步步高全国高考化学一轮复习 第4章 非金属及其化合物 第14讲 碳硅及无机非金属材料讲义 新人教版Word文档格式.docx

1、物质二氧化硅二氧化碳立体网状结构，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CO2H2O H2CO3与酸只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O与碱SiO22NaOH=Na2SiO3H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与盐如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO3H2OCO2（不足）=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2（足量

2、）=H2SiO32NaHCO3性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3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A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2CSiO2Si2CO，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

3、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：水洗

4、加热高温灼烧过滤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（2）D（3）A（4）A（5）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）SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；（3）Fe2O36HCl=2FeCl33H2O；（4）CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O；

5、（5）NH4ClNH3HCl。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BCO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒CSiO2可用于制造光导纤维和半导体DSiO2和H2O反应可直接制

6、备H2SiO3答案A3二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。ae是对反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是（）SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSi2COSiO24HF=SiF42H2ONa2CO3SiO2SiO23CSiC2COa反应中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b反应中SiO2表现出氧化性c反应中SiO2表现了酸性氧化物的通性d反应符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理e反应中SiO2未参加氧化还原反应Aace Bbde Ccde Dab解析通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是，因此a、c判断错误

7、；反应是一个置换反应，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，红色褪去Ca（ClO）2溶液D通入CO2，溶液变浑浊，继续通

8、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解析由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；B项，CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3，CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2Ca（ClO）2H2O=CaCO32HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先CO2Ca（OH）2=CaCO3H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca（HCO3）2，再加入足量的NaOH，则：2NaOHCa（HCO3）2

9、=CaCO3Na2CO32H2O，溶液又变浑浊。5标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 molL1 NaOH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）（）A11 B12 C21 D13解析n（CO2）0.150 mol，n（NaOH）0.200 L1.00 molL10.200 mol，即12，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则解得，所以。归纳总结 思维建模1熟记硅及其化合物的特殊性质（1）硅单质的特殊性Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22C非金属单质一般不跟非氧化性酸反

10、应，但Si能与HF反应：Si4HF=SiF42H2；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SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3；酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能跟HF反应：SiO24HF=SiF42H2O；无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水；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：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但在高温下SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2也能发生。2CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca（OH）2等强碱溶

11、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：CO22NaOH=Na2CO3H2O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”）使紫色石蕊溶液变红色。硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2H2O。硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。硅酸

12、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）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。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：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。与CO2水溶液反应：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。2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。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玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO

13、2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2CaSiO3CO2。（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。题组一无机非金属材料成分的辨别1下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不易腐蚀水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A B C D答案C解析水玻璃是Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，正确；沙子不是硅酸盐制品，不正确；光导纤维的主要成分是SiO2，不正确。2硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（）A氮化硅陶瓷是一种新型无机非金

14、属材料，其化学式为Si3N4B碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为12答案D解析A项，在氮化硅中N元素为3价，Si元素为4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。题组二复杂硅酸盐的成分及性质3青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22（OH）2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO。下列说法不正确的是（）A青石棉是一种硅酸盐材料B

15、青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原解析硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2OH2O跟硝酸反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。4（2013上海，25）硅与铝同周期。SiO2是硅酸盐玻璃（Na2CaSi6O14）的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2OCaO6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形

16、成粘性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为_。长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为_。答案SiO22NaOHNa2SiO3H2OCaAl2Si2O8解析根据不同类长石其氧原子的物质的量分数相同，结合化合价代数和是0可写出钙长石的化学式。题组三化工生产中的硅及化合物的转化5如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是（）ASiO2属于两性氧化物B盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞C硅胶吸水后可重复再生D图中所示转化反应都是氧化还原反应解析SiO2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A错；在图示

17、转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应。6氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如下图所示：其中NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：（1）石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学反应方程式表示其原因：_。（2）图示的变化中，属于氧化还原反应的是_。（3）SiCl4在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为_（4）在反应中，3 mol Si（NH2）4在高温下加热可得1 mol 氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学

18、式为_。（5）在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式_答案（1）SiO22NaOH=Na2SiO3H2O（2）（3）SiCl43H2O=4HClH2SiO3（4）Si3N4（5）3SiCl42N26H2Si3N412HCl解析石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。反应是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应是硅单质与Cl2反应，也是氧化还原反应。SiCl4水解可以看作Si结合四个OH生成H4SiO4，H4SiO4不稳定失水生成H2SiO3，Cl结合H生成HC

19、l。氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得。结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。误区警示 方法技巧1不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片及光伏电池的是晶体硅。2熟悉几种常见饰品的主要成分水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。3硅酸盐改写成氧化物形式的方法（1）氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水，不同氧化物间以“”隔开。（2）各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。（3）当计量数

20、配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成K2OAl2O33SiO2，应写成K2O1高考选项正误判断，正确的划“”，错误的划“”（1）Si和SiO2都用于制造光导纤维（）（2014海南，10D）（2）硅胶可用作食品干燥剂（）（2015全国卷，7A）（3）SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应（）福建理综，9改编）（4）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（）安徽理综，9D）（5）合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料（）（2012新课标全国卷，8D）（6）粗硅SiCl4Si，各步转化均能一步实现（）江苏，8A）（7）SiO2可与HF反应，因

21、而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中（）（2013广东理综，10D）（8）高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅（）广东理综，11C）（9）硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中（）海南，4B）（10）水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂（）（2010江苏，4B）答案（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）2（2011海南，9改编）“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示（部分条件及物质未标出）。下列有关该方法的叙述中正确的是（）能耗大是该方法的一大缺点整个过程中，只有一种物质可以循环利用“反应分离”环节中

22、，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品A B C D解析，该方法中高温反应炉分离出CO2，需要消耗较多能量；，整个过程中NaOH和CaO均可循环利用；，从捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCO3，加入CaO后生成CaCO3和NaOH，通过过滤的方法即可分离；，捕捉到的CO2可与H2反应制备甲醇：CO23H2CH3OHH2O。32014天津理综，7（4）晶体硅（熔点1 410 ）是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下：Si（粗） SiCl4（纯） Si（纯）写出SiCl4的电子式：_；在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量，写出该反应的热化学方程式：_。答案SiCl4（g）2H2（g） Si（s）4HCl（g）H0.025a kJmol142012重庆理综，26（1）（2）（3）金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。（1）碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物R为非极