1 课题12 碳及无机非金属材料.docx

1、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：CO2CO2。(2)与氧化物反应二、碳的氧化物CO和CO21一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)可燃性：2COO22CO2，可做燃料。还原性：CO还原Fe2O3的反应为3COFe2O32Fe3CO2，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

2、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CO2H2O H2CO3，Na2OCO2=Na2CO3，CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，2MgCO22MgOC。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的主要反应溶于江水、海水中：CO2H2O H2CO3。光合作用将CO2转化为O2和有机物：6H2O6CO2C6H12O66O2。岩石的风化：CaCO3H2OCO2=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

3、，因此常把CO2H2O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：2KMnO45H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO410CO28H2O；H2C2O4不稳定，固体受热易分解：H2C2O4H2OCOCO2。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

4、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，7C)活性炭具有除异味和杀菌作用。()(2)(2019高考全国卷，11B)澄清的石灰水久置后出现白色固体：Ca(OH)2CO2= CaCO3H2O。()(3)(2018高考全国卷，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，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，26(4)改编草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，

5、通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为2MnO5H2C2O46H=2Mn210CO28H2O。()(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C

6、O2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()AT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

7、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BHCl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CCa(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：Na2CO3CO2H2O=2N

8、aHCO3，因而会析出NaHCO3晶体，A错误；B项，发生反应：2HClNa2CO3=2NaClCO2H2O，立即产生气泡，B错误；C项，发生反应：CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO，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：CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，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：2NaOHCa(HCO3)2=CaCO3Na2CO32H2O，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

9、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 、200 kPa、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)

10、干冰(4)CO23H2CH3OHH2OCO2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3.36 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 B12C21 D13解析：选B。n(CO2)0.15 mol，n(NaOH)0.2 L1.00 molL10.20 mol，由于12，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x0.05 mol，y0.10 mol，则充分反应后溶液中c(CO)c(H

11、CO)0.05 mol0.10 mol12。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CO22NaOH=Na2CO3H2O；CO2NaOH=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C

12、O2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()Ab点时溶质为NaHCO3BV4的值为100CV1、V2、V3时，溶液中c(Ba2)c(CO)相等D原混合溶液中nBa(OH)2n(NaOH)12解析：选BD。ab段发生的反应为2OHCO2=COH2O、COH2OCO2=2HCO，所以b点溶液中溶质为NaHCO3，故A正确；发生反应Ba22OHCO2=BaCO3H2O时消耗30 mL的二氧化碳，发生反应NaOHCO2=NaHCO3时消耗 30 mL 的二氧化碳，发生反应BaCO3CO2H2O=Ba22HCO时消耗30 mL的二氧化碳，所以

13、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11，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

14、SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2CaSiO3CO2。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。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：SiO22CSi2CO(制粗硅)Si3HClSiHCl3H2SiHCl3H2Si3HCl(制高纯硅)(2)用途良好的半导体材料；硅太阳能电池；计算机芯片。2二氧化硅(SiO2)(1)石英晶体是结晶的

15、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)结构SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为立体网状结构(如图乙所示)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的原子个数比为12。(3)用途制光学仪器、石英玻璃(主要成分为SiO2)；水晶可制作饰品；常用来制造通信材料光导纤维。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)(2019高考全国卷，9B)常温常压下，硅单质为固态。()(

16、2)硅在自然界中只以化合态的形式存在。()(3)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。()(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。()(5)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。()(6)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。()(7)光导纤维、碳纳米管都是新型无机非金属材料。()(8)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)22018高考全国卷，28(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式：_。答案：2SiHCl33H2O=(HSiO)2O6HCl(1)不要

17、混淆硅和二氧化硅的用途。用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是晶体硅。(2)不要混淆常见含硅物质的类别。计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2。水晶、沙子、玛瑙等的主要成分是SiO2而不是硅酸盐。光导纤维的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐材料。传统的无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。 无机非金属材料的性能及应用科学态度与社会责任1(双选)(2020济南高三模拟)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是()A陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品

18、B制水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英砂C硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐解析：选AC。陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项正确；纯碱、石灰石和石英砂是制普通玻璃的主要原料，而制水泥的主要原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。2宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(提示：SiO2能与氢氟酸反应)()A窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B氧化铝陶瓷属于新型无机非

19、金属材料C高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸解析：选C。不同的金属化合物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，故A正确；新型无机非金属材料主要有新型陶瓷、硅和二氧化硅、碳纳米材料等，氧化铝陶瓷属于新型陶瓷，故B正确；瓷器是以黏土为主要原料经高温烧结而成的，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，故C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的主要成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，故D正确。高纯硅的制备科学态度与社会责任3高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料。它的发现和使

20、用曾引起计算机的一场“革命”。可以按下列方法制备：SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)下列说法不正确的是()A步骤的化学方程式为SiO2CSiCO2B步骤中每生成1 mol Si，转移4 mol电子C高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料DSiHCl3(沸点33.0 )中含有少量的SiCl4(沸点67.6 )，通过蒸馏可提纯SiHCl3解析：选A。A项，二氧化硅在高温下与C反应生成CO气体，即步骤的化学方程式为SiO22CSi2CO，故A错误；B项，步骤中Si的化合价降低4价，故每生成1 mol Si，转移电子数为4 mol，故B正确；C项，高纯硅是半导体，是制

21、造集成电路、太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料，故C正确；D项，沸点相差30 以上的两种互溶液体可以采用蒸馏的方法分离，故D正确。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：写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：_。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，写出并配平该反应的化学方程式：_；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_。(2)某化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时

22、，从资料中查阅到下列信息：.Mg在高温条件下可与SiO2反应；.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；.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。第步实验发生反应的化学方程式是_。用稀H2SO4溶解第步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是_。解析：(2)类似于镁和二氧化碳的反应，可生成单质硅和氧化镁；在高温条件下，硅还能继续与活泼金属镁化合。发现有爆鸣声和火花，说明生成了气体SiH4，且SiH4发生了自燃。答案：(1)SiHCl3H

23、2Si3HClSiHCl33H2O=H2SiO3H23HCl发生爆炸(2)2MgSiO22MgOSi、2MgSiMg2Si硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si2H2SO4=2MgSO4SiH4，SiH42O2=SiO22H2O1(2019高考全国卷，7，6分)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点解析：选A。“雨过天晴云破

24、处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。2(2019高考北京卷)下列我国科研成果所涉及材料中，主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是()A.4.03米大口径碳化硅反射镜B.2022年冬奥会聚氨酯速滑服C.能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线D.“玉兔二号”钛合金筛网轮解析：选A。SiC中的C、Si分别为第二周期和第三周期的第A族元素，二者均为

25、非金属元素，形成的SiC为无机非金属材料，A项正确；聚氨酯中含有C、H、N等元素，三种元素不属于同主族元素，且聚氨酯为有机材料，B项错误；碳包覆银纳米线由C、Ag元素组成，是无机非金属材料，但两种元素不是同主族元素，C项错误；钛合金是金属材料，D项错误。3(2018高考江苏卷)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是()A光合作用 B自然降雨C化石燃料的燃烧 D碳酸盐的沉积解析：选C。光合作用过程中植物吸收CO2，使CO2含量下降，A项不符合题意；自然降雨的过程会消耗CO2，使CO2含量下降，B项不符合题意；化石燃料燃烧时会产生CO2，使CO2含量上升，C项符合

26、题意；碳酸盐能与CO2反应生成可溶性的碳酸氢盐，消耗CO2，使CO2含量下降，D项不符合题意。一、选择题1(2019佛山教学质量检测)2017年国产大飞机C919试飞成功，化学工作者研发的新材料发挥了重要作用。下列关于C919的说法中错误的是()A机身涂料中的氢氧化铝有阻燃作用B发动机使用的高温陶瓷材料氮化硅属于硅酸盐产品C使用的碳纤维复合材料能经受许多由温差带来的“冷冻热蒸”的考验D使用的第三代铝锂合金具有低密度、高比强度、优良的耐低温等性能解析：选B。氮化硅不属于硅酸盐，B项错误。2(2019龙岩教学质量检查)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青

27、瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是()A玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英C硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D高温结构陶瓷的主要成分也为硅酸盐解析：选C。陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高，C项正确；高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，其主要成分不是硅酸盐，D项错误。3(2019晋豫省际大联考)山西博物院是太原地标性建筑之一。下列相关说法正确的是()A展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2B墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品

28、C陈列的元青花瓷的原料有高岭土Al2Si2O5(OH)4，也可以表示为Al2O3SiO2H2OD展示的青铜器上有一层绿色物质，此绿色物质可能是碱式碳酸铜，它不溶于盐酸解析：选B。钢化玻璃与普通玻璃的成分相同(只是制造的工艺不同)，主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；高岭土Al2Si2O5(OH)4应该表示为Al2O32SiO22H2O，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜、二氧化碳和水而溶解，D项错误。4(2019广州高三模拟)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是()A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C反应Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si为氧化剂D硅能与氢氟酸反应，则硅也可以与盐酸反应解析：选A。由粗硅制备单晶硅的过程一般为SiSiCl4SiHCl，都是氧化还原反应，B项错误；C项中Si为还原剂，C项错误；硅不能与盐酸反应，D项错误。5(2019孝感高中月考)锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)与碳、硅两元素同位于第A族，其原子序数