晶，B错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环利用，C正确；Na2CO3溶液可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液，D正确。
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考点二
硅及其重要化合物
一、硅单质
1.存在形式：在自然界主要以________和________的形式存在。
2.物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体，熔点_____，硬度_____，有
脆性。
必备知识 整合
硅酸盐
氧化物
高
大
3.化学性质
(1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟气、氢氟酸、碱反应，反应的化学方程式分别为
与氟气：_____________________；
与氢氟酸：____________________________；
与碱：________________________________________。
(2)在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应，与氧气反应的化学方程式为Si＋O2SiO2。
Si＋2F2SiF4
Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
4.硅的工业制法及提纯
涉及的化学方程式：
①__________________________________；
②__________________________________；
③__________________________________。
5.用途
(1)良好的半导体材料；
(2)太阳能电池；
(3)计算机芯片。
SiO2＋2CSi＋2CO↑
Si＋3HClSiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2Si＋3HCl
二、二氧化硅
1.物理性质：熔点____，硬度____，难溶于水。
2.化学性质
(1)SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式为___________________________________。
(2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钙反应的化学方程式为___________________________________。
(3)在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，如与氧化钙反应的化学方程式为_________________________________。
(4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为____________________________。
3.用途：制光导纤维、光学仪器等。
高
大
SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O
SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑
SiO2＋CaOCaSiO3
SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O
三、硅酸(H2SiO3)
H2SiO3SiO2＋H2O
不
弱
NaCO3＋H2SiO3
←
Na2SiO3＋2HCl 2NaCl＋H2SiO3
四、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，是构成地壳岩石的主要成分。
2.硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
3.硅酸盐写成氧化物形式的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。
如，石棉(CaMg3Si4O12)用氧化物的形式表示为_____________________。
CaO·3MgO·4SiO2
1.晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料 ( )
2.非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4 ( )
3.硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是一种建筑行业常用的黏合剂 ( )
4.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶 ( )
5.石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能
( )
6.工业上制取粗硅的反应是SiO2＋CSi＋CO2↑ ( )
7.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳
酸强 ( )
正误判断
×
√
√
√
×
×
×
考向1 硅、二氧化硅的性质与用途
1.下列说法中不正确的是
A.硅晶片是生产芯片的基础材料
B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化
C.硅在自然界中主要以单质形式存在
D.硅是应用最广泛的半导体材料
关键能力 提升
√
硅晶片是优良的半导体材料，是生产芯片的基础材料，故A正确；光敏树脂在曝光条件下成像时有新物质生成，属于化学变化，故B正确；硅元素在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，故C错误；硅是优良的半导体材料，应用最为广泛，可用于制造和生产芯片，故D正确。
2.二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部分转化过程如图所示，下列说法正确的是
A.SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，
属于两性氧化物
B.因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应
放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强
C.SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性
D.除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应
√
SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，但不属于两性氧化物，因为二氧化硅只能与一种酸反应，且生成的四氟化硅不是盐，A错误；高温条件下，二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，常温下，二氧化硅和碳酸钠不反应，所以不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，反应中硅元素的化合价不变，不能体现二氧化硅的氧化性，C错误；题图中氧化还原反应有3个，即Si的制取过程中涉及的反应，其他反应都是非氧化还原反应，D正确。
考向2 工业制取高纯硅问题分析
3.H2SO4-SiO2法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是
A.合成1反应中H2作氧化剂
B.合成2中反应的化学方程式为SiF4＋
NaAlH4SiH4＋NaAlF4
C.上述流程说明SiO2可溶于H2SO4
D.净化、热解中生成的多晶硅为还原产物
√
合成1中发生反应的化学方程式为Na＋Al＋2H2NaAlH4，H由0价转化成－1价，化合价降低，氢气作氧化剂，故A说法正确；合成2中发生反应的化学方程式为NaAlH4＋SiF4SiH4＋NaAlF4，故B说法正确；合成3中NaAlF4与硫酸反应生成HF，HF与二氧化硅反应生成SiF4，不能说明二氧化硅可溶于硫酸，故C说法错误；四氢化硅分解为晶体硅和氢气，根据电负性分析，氢的电负性强于硅，硅元素显＋4价，化合价降低，因此晶体硅为还原产物，故D说法正确。
4.晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：
①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2；
②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。
回答相关问题：
(1)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为33 ℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方法为 。
蒸馏
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已
略去)：
①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是___________
____________________。
②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是 。
的空气，以防爆炸
排出装置内
水浴加热
考向3 硅胶 多硅酸盐结构的理解
5.硅胶吸附剂常用作干燥剂，其结构示意图如图所示，在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少来决定硅胶是否失效，原理为CoCl2(蓝色)＋6H2OCoCl2·6H2O(粉红色)，失效的硅胶可加热再生，下列说法错误的是
A.当硅胶变粉红色说明硅胶失效了
B.SiO2是酸性氧化物，硅胶可干燥HF和Cl2等酸性气体
C.失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高
D.当硅胶遇到大量的水分子时，硅羟基与水形成过多氢
键从而失去吸附力
√
由题中信息可知，硅胶吸水后，CoCl2会变成
CoCl2·6H2O(粉红色)，故变成粉红色说明硅胶
失效了，A正确；二氧化硅可以和HF反应，
故硅胶不能干燥HF，B错误；由硅胶结构可知，硅胶用作干燥剂，是通过硅羟基和水分子之间形成氢键而达到吸水的目的，故当硅胶遇到大量的水分子时，硅羟基与水形成过多氢键从而失去吸附力，D正确。
6.形式多样的硅酸盐是无机矿物的重要基石。Si是一种四面体形的离子(属于硅酸根离子)，其结构可用图a表示，硅原子位于该四面体体心，四个氧原子各占一个顶点。图b和图c则是复合硅酸根离子中的两个实例，均为无支链的单环状，分别由数个硅氧四面体a通过共用氧原子的形式
构成。
(1)b的化学式为 。
Si3
b含有氧原子个数为9，含有3个四面体结构，则含有硅原子个数为3，根据化合物中Si的化合价为＋4、氧元素化合价为－2可知，b的化学式为Si3。
(2)若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则其化学式为___________。
Sin
c中含有6个四面体结构，所以含有6个Si原子，含有的氧原子数为18，c中含有的氧原子数比6个硅酸根离子含有的氧原子数少6个，带有的电荷为6×(－2)＝－12；根据题图可知：若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则含有n个四面体结构，含有的氧原子比n个硅酸根离子含有的氧原子恰好少n个，即含有n个Si，3n个O，带有的负电荷为n×(－2)＝－2n，其化学式为Sin。
(3)绿柱石是铍、铝的此类硅酸复盐，其化学式中含6个硅原子，该复盐的化学式是 。
Be3Al2Si6O18(或3BeO·Al2O3·6SiO2)
根据Sin可知，含有6个硅原子的硅酸盐所带的负电荷为12，设铍的个数为x，铝的个数为y，则2x＋3y＝12，讨论可得x＝3、y＝2，其化学式为Be3Al2Si6O18或3BeO·Al2O3·6SiO2。
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考点三
无机非金属材料
一、硅酸盐材料
1.陶瓷
陶瓷是以______(主要成分为含水的__________)为主要原料，经_______烧结而成的。
2.玻璃
普通玻璃的主要成分为__________________________，它是以__________
_______________为主要原料，经混合、粉碎，在_________中熔融，发生复杂的______________________而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造__________用于高强度__________等。
必备知识 整合
黏土
铝硅酸盐
高温
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
纯碱、石
灰石和石英砂
玻璃窑
物理变化和化学变化
玻璃纤维
复合材料
3.水泥
普通硅酸盐水泥的主要原料是______________，二者与其他辅料经混合、研磨后在____________中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥___________，再磨成细粉就能得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。
黏土和石灰石
水泥回转窑
硬化速率
二、新型无机非金属材料
1.新型陶瓷
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
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在高温下烧结而成 火箭发动机、汽车发动机、高温电极材料等
压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
材料类型 主要特性 示例 用途
透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 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
碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。
(1)类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
(2)用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
材料类型 性能 用途
碳纳米管 比表面积大，高强度，优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 电阻率低，热导率高，具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
A.清绿地素三彩花卉撇口碗
B.明代三彩孩童骑牛陶俑
C.南朝弦纹三足铜铛
D.东晋咸和二年酱褐釉陶牛车模型
考向1 传统无机非金属材料
1.中国文物具有鲜明的时代特征。下列源自广东韶关的文物的主要成分不属于硅酸盐的是
关键能力 提升
√
清绿地素三彩花卉撇口碗的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，A不符合题意；明代三彩孩童骑牛陶俑的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，B不符合题意；南朝弦纹三足铜铛的主要成分为铜，属于金属材料，不属于硅酸盐，C符合题意；东晋咸和二年酱褐釉陶牛车模型的主要成分为陶瓷，属于硅酸盐，D不符合题意。
2.世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为______________
______________________________、________________________________
(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是________。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式为__________________________________
____________________________________ (任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是 (填化学式)。
6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋
SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O
石灰石
SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋ CO2↑
(或SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑)
SiO2
(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是 (填字母)。
A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚
C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚
D
普通玻璃坩埚和石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A、B不选；氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C不选；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D选。
考向2 新型无机非金属材料
3.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
√
石墨烯是碳的单质，不是新型化合物，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有的羟基和羧基为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
4.近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是
A.石墨烯具有良好的导电性
B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C.石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但生成物不同
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
√
石墨烯具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件与浓硫酸都能发生反应，且生成物相同，D错误。
1.正误判断
(1)(2024·湖北卷)陶瓷是黏土高温烧结而成，且形成新的化学键 ( )
(2)(2024·湖北卷)石墨能导电是因为未杂化的p轨道重叠使电子可在整个碳原子平面内运动 ( )
(3)(2022·浙江卷)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维 ( )
(4)(2022·广东卷)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光导纤维 ( )
高考真题 感悟
√
√
×
√
(5)(2022·江苏卷)单晶硅熔点高，所以可用作半导体材料 ( )
(6)(2021·辽宁卷)高纯硅可用于制芯片 ( )
(7)(2021·广东卷)用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品，原理是氢氟酸与SiO2反应
( )
×
√
√
2.(2024·广东卷)嘀嗒嘀嗒，时间都去哪儿了！计时器的发展史铭刻着化学的贡献。下列说法不正确的是
A.制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料
B.机械表中由钼钴镍铬等元素组成的发条，其材质属于合金
C.基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiC
D.目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准Cs的质子数为55
√
制作日晷圆盘的石材主要为大理石，属于无机非金属材料，A正确；由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物称为合金，机械表中由钼钴镍铬等元素组成的发条，其材质属于合金，B正确；基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiO2，C错误；目前“北京时间”授时以铯原子钟为基
准Cs的质量数为135，质子数为55，D正确。
3.(2024·河北卷)燕赵大地历史悠久，文化灿烂。对下列河北博物院馆藏文物的说法错误的是
A.青铜铺首主要成分是铜锡合金
B.透雕白玉璧主要成分是硅酸盐
C.石质浮雕主要成分是碳酸钙
D.青花釉里红瓷盖罐主要成分是硫酸钙
√
青铜铺首是青铜器，青铜的主要成分是铜锡合金，A正确；透雕白玉璧是玉石，玉石的主要成分是硅酸盐，B正确；石质浮雕的材质是汉白玉，汉白玉的主要成分是碳酸钙，C正确；青花釉里红瓷盖罐是陶瓷，陶瓷的主要成分是硅酸盐，D错误。
4.(2023·广东卷)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是
√
A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟
九霄环佩木古琴主要由木材、动物筋制得，A错误；裴李岗文化骨笛由动物骨骼制成，B错误；商朝后期陶埙属于陶瓷，由硅酸盐制成，C正确；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误。
5.(2022·河北卷)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MgO和SiO2
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
√
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，B错误；陶瓷烧制过程发生复杂的物理和化学变化，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铁，D错误。
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重点强化11
含氮物质的转化
一、氮元素的“价－类”二维图
氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。
重点精讲
二、含氮元素物质之间的转化关系
典型物质间转化方程式再落实。
(1)工业合成氨：______________________________；
(2)实验室用NH4Cl固体制NH3：____________________________________
____________；
(3)NH3的催化氧化：___________________________________；
(4)NO2溶于水：_____________________________；
N2＋3H22NH3
2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋2H2O＋
CaCl2
4NH3＋5O24NO＋6H2O
3NO2＋H2O2HNO3＋NO
(5)Cu溶于稀HNO3：____________________________________________；
(6)Cu溶于浓HNO3：____________________________________________；
(7)炽热的炭与浓硝酸反应：______________________________________；
(8)浓硝酸见光分解：____________________________________________。
3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O
1.(2024·山东日照二模)下列关于含氮化合物之间转化的离子方程式书写错误的是
A.氧化物转化为酸：3NO2＋H2O2H＋＋2N＋NO
B.氧化物转化为两种盐：2NO2＋2OH－N＋N＋H2O
C.氢化物转化为络合物：4NH3＋Cu(OH)2[Cu(NH3)4](OH)2
D.酸转化为氧化物：Fe＋4H＋＋NFe3＋＋NO↑＋2H2O
强化训练
√
NO2和水反应生成NO和HNO3，离子方程式为3NO2＋H2O2H＋＋2N＋NO，A正确；NO2和NaOH溶液反应生成硝酸钠和亚硝酸钠，离子方程式为2NO2＋2OH－N＋N＋H2O，B正确；氢氧化铜和氨水反应生成[Cu(NH3)4](OH)2，离子方程式为Cu(OH)2＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，C错误；Fe和稀硝酸反应生成NO和硝酸铁，离子方程式为Fe＋4H＋＋NFe3＋＋NO↑＋2H2O，D
正确。
2.下列关系图中，A是一种正盐，B是气态氢化物，C是单质，F是强酸。当X无论是强酸还是强碱时都有如下转化关系(其他产物及反应所需条件均已略去)，当X是强碱时，过量的B跟Cl2反应除生成C外，另一产物是盐酸盐。
下列说法不正确的是
A.当X是强酸时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F可能是H2SO4
B.当X是强碱时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F是HNO3
C.当X是强酸时，C在常温下是气态单质
D.B和Cl2的反应为氧化还原反应
√
当X是强碱时，A和强碱反应产生的气态氢化物B为NH3，则A为铵盐，过量的B跟Cl2反应生成的盐酸盐是NH4Cl，则C为N2，由此判断D为NO、E为NO2、F为HNO3；A和强酸反应生成的B能被Cl2氧化，且生成的C能被O2连续氧化，在常见的物质中可考虑A为硫化物，所以，当X是强酸时，A、B、C、D、E、F可分别为(NH4)2S、H2S、S、SO2、SO3、H2SO4，故A、B正确，C错误；B是氨气或硫化氢，氨气与Cl2反应生成氯化铵和氮气，硫化氢和氯气反应生成硫单质和氯化氢，因此B与氯气的反应是氧化还原反应，故D正确。
3.(2025·安徽阜阳模拟预测)物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个重要维度。如图为氮元素及其部分化合物的价态类别图。下列说法正确的是
A.图中各物质均参与自然界循环
B.c、d均为酸性氧化物
C.f不能检验氯气管道是否漏气
D.实验室可用g的固体与NaOH固体加热制备f
√
题图为氮元素及其部分化合物的价态类别图。
由题图可知，a为硝酸盐、b为硝酸、c为一氧
化氮、d为二氧化氮或四氧化二氮、e为氮气、
f为氨气、g为铵盐。氮气和氧气放电或高温条件下反应生成NO，NO和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸进入土壤中转化为硝酸盐，硝酸盐可被植物转化为有机物，然后排泄后转化为氨或铵盐等，各物质均参与自然界循环，A正确；NO、NO2、N2O4为不成盐氧化物，B错误；氨气和氯气能发生反应生成白烟，能检验氯气管道是否漏气，C错误；实验室制取氨气时是将氯化铵与氢氧化钙混合加热，D错误。
4.(2024·山东日照二模)部分含氮物质的分类与相应化合物关系如图所示。下列说法错误的是
A.b具有碱性和还原性
B.反应Ⅰ中氧化产物和还原产物的物质的
量之比为1∶1
C.反应Ⅱ过程中生成0.1 mol N2时，转移
1 mol电子
D.反应Ⅲ能有效降低水体中的氮元素含量
√
由题图可知a为NH3、b为N2H4、c为铵盐、d为
亚硝酸盐、e为硝酸盐；b为肼，结构简式为H2N
－NH2，氨基具有碱性，N呈－2价，化合价可升
高具有还原性，A正确； 反应Ⅰ中氮的化合价由－3价变为0价，得到氧化产物氮气，＋3价变为0价，得到还原产物氮气，结合电子守恒可知，氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶1，B正确；反应Ⅱ为硝酸根离子被亚铁离子还原为氮气，氮元素化合价由＋5变为0，则生成0.1 mol N2时，转移0.1 mol×2×5＝1 mol电子，C正确；反应Ⅲ为＋3价氮元素转化为－3价，亚硝酸盐转化为铵盐，不能有效降低水体中的氮元素含量，D错误。
5.氮是生命体重要的组成元素，自然界中氮的循环对生命活动有重要意义。
(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一、其中的CO、NOx在适宜条件下会转化为参与大气循环的两种无毒气体，该过程的化学反应方程式为______________
__________________________。
N2＋2xCO2
2NOx＋2xCO
CO、NOx在适宜条件下会转化为参与大气循环的两种无毒气体，即氮气和二氧化碳，该过程的化学反应方程式为2NOx＋2xCON2＋2xCO2。
(2)“价－类”二维图是学习元素化合物性质的重要方法，利用所学知识能更好地了解氮的循环。
①图中A的类别为 ；丙为钠盐，其化学式为 。
单质
NaNO3
题图中A对应N2，N2属于单质；丙为＋5价N元素的钠盐，其化学式为NaNO3。
②甲为常见的碱性气体，是制造氮肥、炸药等物质的化工原料。实验室制备甲的化学方程式为 。
实验室用该反应原理制取并收集一瓶干燥的甲气体，从下图中选择合适的装置，其连接顺序为 (按从左到右的气流方向，用小写字母和箭头表示)。
2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
a→d→c→f→e→i
甲为常见的碱性气体，甲是NH3。实验室用氢氧化钙和氯化铵加热制备氨气，反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。实验室用该反应原理制取氨气，用碱石灰干燥氨气，用向下排空气法收集氨气，则仪器的连接顺序为a→d→c→f→e→i。
③用以下物质研究乙的性质，预测能与乙发生反应的物质为 (填字母)。
A.Na2SO4 B.H2SO4
C.CO2 D.NH3·H2O
D
乙是N元素的＋5价含氧酸，乙是HNO3，氨水呈碱性，和硝酸反应生成硝酸铵，选D。
④丁主要用于染料、医药、印染、漂白等方面，且丁的焰色反应呈黄色。丁在酸性条件下，与KI按物质的量1∶1恰好完全反应，生成能使淀粉变蓝的物质，写出该过程发生反应的离子方程式：________________________
_____________________。
I2＋2NO↑＋2H2O
2N＋2I－＋4H＋
丁是N元素的＋3价含氧酸盐，丁的焰色反应呈黄色，丁为NaNO2。NaNO2在酸性条件下，与KI按物质的量1∶1恰好完全反应，生成能使淀粉变蓝的物质I2，I元素化合价由－1升高为0，根据得失电子守恒，N元素化合价由＋3降低为＋2，该过程发生反应的离子方程式为2N＋2I－＋4H＋I2＋2NO↑＋2H2O。
(3)海洋生物参与氮循环的过程如图所示(其他含氮物质不参与反应)。
以上六种含氮微粒中，共呈现了氮元素的 种价态。反应③和⑤中，若生成等物质的量的N2，则转移的电子数之比为 。
5
2∶3
N和NH3中N元素为－3价、NH2OH中N元素为－1价、N2中N元素为0价、N2H4中N元素为－2价、N中N元素为＋3价，以上六种含氮微粒中，共呈现了氮元素的5种价态。反应③中N元素化合价由－2变为0，反应⑤中N元素化合价由＋3变为0，若生成等物质的量的N2，则转移的电子数之比为2∶3。
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课 时 测 评
1.(2024·河北邢台期中)“四面天成体，硅酸不二盐。合分催化易，贵贱识瑕难。粉碎出新质，熔融弃旧观。单晶福四海，共价造人间。”有关这首五律诗的化学知识解读错误的是
A.硅酸盐主要以正盐形式存在
B.硅酸盐中，Si和O构成硅氧四面体
C.硅晶体用于制作光导纤维
D.大多数硅酸盐具有耐高温、耐腐蚀的特点
√
硅酸盐主要以正盐形式存在，故A正确；在硅酸盐结构中，每个Si一般被4个O所包围，构成[SiO4]4－四面体，故B正确；硅晶体用于制作计算机芯片、太阳能电池板，二氧化硅用于制作光导纤维，故C错误；硅酸盐材料大多具有硬度高、耐高温、耐腐蚀的特点，故D正确。
文物
河北省博物馆中的长信宫灯 西周玉鹿 明代象牙雕寿星 战国青罐
选项 A B C D
2.(2024·广东东莞二模)中华文化源远流长、博大精深。下列文物主要是由硅酸盐类材料构成的是
√
河北省博物馆中的长信宫灯由金属材料制成，A错误；玉不属于硅酸盐材料，B错误；象牙属于蛋白质，C错误；陶瓷属于硅酸盐材料，D
正确。
3.“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，下列有关说法中正确的是
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
√
陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；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项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点较高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
4.(2024·甘肃金昌模拟)下列关于无机非金属材料的说法正确的是
A.氮化硅陶瓷、光导纤维、石英玻璃都属于新型无机非金属材料
B.硅酸盐中Si和O构成了硅氧四面体，每个Si结合2个O，每个O与4个Si相结合
C.石英、计算机芯片、水晶、玛瑙主要成分都是SiO2
D.钾长石(K2Al2Si6O16)写成氧化物的形式为K2O·Al2O3·6SiO2
√
氮化硅陶瓷和光导纤维属于新型无机非金属材料，石英玻璃不属于新型无机非金属材料，故A错误；硅酸盐中Si和O构成了硅氧四面体，每个Si结合4个O，每个O与2个Si相结合，故B错误；石英、水晶、玛瑙主要成分都是SiO2，计算机芯片的主要成分是Si，故C错误；钾长石是硅酸盐，写成氧化物的形式为K2O·Al2O3·6SiO2，故D正确。
5.(2024·河北邯郸一模)下列有关碳及其化合物的说法正确的是
A.CO2不是导致温室效应的主要气体
B.CO和CO2组成元素相同，所以他们的化学性质相同
C.金刚石、石墨是碳的单质，而C60是碳的化合物
D.在高温条件下，碳能使CO2转变成CO
√
CO2是导致温室效应的主要气体，A错误；CO和CO2组成元素相同，但它们分子组成不同，化学性质不相同，B错误；金刚石、石墨、C60都是碳的单质，C错误；在高温条件下，碳能使CO2转变成CO：CO2＋C2CO，D正确。
6.(2024·黑龙江哈尔滨模拟预测)5月3日，“嫦娥六号”探测器在海南文昌航天发射场由长征五号遥八运载火箭发射升空，踏上人类首次月背采样返回之旅，并于5月8日成功实施近月制动，顺利进入环月轨道飞行。下列有关说法错误的是
A.“嫦娥六号”所用的太阳能电池帆板的主要原料是硅
B.长征五号遥八运载火箭使用液氧、液氢推进剂，产物对环境无污染
C.“嫦娥六号”所带回的月壤可以通过红外光谱测得所含有的元素种类
D.长征五号系列运载火箭所使用的耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料
√
太阳能电池帆板主要成分是硅，A正确；液氧、液氢燃烧产物是水，对环境无污染，B正确；红外光谱可以确定有机物中的官能团和化学键，不能测定元素种类，C错误；耐高温陶瓷属于新型无机非金属材料，D正确。
7.(2024·山东济南模拟)下列叙述正确的是
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B.因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D.SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物
√
CO2的熔、沸点低，可溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应生成的CO2为气体，脱离反应体系，不能说明硅酸的酸性比碳酸强，B错；SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。
8.(2024·河南联考)近年来，我国在航空航天、通信、环保等领域取得了举世瞩目的成就。下列说法正确的是
A.富勒烯、石墨烯和碳纳米管等碳纳米材料均属于新型无机非金属材料
B.Si3N4俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
C.“神舟十四号”载人飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
D.二氧化硅常被用于制造光缆，是由于其导电能力强
√
富勒烯、石墨烯和碳纳米管都是由碳元素组成的单质，均属于新型无机非金属材料，A项正确；SiC俗称金刚砂，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料，B项错误；高温结构陶瓷的主要成分是碳化硅、氮化硅等，属于新型无机非金属材料，C项错误；二氧化硅不导电，可用于制造光缆是由于其能够传导光信号，D项错误。
9.(2024·江苏南京二模)碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法不正确的是
A.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，
体现特殊的催化活性
B.碳纳米管拥有极高的熔点
C.纳米管是一种新型有机纳米材料
D.纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
√
碳纳米管只由碳原子构成，属于单质，不是有机化合物，故C错误。
10.(2024·天津南开一模)高纯硅是典型的无机非金属材料，它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：SiO2＋2CSi＋2CO↑
B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子
C.步骤③中的反应为氧化还原反应
D.高纯硅是制造手机芯片的常用材料，SiO2是制造太阳能电池的基本原料
√
SiO2S i(粗) SiHCl3 Si(纯)
步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，故A正确；依据步骤①的化学方程式可知，反应中硅从＋4价降为0价，每生成1 mol Si，转移4 mol电子，故B正确；步骤③氢气与三氯氢硅反应生成硅和氯化氢，氢、硅元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故C正确；硅为良好的半导体材料，是制造手机芯片和太阳能电池的常用材料，二氧化硅具有良好的光学特性，是制造光导纤维的基本原料，故D错误。
SiO2S i(粗) SiHCl3 Si(纯)
11.(2024·山东济南模拟)如图是某元素常见物质的“价－类”二维图，f为钠盐。下列说法不正确的是
A.物质a既可被氧化，也可被还原
B.可存在a→b→d→e→f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
√
结合题图可知，a为CH4、b为C、c为CO、d为
CO2、e为H2CO3，f为Na2CO3或NaHCO3。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；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，碳酸与适量的碱生成盐，故B正确；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；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CO2产生，酸式盐和盐酸反应，一定有二氧化碳产生，故D错误。
12.(10分)(2025·河北保定期末)氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
其中－NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因： 。
SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O
石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是 (填序号)。
①②
反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。
(3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为 。
Si3N4
氮化硅的化学式可通过题目信息结合质量守恒定律求得：3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。
(4)在高温下将SiCl4置于B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式： 。
3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
13.(17分)(2024·广东惠州一模)某混合气体可能由O2、CO、CO2中的一种或几种组成，为确定其组成，在老师的指导下，化学实验小组的同学对该混合气体的组成进行了如图的探究实验：
【查阅资料】 脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气。
【实验设计】 用如图所示的装置进行实验(已略去夹持装置)。
【实验步骤】 ①检查装置气密性；②先通入一定量的氮气之后；③再通入该混合气体，点燃酒精灯。
【实验现象】 步骤③实验过程中，A装置中无明显现象，B和F装置均出现白色沉淀，E装置中黑色粉末变成了红色。
(1)【实验结论】 该混合气体由 组成。
一氧化碳和二氧化碳
根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干
燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。
【实验反思】
(2)B、C装置的作用分别是 、 。
检验二氧化碳气体
除去二氧化碳气体
根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄
清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，B装置的作用为检验二氧化碳气体；氢氧化钠和二氧化碳反应，故C装置的作用是除去二氧化碳气体。
(3)步骤②先通入一定量氮气的目的是 。
排尽装置中原有的空气
根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含
有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。因为装置内含有空气，空气中含有氧气和二氧化碳等气体，如果不除去空气，会影响混合气体的检验，所以步骤②通入一定量氮气的目的是排尽装置中原有的空气。
(4)E装置中氧化铜粉末发生反应的化学方程式为____________________。
CO＋CuOCu＋CO2
根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含
有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。E装置中，一氧化碳和氧化铜粉末在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为CO＋CuOCu＋CO2。
(5)F中需要处理的尾气主要成分是 ，处理方法可以是
________________。
一氧化碳
点燃或收集
根据资料，脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气，如果该气体中含有氧气，氧气和还原铁粉会反应生成红棕色的氧化铁，而步骤③实验过程中A装置无明显现象，说明该气体中不含氧气；因为二氧化碳能使澄
清石灰水变浑浊，所以步骤③中B装置出现白色沉淀，说明该气体中含有二氧化碳；气体经过C装置，二氧化碳被除去，再经过浓硫酸干燥，气体进入E装置，实验过程中F装置内的澄清石灰水中出现白色沉淀，E装置中黑色的氧化铜变成光亮的红色物质，说明反应生成了二氧化碳和铜，因为一氧化碳和氧化铜在加热条件下能反应生成铜和二氧化碳，所以该气体中还含有一氧化碳；故该气体由一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2)组成。一氧化碳有毒，会污染空气，可以点燃或收集处理。
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