1 课题12 碳及无机非金属材料.docx
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1课题12碳及无机非金属材料
课题12 碳及无机非金属材料
学习任务1 碳及其重要化合物
一、碳单质
1．存在形式：
金刚石、石墨、无定形碳、足球烯等，它们互为同素异形体。
2．主要化学性质——还原性
（1）燃烧：
C＋O2
CO2。
（2）与氧化物反应
二、碳的氧化物——CO和CO2
1．一氧化碳的性质及应用
（1）物理性质：
无色、无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是一氧化碳与人体内血红蛋白相结合，人体因缺氧而中毒。
（2）化学性质及应用（写出有关化学方程式）
①可燃性：
2CO＋O2
2CO2，可做燃料。
②还原性：
CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O3
2Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。
2．二氧化碳的性质
（1）物理性质：
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反应的化学方程式分别为CO2＋H2OH2CO3，Na2O＋CO2===Na2CO3，CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O，2Mg＋CO2
2MgO＋C。
3．二氧化碳在自然界中的循环
（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＋H2OH2CO3。
②光合作用将CO2转化为O2和有机物：
6H2O＋6CO2
C6H12O6＋6O2。
③岩石的风化：
CaCO3＋H2O＋CO2===Ca（HCO3）2。
三、碳酸（H2CO3）
碳酸是弱酸、不稳定，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。
四、碳酸盐（常见的有Na2CO3和NaHCO3，详见第3章课题9学习任务3）
五、草酸（H2C2O4）、草酸盐的性质（教材补遗）
1．草酸（H2C2O4）的性质
H2C2O4是二元弱酸；有较强的还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色：
2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O；H2C2O4不稳定，固体受热易分解：
H2C2O4
H2O＋CO↑＋CO2↑。
2．草酸盐的性质
（1）（NH4）2C2O4易溶于水，微溶于乙醇，加热易分解，由氨水与草酸溶液作用而成。
（2）CaC2O4难溶于水和醋酸，能溶于盐酸和硝酸；灼烧时转变成氧化钙。
（3）草酸镁、草酸亚铁等微溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵在水溶液中反应而得，加热分解可得到对应金属氧化物。
判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）（2019·高考全国卷Ⅲ，7C）活性炭具有除异味和杀菌作用。
（ ）
（2）（2019·高考全国卷Ⅱ，11B）澄清的石灰水久置后出现白色固体：
Ca（OH）2＋CO2===CaCO3↓＋H2O。
（ ）
（3）（2018·高考全国卷Ⅲ，10B）用标准HCl溶液滴定NaHCO3溶液来测定其浓度，选择酚酞为指示剂。
（ ）
（4）（2018·高考全国卷Ⅰ，7D改编）含Li＋的滤液
含Li沉淀，可用硫酸钠代替碳酸钠。
（ ）
（5）[2017·高考全国卷Ⅱ，26（4）改编]草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为2MnO
＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。
（ ）
（6）（2017·高考天津卷）将固体加热至恒重可除去NaHCO3固体中的Na2CO3。
（ ）
（7）12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。
（ ）
（8）金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质。
（ ）
（9）石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。
（ ）
（10）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。
（ ）
（11）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。
（ ）
（12）向饱和NaCl的氨水溶液中通入过量CO2气体，有晶体析出。
（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）√ （6）× （7）× （8）× （9）× （10）√ （11）√ （12）√
碳及其化合物的性质及对环境的影响
宏观辨识与微观探析、科学态度与社会责任
1．化学与社会、科学、技术、环境密切相关。
下列说法不正确的是（ ）
A．T碳是一种新型三维碳结构晶体，与C60互为同素异形体
B．推广利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳经济理念
C．将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛铝合金材料
D．为汽车安装尾气催化转化装置，可将尾气中的部分CO和NO转化为无毒气体
解析：
选C。
B项，利用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，实现“碳”的循环利用，减少二氧化碳的排放，故B正确；C项，在空气中加热熔化，金属易与氧气发生反应，所以不能直接在空气中制备钛铝合金，故C错误。
2．（双选）用四种溶液进行实验，下表中溶液与操作及现象的对应关系错误的是（ ）
选项
溶液
操作及现象
A
饱和Na2CO3溶液
通入CO2，溶液无明显变化
B
HCl溶液
逐滴滴入Na2CO3溶液，开始无明显变化，一段时间后产生气泡
C
Ca（ClO）2溶液
通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去
D
澄清石灰水
通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
解析：
选AB。
A项，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，发生反应：
Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓，因而会析出NaHCO3晶体，A错误；B项，发生反应：
2HCl＋Na2CO3===2NaCl＋CO2↑＋H2O，立即产生气泡，B错误；C项，发生反应：
CO2＋Ca（ClO）2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊，再加入品红溶液，品红被HClO氧化而褪色，C正确；D项，首先发生反应：
CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O，继续通入CO2至过量，生成可溶于水的Ca（HCO3）2，再加入足量的NaOH溶液，发生反应：
2NaOH＋Ca（HCO3）2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊，D正确。
3．碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题：
（1）下列有关说法正确的是________（填字母）。
a．利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响
b．金刚石、石墨、C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异
c．木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜
d．大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用
（2）吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气中含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体，它是________（填化学式）。
（3）影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是________（填物质名称）。
（4）为减少二氧化碳对环境的影响，可将二氧化碳与氢气在300℃、200kPa、催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇（CH3OH）和水，其反应的化学方程式为______________。
答案：
（1）abcd
（2）CO （3）干冰 （4）CO2＋3H2
CH3OH＋H2O
CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析
证据推理与模型认知
4．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c（CO
）与c（HCO
）的比值为（不考虑CO
、HCO
的水解）（ ）
A．1∶1 B．1∶2
C．2∶1D．1∶3
解析：
选B。
n（CO2）＝
＝0.15mol，
n（NaOH）＝0.2L×1.00mol·L－1＝0.20mol，
由于1<
<2，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。
设n（Na2CO3）＝x，n（NaHCO3）＝y，
则有
，
解得x＝0.05mol，y＝0.10mol，则充分反应后溶液中c（CO
）∶c（HCO
）＝0.05mol∶0.10mol＝1∶2。
CO2与碱反应产物的定量判断
CO2通入NaOH、Ca（OH）2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐，当通入CO2的量介于
两者之间时，既有碳酸盐又有碳酸氢盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。
以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为
①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；
②CO2＋NaOH===NaHCO3。
当n（OH－）∶n（CO2）的值不同时产物如下：
5．（双选）（2020·合肥期末改编）常温下，向Ba（OH）2和NaOH混合溶液中缓慢通入CO2至过量（溶液温度变化忽略不计），生成沉淀物质的量与通入CO2体积的关系如图所示。
下列说法不正确的是（ ）
A．b点时溶质为NaHCO3
B．V4的值为100
C．V1、V2、V3时，溶液中c（Ba2＋）·c（CO
）相等
D．原混合溶液中n[Ba（OH）2]∶n（NaOH）＝1∶2
解析：
选BD。
ab段发生的反应为2OH－＋CO2===CO
＋H2O、CO
＋H2O＋CO2===2HCO
，所以b点溶液中溶质为NaHCO3，故A正确；发生反应Ba2＋＋2OH－＋CO2===BaCO3↓＋H2O时消耗30mL的二氧化碳，发生反应NaOH＋CO2===NaHCO3时消耗30mL的二氧化碳，发生反应BaCO3＋CO2＋H2O===Ba2＋＋2HCO
时消耗30mL的二氧化碳，所以V4的值为90，故B错误；Ksp（BaCO3）＝c（Ba2＋）·c（CO
），温度不变，溶度积不变，故C正确；D项，原混合溶液中Ba（OH）2和NaOH的物质的量之比为1∶1，故D错误。
学习任务2 无机非金属材料
一、无机非金属材料
无机非金属材料包括传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。
传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，它包括陶瓷、玻璃和水泥；新型无机非金属材料包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等。
二、硅酸盐材料
1．常见硅酸盐材料比较
水泥
普通玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
生产水泥时，加入适量石膏调节水泥的硬化速率。
2．玻璃生产中的两个重要反应
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑；
CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑。
三、新型无机非金属材料
1．硅（Si）
（1）存在形式及高纯硅的制备
①硅在自然界主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。
②晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。
工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅。
将粗硅通过化学方法进一步提纯，才能得到高纯硅。
工业制备高纯硅发生的主要化学反应如下：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑（制粗硅）
Si＋3HCl
SiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2
Si＋3HCl（制高纯硅）
（2）用途
①良好的半导体材料；②硅太阳能电池；③计算机芯片。
2．二氧化硅（SiO2）
（1）石英晶体是结晶的二氧化硅，存在于沙子、水晶、玛瑙（含杂质的石英）等中。
SiO2晶体是由Si原子和O原子直接构成的。
另外，Si、SiC、Si3N4、BN等也是由原子直接构成的。
（2
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