高考化学一轮综合复习 第四章 非金属及其化合物 第14讲 碳硅及无机非金属材料练习.docx

高考化学一轮综合复习 第四章 非金属及其化合物 第14讲 碳硅及无机非金属材料练习.docx

《高考化学一轮综合复习 第四章 非金属及其化合物 第14讲 碳硅及无机非金属材料练习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学一轮综合复习 第四章 非金属及其化合物 第14讲 碳硅及无机非金属材料练习.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考化学一轮综合复习第四章非金属及其化合物第14讲碳硅及无机非金属材料练习

【2019最新】精选高考化学一轮综合复习第四章非金属及其化合物第14讲碳、硅及无机非金属材料练习

考纲要求　1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

考点一　碳及其重要化合物　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．碳单质

（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）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、质软，有滑腻感。

（4）主要化学性质——还原性

①可燃性

②与氧化物反应

③与强氧化性酸反应

2．一氧化碳

（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）一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。

（2）与H2O、Na2O、Ca（OH）2（足量、澄清）、Mg反应的方程式分别为CO2＋H2O?

?

H2CO3，Na2O＋CO2===Na2CO3，CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O，2Mg＋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＋H2O?

?

H2CO3；

b．光合作用将CO2转化为O2；

c．岩石的风化：

CaCO3＋H2O＋CO2===Ca（HCO3）2。

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）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。

（3）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。

1．碳单质及其氧化物性质用途的判断

（1）12C、13C、14C是碳的三种同素异形体（×）

解析　12C、13C、14C互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和C60。

（2）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（×）

（3）石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应（×）

（4）向空气中排放二氧化碳会形成酸雨（×）

（5）一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合（√）

（6）木炭、一氧化碳在一定条件下都能与氧化铜反应（√）

（7）大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用（√）

2．二氧化碳与盐溶液反应的判断

（1）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（×）

解析　H2SiO3不溶于H2CO3。

（2）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（√）

解析　开始生成CaCO3沉淀，CO2过量时，CaCO3又与CO2、H2O反应生成Ca（HCO3）2。

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

（4）向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有晶体析出（√）

解析　NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小。

（5）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（×）

解析　Al（OH）3不能溶于H2CO3。

（6）向饱和NaCl的氨溶液中通入过量CO2气体，有晶体析出（√）

解析　会析出NaHCO3晶体。

确定混合气体（CO、CO2）中含有CO气体的实验设计方法

按要求回答下列问题

（1）填写下列指定装置的作用

A：

除去混合气体中的CO2气体。

B：

检验混合气体中CO2是否除尽。

E：

除去尾气中的CO2气体。

F：

除去尾气中的CO气体、防止污染环境。

（2）写出C中的化学方程式：

CO＋CuOCu＋CO2。

（3）确定混合气体中含有CO气体的实验现象：

B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊。

（4）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：

①CO（CO2）：

___________________________________________。

②CO2（CO）：

___________________________________________。

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

题组一　CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析

1．（2018·汕头模拟）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（　　）

答案　D

解析　CO2与KOH和Ca（OH）2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca（OH）2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca（OH）2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。

第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca（HCO3）2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。

2．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∶2

C．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＝。

题组二　CO2的综合利用

3．[2015·北京理综，27

（1）

（2）（3）]研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

（1）溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO占95%。

写出CO2溶于水产生HCO的方程式：

_______________________________________。

（2）在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式：

________________________________________________。

②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O。

用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：

________＋________（CH2O）x＋x18O2＋xH2O

（3）海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。

测量溶解无机碳，可采用如下方法：

①气提、吸收CO2。

用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收（装置示意图如下）。

将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。

②滴定。

将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol·L－1HCl溶液滴定，消耗ymLHCl溶液。

海水中溶解无机碳的浓度＝________mol·L－1。

答案　

（1）CO2＋H2O?

?

H2CO3、H2CO3?

?

H＋＋HCO

（2）①2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O②xCO2　2xH218O

（3）①②

解析　

（1）CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3电离出H＋和HCO。

（2）①根据钙化作用的反应物是HCO和Ca2＋，生成物是CaCO3和CO2，故不难写出反应的离子方程式为2HCO＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。

②根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的空白处为xCO2和2xH218O。

（3）①该装置为洗气装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂为稀硫酸，因HCl易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。

②根据该滴定过程得关系式：

CO2～HCO～HCl，n（CO2）＝n（HCl）＝xmol·L－1×y×10－3L＝xy×10－3mol，所以c（CO2）＝＝mol·L－1。

考点二　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）制法：

SiO2＋2CSi＋2CO↑。

（5）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

主要物理性质

硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水

化

学

性

质

①与水反应

不反应

②与酸反应

只与氢氟酸反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

③与碱反应（NaOH）

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）

④与盐反应

如与Na2CO3反应：

SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑

⑤与碱性氧化物反应

如与CaO反应：

SiO2＋CaO

CaSiO3

用途

光导纤维、光学仪器、电子部件

3.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”）使紫色石蕊溶液变红色。

①硅酸不稳定，受热易分解：

H2SiO3SiO2＋H2O。

②硅酸能与碱溶液反应。

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，有黏性，水溶液显碱性。

②它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式：

与盐酸反应：

Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

与CO2水溶液反应：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

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）中表示为Na2O·SiO2，石棉（CaMg3Si4O12）可表示为CaO·3MgO·4SiO2。

4．无机非金属材料

（1）传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

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，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。

1．关于Si、SiO2的存在、性质及用途的判断

（1）硅在自然界中只以化合态的形式存在（√）

（2）晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料（×）

（3）Si和SiO2都可用于制造光导纤维（×）

解析　Si可用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维。

（4）非金属性：

C＞Si，则热稳定性：

CH4＞SiH4（√）

（5）高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅（√）

（6）硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应（×）

（7）SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱（NaOH），不溶于任何酸（×）

解析　SiO2可溶于氢氟酸：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

（8）常温下，SiO2与氢氟酸、NaOH溶液均可反应，SiO2是两性氧化物（×）

解析　SiO2是酸性氧化物。

2．硅酸盐、无机非金属材料性质及应用判断

（1）玻璃是一种晶体，有较高的熔点（×）

（2）水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱（×）

（3）传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料（√）

（4）光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是新型无机非金属材料（√）

（5）高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点（√）

（6）普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品（×）

（7）反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生（×）

（8）硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂（×）

（9）用SiO2制取硅酸，将SiO2溶解在水中一段时间后可得到硅酸（×）

（10）水玻璃是混合物，可用于生产黏合剂和防火剂（√）

（11）硅胶是硅酸钠的水溶液失去水后形成的凝胶（×）

1．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。

（1）用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。

Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。

A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚

C．氧化铝坩埚D．铁坩埚

（2）工业上常利用反应2C＋SiO2Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________（填化学式，下同），氧化剂是________。

答案　

（1）防火剂　D　

（2）C　SiO2

2．写出除去下列固体粉末中混有杂质（括号内为杂质）可采取的方法，写出有关反应的方程式。

（1）CaCO3（SiO2）_____________________________________________________。

（2）SiO2（CaCO3）___________________________________________________________。

（3）SiO2（NH4Cl）________________________________________________________。

答案　

（1）在固体混合物中加入足量氢氧化钠溶液，充分反应后，过滤、洗涤。

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

（2）在固体混合物中加入足量稀盐酸，充分反应后，过滤、洗涤。

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O

（3）方法一：

在固体中加入适量水溶解、过滤。

方法二：

将固体混合物在坩埚中充分灼烧，除去NH4Cl。

NH4ClNH3↑＋HCl↑

解析　

（1）可根据SiO2可溶于NaOH溶液除去。

（2）可根据CaCO3可溶于盐酸除去。

（3）可根据NH4Cl的热稳定性，或NH4Cl易溶于水的性质除去。

题组一　硅和二氧化硅的特性

1．（2017·甘肃秦安一中第二次检测）下列叙述正确的是（　　）

A．高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸（H2SiO3）的酸性比碳酸强

B．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸

C．石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同

D．玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳

答案　D

解析　B项，物质中都含有SiO2，能与氢氟酸反应；C项，石灰硬化的原理是Ca（OH）2与CO2反应生成CaCO3的过程，而水泥硬化过程中发生复杂的物理变化和化学变化。

2．二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的判断，其中正确的是（　　）

①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

②SiO2＋2CSi＋2CO↑

③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑

⑤SiO2＋3CSiC＋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价，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　高纯硅的提取

3．（2017·××市巴蜀中学高三月考）从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：

①SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑

②Si（粗）＋2Cl2SiCl4

③SiCl4＋2H2Si（纯）＋4HCl

关于上述反应的叙述不正确的是（　　）

A．①③是置换反应，②是化合反应

B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅

C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子

D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅

答案　D

解析　在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28g（1mol）硅，均转移4mol电子，C正确；题中的三个反应是在三个不同的反应器中发生的，D错误。

4．硅单质及其化合物应用范围很广。

请回答下列问题：

（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。

三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：

①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：

___________________________________

________________________________________________________________________。

②整个制备过程必须严格控制无水无氧。

SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出并配平该化学反应方程式：

______________________________________________；

H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_________________________________

________________________________________________________________________。

（2）化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息：

Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；

Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；

Ⅲ.SiH4在空气中自燃。

他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。

①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是___________________________________________

________________________________________________________________________。

②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①SiHCl3＋H2Si＋3HCl

②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl　高温下，H2遇O2发生爆炸

（2）①2Mg＋SiO22MgO＋Si、2Mg＋SiMg2Si

②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O

解析　

（1）在SiHCl3中，把硅考虑为＋4价，则氢为－1价，氯为－1价，SiHCl3水解时，－1价氢还原水中＋1价的氢，生成氢气。

在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点

（1）高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：

SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑

（2）粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：

Si（粗）＋3HClSiHCl3＋H2

（3）粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：

Si（粗）＋2Cl2SiCl4

（4）SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：

SiHCl3＋H2Si（纯）＋3HCl

（5）SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：

SiCl4＋2H2Si（纯）＋4HCl

（6）SiO2＋2Mg2MgO＋Si

（7）SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：

SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑

SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl

（8）SiH4在空气中易自燃：

SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O

1．下列有关硅及其化合物的叙述错误的是（　　）

A．SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性H2SO3>H2SiO3（2017·北京理综，10D）

B．SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维（2017·江苏，3C）

C．HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记（2016·全国卷Ⅲ，7D）

D．石英砂可用于生产单晶硅（2016·海南，4C）

答案　B

解析　A项，依据强酸制弱酸原理判断；B项，前后无因果关系。

2．下列说法正确的是（　　）

A．硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化（2016·四川理综，1B）

B．pH＝2的溶液中可能大量存在Na＋、NH、SiO（2016·四川理综，3B）

C．向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：

Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋

（2016·江苏，5D）

D．向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：

SiO＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SO

（2015·山东理综，12B）

答案　A

解析　B项，酸性条件下，SiO不能大量存在；C项，Na2SiO3是可溶于水的强电解质；D项，应生成HSO。

3．[2017·全国卷Ⅱ，26

（1）

（2）（3）]水泥是重要的建筑材料。

水泥熟料的主