版高考化学一轮复习第4章常见非金属及其化合物第1.docx
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版高考化学一轮复习第4章常见非金属及其化合物第1
碳、硅及无机非金属材料
考点一 碳、硅单质及氧化物
1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
(1)自然界中的碳元素既有游离态,又有化合态,而硅元素因有亲氧性,所以仅有化合态。
碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体,硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
(2)单质的结构、物理性质与用途比较
碳
硅
结构
金刚石:
空间网状结构
石墨:
层状结构
晶体硅:
与金刚石类似的空间网状结构
物理
性质
金刚石熔点高、硬度大
石墨熔点高、质软,有滑腻感
晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、硬度大、熔点高
用途
金刚石用作切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯
晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池
2.碳、硅单质的化学性质——还原性
碳、硅的最外层都是4个电子,位于元素周期表的第ⅣA族,不容易失也不容易得电子,通常化学性质稳定,但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应,一般表现为还原性(如图)。
(1)碳的还原性
碳有重要的用途,除了在氧气中燃烧利用其热能外,还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、生产水煤气等,完成上图转化关系中①~④的化学方程式。
①CO2+C
2CO;
②SiO2+2C
Si+2CO↑;
③C+H2O(g)
CO+H2;
④2CuO+C
2Cu+CO2↑。
碳的还原性还表现为可将强氧化性浓硫酸、浓硝酸分别还原为SO2和NO2,本身被氧化为CO2。
(2)硅的化学性质不活泼,在常温下只能与氟气(F2)、氢氟酸(HF)、强碱反应,不能与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸反应,加热时能与氧气、氯气反应。
完成上图转化关系中⑥~⑧的化学方程式。
⑥Si+2Cl2
SiCl4;
⑦Si+2F2===SiF4;
⑧Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。
3.二氧化硅和二氧化碳的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
结构
立体网状结构,不存在单个分子
存在单个
CO2分子
主要物
理性质
硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水
熔、沸点低,常温下为气体,微溶于水
化学性质
与水反应
不反应
CO2+H2OH2CO3
与酸
反应
只与氢氟酸反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
不反应
与碱
反应
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量:
CO2+2NaOH===
Na2CO3+H2O、
CO2过量:
CO2+NaOH===NaHCO3
与盐
反应
如与Na2CO3反应:
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
如与Na2SiO3反应:
Na2SiO3+H2O+CO2(不足)===H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2H2O+2CO2(足量)===H2SiO3↓+2NaHCO3
与碱
性氧化
物反应
如与CaO反应:
SiO2+CaO
CaSiO3
如与Na2O反应:
Na2O+CO2===Na2CO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
深度思考
1.从元素周期表的位置看,碳和硅均为ⅣA族元素,自然界中有碳的多种单质存在,自然界中有硅的单质吗?
为什么?
答案 没有,因为硅有很强的亲氧性,在地壳形成时硅与氧易结合,难分离,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。
2.从元素周期表的位置看,硅的还原性比碳强,但碳能与SiO2反应制取Si,试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。
答案 2C+SiO2
Si+2CO↑,由于CO气体的逸出,促使反应正向进行。
3.写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法:
(1)CO(CO2):
____________________________________________。
(2)CO2(CO):
_____________________________________________。
(3)CO2(O2):
________________________________________________。
(4)CO2(SO2):
______________________________________________。
(5)CO2(HCl):
_____________________________________________。
答案
(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶
(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管 (3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管 (4)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶 (5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶
4.如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。
将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂,则对应答案栏可空着)。
可供选择的试剂:
A.盐酸 B.氢氧化钠溶液 C.氧气
D.水 E.二氧化碳
可选用的操作:
①水洗 ②加热 ③高温灼烧 ④过滤
⑤结晶
粉末状混合物
选择的试剂
选用的操作
(1)
CaCO3(SiO2)
(2)
NaCl(SiO2)
(3)
SiO2(Fe2O3)
(4)
SiO2(CaCO3)
(5)
SiO2(NH4Cl)
答案
(1)B ④
(2)D ④⑤ (3)A ④ (4)A ④
(5)②
解析 可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物,可与强碱反应,不与酸(氢氟酸除外)反应;受热不分解等性质选择。
而三氧化二铁、碳酸钙与盐酸反应;硅酸、氯化铵能受热分解。
通过一定操作,除去杂质。
除杂过程中所发生反应的化学方程式如下:
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O;
(3)Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O;
(4)CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O;
(5)NH4Cl
NH3↑+HCl↑。
题组一 对比掌握碳、硅单质、氧化物的性质和用途
1.下列对于碳和硅的叙述中,正确的是( )
A.其氧化物都能与NaOH溶液反应
B.其单质在加热时都能跟O2反应
C.其氧化物都能溶于水生成相应的酸
D.碳和硅两种元素共有两种单质
答案 B
解析 CO不溶于水不能生成相应的酸,也不能与NaOH溶液反应;SiO2不溶于水,也不能生成相应的酸;碳有金刚石、石墨、C60等同素异形体,硅有晶体硅和无定形硅等,所以两种元素共有多种单质。
2.下列叙述正确的是( )
A.利用高纯硅可以制成光电池,将光能直接转化为电能
B.CO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒
C.SiO2可用于制造光导纤维和半导体
D.SiO2和H2O反应可直接制备H2SiO3
答案 A
3.二氧化硅广泛存在于自然界中,在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。
a~e是对①~⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断,其中正确的是( )
①SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
②SiO2+2C
Si+2CO↑
③SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
④Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
⑤SiO2+3C
SiC+2CO↑
a.反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗,用于刻蚀玻璃
b.反应②中SiO2表现出氧化性
c.反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理
e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A.aceB.bdeC.cdeD.ab
答案 B
解析 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃,与之对应的反应是③,因此a、c判断错误;反应②是一个置换反应,其中二氧化硅被还原,表现出氧化性,b判断正确;反应④是一个复分解反应,用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳,d判断正确;反应⑤中碳的化合价由0价变为-4和+2,硅的化合价和氧的化合价都没有改变,因此二氧化硅没有参加氧化还原反应,e判断也正确。
题组二 CO2与盐或碱溶液反应的规律
4.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2,溶液变浑浊
饱和Na2CO3溶液
B
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色退去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊
澄清石灰水
答案 B
解析 由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度,Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3,因而会析出NaHCO3晶体,A项正确;B项,CO2+Na2SiO3+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓,CO2+Na2CO3+H2O===2NaHCO3,H2SiO3与CO2不反应,浑浊不会消失;C项,CO2+Ca(ClO)2+H2O===CaCO3↓+2HClO,溶液变浑浊后加入品红溶液,被HClO氧化退色;D项,首先CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O,继续通CO2,生成可溶于水的Ca(HCO3)2,再加入足量的NaOH,则:
2NaOH+Ca(HCO3)2===CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,溶液又变浑浊。
5.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∶1B.1∶2C.2∶1D.1∶3
答案 B
解析 n(CO2)=
=0.150mol,
n(NaOH)=0.200L×1.00mol·L-1=0.200mol,
=
=
,即1<
<2,
反应产物为Na2CO3、NaHCO3,设其物质的量分别为x、y,则
解得
,
所以
=
。
1.熟记硅及其化合物的特殊性质
(1)硅单质的特殊性
①Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:
SiO2+2C
Si+2CO↑;
②非金属单质一般不跟非氧化性酸反应,但Si能与HF反应:
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑;
③非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。
(2)含硅化合物的特殊性
①SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3;
②酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2能跟HF反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O;
③无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水;
④因H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入少量CO2能发生下列反应:
Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3,但在高温下SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑也能发生。
2.CO2与碱反应产物的定量判断
CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关,当CO2通入少量时生成碳酸盐,当CO2通入过量时生成碳酸氢盐;当CO2的通入量介于两者之间时,既有正盐又有酸式盐生成,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:
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O
CO2+NaOH===NaHCO3
当n(OH-)∶n(CO2)的值不同时产物如下:
考点二 硅酸盐及无机非金属材料
1.硅酸和硅酸钠
(1)硅酸
硅酸不溶于水,其酸性比碳酸弱,硅酸不能(填“能”或“不能”