无机化学基础非金属元素及其化合物碳硅硼Word下载.docx

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（1）存在：

碳单质的存在形式有金刚石、石墨、木炭、足球烯，它们互为同素异形体。

（2）结构：

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。

（3）物理性质：

金刚石熔点高、硬度大；

石墨熔点高、质，有滑腻感，是电的良导体。

（4）主要化学性质——还原性

可燃性

2C＋O2（不足）2CO、C＋O2（足量）CO2

与氧化

物反应

CuO：

2CuO＋C2Cu＋CO2↑（冶炼金属）

SiO2：

SiO2＋2CSi＋2CO↑（制取粗硅）

H2O：

C＋H2O（g）CO＋H2（制取水煤气）

与强氧化

性酸反应

浓H2SO4：

C＋2H2SO4（浓）CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

浓HNO3：

C＋4HNO3（浓）CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

2．一氧化碳（CO）

（1）物理性质

无色气体，有毒，难溶于水。

（2）化学性质——还原性

①燃烧：

2CO＋O22CO2，淡蓝色火焰；

②还原CuO：

CuO＋COCu＋CO2（冶炼金属）。

3．二氧化碳（CO2）

（1）物理性质：

CO2是一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。

（2）化学性质：

与H2O、Na2O、Ca（OH）2（足量、澄清）、Mg反应的方程式分别为CO2＋H2OH2CO3、Na2O＋CO2===Na2CO3、CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O2Mg＋CO22MgO＋C。

（3）CO2在自然界中的循环

①CO2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：

a．溶于江水、海水中：

CO2＋H2OH2CO3；

b．光合作用将CO2转化为O2；

c．岩石的风化：

CaCO3＋H2O＋CO2===Ca（HCO3）2。

（4）CO、CO2气体的除杂方法

CO中混有CO2

通过盛有NaOH溶液的洗气瓶，然后干燥气体

CO2中混有CO

通过盛有灼热CuO的硬质试管

CO2中混有少量SO2或HCl

通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥气体

①澄清石灰水只用于检验CO2，不能用于除去混合气体中的CO2，应用NaOH溶液除去；

②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生

4．碳酸（H2CO3）

弱酸性、不稳定性。

碳酸（H2CO3）只能在水中存在。

H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。

5．碳酸的酸式盐和正盐的比较

（1）在水中的溶解性

①含K＋、Na＋、NH的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；

酸式盐均能溶于水。

②一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度Ca（HCO3）2>

CaCO3；

可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度Na2CO3>

NaHCO3。

（2）水溶液酸碱性强弱

物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH大于其酸式盐溶液，如pH：

Na2CO3溶液>

NaHCO3溶液。

（3）热稳定性

一般来说，热稳定性顺序为正盐>

酸式盐>

碳酸，如稳定性Na2CO3>

NaHCO3>

H2CO3。

可溶性正盐>

难溶性正盐，如CaCO3高温分解，而K2CO3不易分解。

（4）与酸的反应

①CaCO3与盐酸反应的离子方程式：

CaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ca2＋。

②Ca（HCO3）2与盐酸反应的离子方程式：

HCO＋H＋===H2O＋CO2↑。

（5）与碱的反应

①Na2CO3与Ca（OH）2反应的离子方程式：

CO＋Ca2＋===CaCO3↓。

②NaHCO3与足量Ca（OH）2反应的离子方程式：

HCO＋Ca2＋＋OH－===CaCO3↓＋H2O。

Ca（OH）2与足量NaHCO3反应的离子方程式：

Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O。

【即时巩固】

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）。

（1）碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查（×

）

（2）溶解度：

Na2CO3<

NaHCO3（×

（3）饱和Na2CO3溶液与CaSO4固体反应的离子方程式：

CO＋CaSO4

CaCO3＋SO（√）

（4）燃料燃烧产物CO2是温室气体之一（√）

（5）将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明该溶液中一定含有CO（×

（6）向Na2SiO3溶液中通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失（×

（7）向Ca（ClO）2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CaCl2溶液中通入CO2，无明显现象，若先通入NH3再通入CO2，溶液会变浑浊（√）

（9）向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有晶体析出（√）

（10）向NaAlO2溶液中通入CO2气体，一开始有白色沉淀生成，CO2过量，沉淀溶解（×

2．CO2是自然界碳循环中的重要物质。

下列过程会引起大气中CO2含量上升的是（　　）

A．光合作用　　　　　　B．自然降雨

C．化石燃料的燃烧D．碳酸盐的沉积

解析：

选C　化石燃料燃烧产生大量CO2，会引起大气中CO2含量上升。

3．我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展，CO2转化过程示意图如下：

下列说法不正确的是（　　）

A．反应①的产物中含有水

B．反应②中只有碳碳键形成

C．汽油主要是C5～C11的烃类混合物

D．图中a的名称是2甲基丁烷

选B　反应①是CO2与H2反应生成了CO，根据元素守恒可推断有H2O生成，A项正确；

反应②是CO与H2反应生成（CH2）n，（CH2）n中还含有碳氢键，B项错误；

由示意图可知，汽油的主要成分是C5～C11的烃类混合物，C项正确；

根据a的球棍模型，可得其结构简式为CH3CH（CH3）CH2CH3，系统名称为2甲基丁烷，D项正确。

知识点二　硅及其化合物、无机非金属材料

1．硅（Si）

（1）硅的存在

硅在自然界中以化合态存在，在地壳中的含量仅次于氧。

（2）物理性质

灰黑色，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。

（3）化学性质

常温下与F2、HF、NaOH反应；

加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。

涉及的化学方程式如下：

①与非金属单质反应

②与氢氟酸反应：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

③与NaOH溶液反应：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

（4）制备方法

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：

SiO2＋2CSi＋2CO↑。

②粗硅提纯：

Si＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl。

[提醒]　①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。

②粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。

（5）主要用途

①良好的半导体材料；

②太阳能电池；

③计算机芯片。

2．二氧化硅（SiO2）

（1）二氧化硅的组成

二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙（含杂质的石英）等中。

SiO2是由Si和O按原子个数比1∶2直接构成。

Si、SiC、Si3N4、BN等也是直接由原子构成的。

（2）二氧化硅的性质及用途

物理性质

硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水

化学性质

与水反应

不反应

与酸反应

只与氢氟酸反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

与碱反应

如与NaOH反应：

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）

与盐反应

如与Na2CO3反应：

SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑

与碱性氧

化物反应

如与CaO反应：

CaO＋SiO2CaSiO3

用途

光导纤维、光学仪器、电子部件

[提醒]　①SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。

②氢氟酸能与SiO2反应，故氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中，而应存放在塑料瓶中。

3．硅酸和硅酸盐

（1）硅酸（H2SiO3）

（2）硅酸盐（如Na2SiO3）

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②与酸性较硅酸强的酸反应：

a．与盐酸反应的化学方程式：

Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

b．与CO2水溶液反应的化学方程式：

Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。

③用途：

黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。

（3）硅酸盐组成的表示

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。

如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为Na2O·

SiO2，石棉（CaMg3Si4O12）可表示为CaO·

3MgO·

4SiO2。

[提醒]　①Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；

Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。

②可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。

4．无机非金属材料

（1）传统无机非金属材料

①常见硅酸盐材料比较

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

②玻璃生产中的两个重要反应：

Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；

CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。

（2）新型无机非金属材料

材料类别

主要特性

示例

高温结构

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

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

光缆通讯、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

（1）汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土（√）

（2）因为SiO2熔点高、硬度大，所以可用于制光导纤维（×

（3）下列转化能一步实现：

CaCO3CaOCaSiO3（√）

（4）因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记（√）

（5）下列转化在给定条件下能够实现：

SiO2SiCl4Si（×

（6）石英砂