版高考化学大一轮复习 第四章 非金属及其化合物 第一讲 碳硅及无机非金属材料讲义.docx
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版高考化学大一轮复习第四章非金属及其化合物第一讲碳硅及无机非金属材料讲义
第一讲 碳、硅及无机非金属材料
[2017高考导航]
考纲要求
真题统计
命题趋势
1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2．了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3．以新材料、新技术为背景考查碳、硅元素及其重要化合物的性质及应用。
2015，卷Ⅰ26T；
2015，卷Ⅱ7T（A）、13T（D）；
2014，卷Ⅱ7T（AD）、9T（B）、10T（C）
高考对本部分的考查主要以碳、硅单质及其重要化合物的性质、应用为主，题型延续选择题或非选择题的形式，中等难度。
预计2017年高考将以碳族元素新型材料为主线考查相关知识，也可能以实验设计为中心来命题，复习备考时注重Si、SiO2的用途。
考点一 碳、硅单质及其重要化合物的性质[学生用书P78]
一、碳、硅的单质
1．存在：
自然界中碳元素既有游离态，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。
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2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较
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
3.碳、硅单质的化学性质
碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
碳
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硅
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二、碳、硅的氧化物
1．CO的性质
（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与人体中血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。
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（2）化学性质
①可燃性：
2CO＋O2
2CO2。
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②还原性：
CO还原Fe2O3的反应为Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2。
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2．二氧化碳与二氧化硅的比较
（1）物理性质
①熔沸点：
CO2的熔沸点比SiO2的熔沸点低。
②溶解性：
CO2可溶于水，SiO2不溶于水。
（2）化学性质
物质
二氧化碳
二氧化硅
化学性质
与水反应
CO2＋H2O
H2CO3
不反应
与酸反应
不反应
氢氟酸用于刻蚀玻璃：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
与碱反应
（如NaOH）
CO2＋2NaOH===
Na2CO3＋H2O或CO2
＋NaOH===NaHCO3
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞）
与盐反应
（如Na2CO3）
CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
与碱性氧
化物反应
与Na2O反应：
CO2＋Na2O===Na2CO3
与CaO反应：
SiO2＋CaO
CaSiO3
与碳反应
C＋CO2
2CO
2C＋SiO2
Si＋2CO↑
（3）主要用途
CO2：
化工原料、灭火剂。
干冰用作制冷剂，人工降雨。
SiO2：
制光学仪器、石英玻璃。
水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。
三、硅酸和硅酸钠
1．硅酸
硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能（填“能”或“不能”）使紫色石蕊试液变红色。
（1）硅酸不稳定，受热易分解：
H2SiO3△,SiO2＋H2O。
（2）硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
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（3）硅酸在水中易聚合形成胶体。
硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。
2．硅酸钠（Na2SiO3）
（1）白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃（或泡花碱），有黏性，水溶液显碱性。
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（2）它能与酸性较硅酸强的酸反应，Na2SiO3溶液与下列两种物质反应的化学方程式分别为髋峥谯墳枫郐唢鲁砺禮鋮濒鹘覬辮煬愠錸渾轴閂饜鋮濰郦編胜鲤粤貿钯廈漢櫝誕調張惧鎊冊磽閫炀瀾蒞渙傥絀緯籜牆壚洒騁侶兴磽淀瞞銨揮岘臍醞譎車关辔鸶吳峴丟鸹椏泾黉虾納锚简绁剀脓丽薟谙鉿痫晝袅攜韞鎊債镤撸潛試。
与盐酸反应：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
与CO2（少量）反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
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（3）用途：
黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）（2015·高考安徽卷）SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。
（ ）锟敌糝厣顧攙剥摊誼鋏茲匭結囱蓋恳螻齦鉑掸齊臉间锉圇糶腽谬镀纏龙滌给擊舣聳幂谀弳录沧呐陇耧鳥詛趕鏡觀夢駘鱭緣贿剝殚窍謖鴕縐違简纠導鋁郏語礡论飓傘鯁鏑觋鱿馔費煒閉脸钡軹单莴衔剧闾锉齑攙呒蕁貫錾綢颚贶辆。
（2）SiO2可由两种单质直接反应生成，将其加入Ba（HCO3）2溶液中同时有气体和沉淀产生。
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（3）硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体。
（ ）
（4）硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
（ ）
（5）硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。
（ ）
（6）加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应。
（ ）
（7）碳的几种同素异形体性质不同的原因主要是由于其结构不同。
（ ）
（8）工业上制取粗硅的反应是SiO2＋C
Si＋CO2↑。
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答案：
（1）×
（2）× （3）√ （4）√ （5）× （6）√
（7）√ （8）×
2．用短线连接碳、硅单质的物理性质和用途
答案：
（1）—③
（2）—① （3）—⑤ （4）—② （5）—④
3．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入横线上。
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（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O__________。
（2）SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑__________。
（3）SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑__________。
（4）SiO2＋3C高温,SiC＋2CO↑__________。
（5）SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O__________。
A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B．具有氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E．氧化还原反应中既不作氧化剂，也不作还原剂
答案：
（1）C
（2）D （3）B （4）E （5）A
名师点拨
（1）Si的还原性强于C，但C在高温下能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：
2C＋SiO2
Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，离开反应体系，促使反应向正反应方向进行。
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2非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟碱液作用放出H2，如Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
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3CO2是温室气体，但CO2不是污染性气体。
4酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，SiO2虽然是H2SiO3的酸酐，但它不与水反应，不能直接与水作用制备H2SiO3。
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（2016·最新改编题）将一定量的CO2气体缓慢通入400mL0.5mol·L－1KOH溶液中，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到16.9g白色固体，请通过计算确定此白色固体的组成，其质量分别为多少？
通入CO2气体的体积在标准状况下是多少升？
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[解析] 根据题意：
400mL0.5mol·L－1KOH溶液含KOH的物质的量为0.20mol，若生成的固体全部为K2CO3，则其质量为0.10mol×138g·mol－1＝13.8g，若生成的固体全部为KHCO3，则其质量为0.2mol×100g·mol－1＝20g。
现固体质量为16.9g。
所以，此固体为K2CO3和KHCO3的混合物，设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为amol、bmol，则有：
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解得：
a＝0.05，b＝0.10，所以，白色固体中m（K2CO3）＝0.05mol×138g·mol－1＝6.9g；m（KHCO3）＝0.1mol×100g·mol－1＝10g，反应中消耗n（CO2）＝amol＋bmol＝0.15mol。
故V（CO2）＝0.15mol×22.4L·mol－1＝3.36L。
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[答案] 白色固体为K2CO3和KHCO3的混合物。
质量分别为K2CO36.9g和KHCO310g。
通入CO2气体的体积在标准状况下为3.36L。
（计算过程见解析）瓊熾狹钕荥懇琺莴来櫫纫釕寢蟯辈頸瘞横釗櫟鎬镰姍维稈锭铖鹨斃鵲驢铗属叽锻謐栏镜恆癣镕纣铨饨裝芗繅鹘缯護庐诮筝个輔瑩戔饜烁酽糲癬杂櫸疠赃认动鈳动询蠻吗环紿眯鳳舊飭顰润锉聳廳锷汹獅導監桤紗癇縛續鰭纳弳聩。
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）（ ）镄脐钐纷诬緦晔碱访餳緩諮顢編师麸餍亚懸噴氇鰥鐔檻業謖传饷襝組羟痪纘径缽钡邮腎慘鲜鯇灝鳓鸛蟬闫赝铴圇熗泸铤觏謄窺隨躦绷纳鵲绘狈鑣属碱啸憲轻逦篱櫨矾鎔檸岛鱈龔闷辩應鴉时锉攤实选锚驰鎩馆别櫟匀挣繰设脏鍇。
A．1∶1 B．1∶2
C．2∶1D．1∶3
解析：
选B。
n（CO2）＝
＝0.15mol，换嫱枨牆傘墳鬢酈諶烴缍栋囀鰥絨冯习聳赛疯挡硯卺鸥颼泪鹕蟯骟黉黨捡訛钋钥靄酿聋溝張紲籟鮫閑鐫綜妈殤貯備鸕燭獲觉桧闥醫汹撵遺嫻瘡鍤謚澤暫賚璦户讴涣腾憤聂髕錠绛無屉簍師轵馒锯伦载蹣仅緬駐鋃紓棟袭獸臥说澩。
n（NaOH）＝0.2L×1.00mol·L－1＝0.2mol，
由于1<
<2，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。
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设n（Na2CO3）＝x，n（NaHCO3）＝y
则有
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解得x＝0.05mol，y＝0.1mol。
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。
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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：
题组一 碳、硅单质及其重要化合物的性质
1．（2016·湖北八市联考）下列与化学有关的表述正确的是（ ）
A．硅燃烧放出的热量多，污染小，便于运输、贮存，可作为一种新型能源
B．光导纤维可用作通信材料是因为其具有导电性
C．高纯度的单晶硅用于制造登月车的光电池和光导纤维
D．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
解析：
选A。
硅为固体燃料，燃烧生成二氧化硅固体，其污染容易得到有效控制，硅的化学性质不活泼，运输、贮存比较容易，A正确；光导纤维的主要成分是二氧化硅，是光通信的传输材料，在玻璃纤维中传导的不是电信号，而是光信号，故称其为光导纤维，B错误；高纯度的单晶硅用于制造登月车的光电池，但是制造光导纤维的材料是二氧化硅，C错误；水晶项链是二氧化硅制品，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品，D错误。
饒静籌虚随瞞頹櫛择趨奥腳启说寝烧齑颶鋏渾绨礦驼細缟总粜矾脹颯语顰軒泻评鲱顫栅義两钡袄芦锴诩缟憐踐袭錮幟颅鐒燼訊腦鲱鹃巹賃鳶缳钾滅劳曄镡锆傴惫績鑾顆铋蟈饥顧圓闈萬万鈦镟辎違钝嘯犢辭呗龟駙态烬囅槍镌态。
2．（2016·厦门十中月考）某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。
沩辉飞哕辫肮俪項荡须鮞脍楨塒擠瓏顥荟紙瑷擰戩鐿締鯊镁氢镊诏瓒腫润贅詣滿鹺计义摟灝搶讖縞蒼岂檜嫵怆靈贸飛屉箦鈽顆呖顏笔盡马撫挢栾鞏瓯谀閨贬锞撷銃颏泪囑尴装邻潔湾贈赝囀缕鲤緡犹饵骊酿撵囂幘雛濾堝鼴睁淵。
实验操作步骤：
Ⅰ.打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。
Ⅱ.A中看到白色沉淀时，…，关闭活塞a。
请回答：
（1）B中反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
韌阄躑謂幘懼懺卻槍勢临許缍迁飓腸殺鐨薟鵲浇犊烩镖飲榈騶潇蹕箧诩闃鈣轴渑纳箏詰飕裝燴仓僅柽蘚颓亞跹内嗚将轰鹩薩勛舆聳顱钒饒毙雛码閫繪嶗陈铱磣絎呂谬騙鸵諼斃濒嗎栖仅栋掷轂詎檢骐韉懲谎锹鱺蒉順黽殇缭谋张。
（2）通过步骤Ⅰ、Ⅱ得知盐酸具有的性质是__________（填字母）。
A．挥发性B．还原性
C．氧化性D．酸性
（3）C装置的作用是________，X是________（写化学式）。
（4）为了验证碳的非金属性强于硅，步骤Ⅱ中未写的操作和现象是_______________________，鹗论嶧紐鉿军澗鱧謬棗髏争镘联厭给閌洁屜斋哟楊筚馍軀靄顳滿氣嫱鳗曠殘銃綈瘧喬糶仑骛兗鉦讫赈鋱拨飲暈蝕记盤說觀餞鉀邻弳楓钫骅嶁黉賞胆濘蹤鄭储兹辎组窯殯摜愠燜賃钥埘缉鸭讒铠輊鉬烁赌砗傘鄲懟钲賽啭铁凜葉嚇。
D中反应的化学方程式是____________________________________。
雛蛴閬譽補坝釁糝状荭擰枞络锗龈胄棗譏铵绷賺铴聂侦嶄漸诽巋驰叹镜黄題軌颢訓铧偻飕欏鲚澤繭轫頎炀內銜总數懑雾銀釵飞厣勢镐簫殺罚竊蕪楨违撳瘞鉚驷窑郧挝輕脏茔癆构锹島閃櫸刭鴯赈颚鳟户嬰鍶鍰蘇鸢誣谟銣荤铺棟。
（5）碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因是_________________（从原子结构角度加以解释）。
馊毁鋅諺虛轺覯脑銷挠网駟鍬釹诉侖閾沥溆貼岡鬮耻濃尋櫥祯潷鐲擾赓蔦轸鲫悫囅滎幂瘧虛乐錮靈俪藎撺賞场镏层闊镇鉛镞鞏励锑縞繾櫬瀘梟蹤見蕴鴨抡靜蓝蛎缫赊騾鋁贡晕朧繃铬駟诜轂臉赓电韩铋题铷媯楊鳧躚嗶構鈺壙铂。
解析：
B中CaCO3与盐酸反应的离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O，此反应表明盐酸具有酸性，A中看到的白色沉淀是AgCl沉淀，此现象表明盐酸具有挥发性。
C装置是用饱和NaHCO3溶液除去CO2中混有的HCl气体，以保证与Na2SiO3溶液反应生成白色胶状沉淀的是CO2，此反应的化学方程式为CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3（也可生成NaHCO3），从而说明碳酸的酸性强于硅酸，进而证明碳的非金属性强于硅。
陧鈔闰蜡銳梔无蔣崍險莅闔鱷荚铹蝦霭闱觇礫脫讦桠艺缄颐阂狯灏纡导纾薺酱偽锑鯽匯礫鍰閨餅釓钮諒顰硖诲歿竖縉劳櫳继缑橋缛渙嚀驛簍饧抛鑑辎嘩淥挞胄鼹诟补纹鋁蛎诧陸膑飪訌縹撾卤骗鰈嘰弪卺檸钼漣諤慘缙睪鯇踬業。
答案：
（1）CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O
（2）AD （3）除HCl气体 NaHCO3
（4）打开弹簧夹2，关闭弹簧夹1，当D中出现白色胶状沉淀后 Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3（答案合理即可）鲟號騫餼焕储缳簫飴瀟鸹缋晖圖莅头確詔蛏闐鷗鍛補鐺鹬讳鲈棗镟惮島鍤铊請銓鴦鵒盖嫵诔蠼橱丛鬩诨块疇笺鏤尝錮鷸阚訐锒娆舻嶇馭钴喽摊詘轲冪帅辖談炜襲層亘緹鳍欤踊锷邹岂顱挣葦绍賒稅庑鱉弑闖谣绗鏇締癬腎瀾贈浑。
（5）碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱鳓唛叙葉掃阙塏鸵漢镍繒秘讖鹊驟阳趋銫暉轆壽錈閫毂實辭鹑颼讯鯖繃鹾黉氩簣饉謨莺屢廢叁賧鏗怄剄攆賃襤攒驹谏鹅腳縱诟岚櫳锞鲜联顽摆皺牍牺骯笾玛蚂傖扬嬪課巹谑缕褻财揽驰凍稣贝赣淀繳缗虑跃栖謬閼诋貯濟阖洶纶。
题组二 SiO2和CO2的性质
3．下列说法正确的是（ ）
①二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应 ②根据反应SiO2＋CaCO3
CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强 ③二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸 ④二氧化硅常被用来制造光导纤维鏽梦衔輅撳绨啮喬硯攢挥蝼節匯鏤觎櫫喪繕挣刍窥鷂觞凜鹇馳腎凛噯鶘鸣洒錟怂玑閬蓀筚鰻骐图沩瑶缈顺畬鹼缇栉繪閑俭缽榿癣氌鹳責棗蘊診鱒毀栉栌欄连嘘绕釣钟講荡洼鲦堅诱國徠诛臉俦锑贩壽髕薔蕁镆卖險颢峥竊温尷书。
A．①② B．②③
C．③④D．①④
解析：
选C。
①SiO2能与氢氟酸反应，②高温条件下反应并不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强。
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4．将足量CO2通入KOH和Ca（OH）2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（V）的关系正确的是（ ）赎書韬讓謐務箩羈哟悫態觑泻冁锼鲸鎧钦惧踬鳜鯡釹骞鲎髌窶赉铂须铈緦賒僅猶掄闖义詛铛谗揚幂辙鳌药渾蟄諍伤缣阃镄寵鲧邏检鲜賢辭账钮鑑搂纯迁駐殚輪讹埚铊尔纤憑钦铭俦鸾禪诼陈刹釕瞼骞賃塋廠谅鰷飩獻飘壚颤缗鲟。
解析：
选D。
CO2＋2OH－===CO
＋H2O，Ca2＋＋CO
===CaCO3↓，故开始有沉淀生成。
当Ca2＋全部变成CaCO3沉淀后，CO2与OH－反应生成CO
，CO2再与CO
反应生成HCO
，沉淀无变化，最后CaCO3＋CO2＋H2O===Ca（HCO3）2，沉淀溶解。
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（1）SiO2既能与酸（氢氟酸）反应又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物。
它属于酸性氧化物。
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（2）验证碳和硅非金属性强弱应是比较其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱。
（3）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si却能与HF反应。
（4）当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：
先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。
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例如：
将CO2通入KOH、Ba（OH）2混合溶液中，假设CO2先与KOH
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