高考化学碳硅及无机非金属材料复习讲义新人教版必修120170808144.wps

《高考化学碳硅及无机非金属材料复习讲义新人教版必修120170808144.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学碳硅及无机非金属材料复习讲义新人教版必修120170808144.wps（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、碳、硅及无机非金属材料 一、碳、硅单质及其重要化合物的性质 1C、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 金刚石：空间网状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间 结构 石墨：层状结构 网状结构 金刚石熔点高、硬度大 晶体硅为灰黑色固体，有金属 物理性质 石墨熔点高、质软，有滑腻感 光泽、硬度大、熔点高 金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、 晶体硅用作半导体 材料、硅芯 用途 铅笔芯 片和硅太阳

2、能电池 2.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。 (2)SiError! 3硅的工业制法 1 4.二氧化碳和二氧化硅的比较 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 硬度大，熔、沸点高，常温下为固 熔、沸点低，常温下为气体， 主要物理性质 体，不溶于水 微溶于水 与水反应 不反应 CO2H2OH2CO3 只与氢氟酸反应： 与酸反应 不反应 SiO2 4HF=SiF4 2H2O O2少量：CO 2 2NaOH=Na 2 CO 3 SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱 与碱反应 化学 H 2 O 、CO2过量：CO 2

3、液的试剂瓶用橡胶塞) NaOH=NaHCO3 性质 如与 Na2CO3反应：SiO2Na2CO3 高温 = Na2SiO3CO2 如与 Na2SiO3反应：Na2SiO3 H2OCO2(不足)=H2SiO3 与盐反应 Na2CO3或 Na2SiO32H2O 2CO2(足量)=H2SiO3 2NaHCO3 与碱性氧化 高温 如与 CaO反应：SiO2CaO = 如与 Na2O 反应：Na2O 物反应 CaSiO3 CO2=Na2CO3 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐 5.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

4、色。 硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3 = SiO2H2O。 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：Na2SiO3 2HCl=2NaCl H2SiO3。 2 与 CO2水溶液反应：Na2SiO3 CO2 H2O=H2SiO3 Na2CO3。 用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 【互动思考

5、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

6、的洗气瓶 (5)通过盛 有饱和 NaHCO3溶液的洗气瓶 3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 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

7、是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸(氢氟酸除外)反应； 它受热不分解等性质选择。而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应；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 3 (4)CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O (5)NH4Cl = NH3HCl 题组一 对比掌握 COCO2 2、SiOSiO2 2的结构与性质 1下列关于 SiO2和 CO2的说法中正确的是( ) ACO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐 BCO2和 SiO2与水反应分别生成相

8、应的酸 CCO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物 DCO2和 SiO2都是由相应的分子组成的 答案 A 解析 SiO2不能与水反应，B 项错；SiO2也是酸性氧化物，C 项错；SiO2中不存在分子，其化 学式仅代表 Si、O 原子个数比为 12。 22014天津理综，7(4)晶体硅(熔点 1410)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如 下： Cl2 蒸馏 H2 Si(粗) SiCl4 SiCl4(纯) Si(纯) 460 1 100 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

9、 的 热 化 学 方 程 式 ： _。 答案 1 100 SiCl4(g)2H2(g) = Si(s)4HCl(g) H0.025a kJmol1 熟记硅及其化合物的特殊性质 1硅单质的特殊性 高温 (1)Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si：SiO22C = Si2CO； (2)非金属单质跟碱液作用一般无 H2 放出，但 Si 与碱液作用却放出 H2：Si2NaOH H2O=Na2SiO32H2； (3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但 Si 能与 HF作用：Si4HF=SiF42H2； (4)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 (1)

10、SiO2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作用，但 SiO2能跟 HF 作用：SiO24HF=SiF42H2O； (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 CO2能发生下列反应：Na2SiO3CO2 4 高温 H2O=H2SiO3Na2CO3，但在高温下 SiO2Na2CO3 = Na2SiO3CO2也能发生。 题组二 COCO2 2与盐或碱溶液反应的规律 2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

11、 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 通入 CO2，溶液变浑浊，继续通 CO2至过量，浑浊消失，再加 D 澄清石灰水 入足量 NaOH溶液，又变浑浊 答案 B 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=2NaHCO

12、3， 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=CaCO3Na2CO32H2O， 溶液又变浑浊。 3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(CO23 )与 c(HCO3)的比值为(不考虑 CO23 、HCO3的水解)( ) A11 B12 C21

13、 D13 答案 B 3.36 L 解析 n(CO2) 0.150 mol， 22.4 Lmol1 n(NaOH)0.200 L1.00 molL10.200 mol， nNaOH 0.2 mol 4 nNaOH 即 1 2，反应产物为 Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别 nCO2 0.15 mol 3 nCO2 为 x、y，则 nCO23 1 Error! 解得Error!，所以 。 nHCO3 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 CO

14、2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： 5 CO22NaOH=Na2CO3H2O CO2NaOH=NaHCO3 当 n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下： 二、硅酸盐及无机非金属材料 1硅酸盐 (1)概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 (2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3) 写成 Na2OSiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成 K2O3Al2O36SiO22H2O。 2无机非金属材料 (1)传

15、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 玻璃熔窑 陶瓷窑 高温 高温 玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2 = Na2SiO3 CO2；CaCO3SiO2 = CaSiO3 CO2。 主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是主要建筑材料，也广泛应用于生活中。 (2)新型无机非金属材料 高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。 生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。 压电陶瓷：具有压电效应。 题组一 无机非金属材料成分的辨别

16、 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，既不易燃烧也不受腐蚀 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；光导纤维的主要成分是SiO2， 6 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属材料，其化学式为 Si3N4 B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 SiO2 D

17、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。 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。 三、碳、硅转化关系的应用 1碳及其化合物的转化关系图 2硅及其化合物的转化关系图 7 题

18、组一 常见转化关系判断 1已知甲、乙、丙、X 是 4 种中学化学中常见的物质，其转化关系符合下图。则甲和 X(要求 甲和 X 能互换)不可能是( ) AC 和 O2 BCO2和 NaOH溶液 CCl2和 Fe DAlCl3溶液和 NaOH 溶液 答案 C O2 O2 C 解析 A 项正确，既可以实现 C CO CO2 CO 的转化，也可以实现 O2 C C O2 NaOH CO2 CO CO2 的转化；B 项正确，既可以实现 CO2 NaHCO3 NaOH CO2 CO2 CO2 Na2CO3 NaHCO3 的转化，也可以实现 NaOH Na2CO3 NaHCO3 NaOH Fe Fe Cl2

19、 Na2CO3的转化；C 项错误，可以实现 Cl2 FeCl3 FeCl2 FeCl3 Cl2 Cl2 的转化，但不能实现 Fe FeCl3 FeCl2 的转化；D 项正确，既可以实现 AlCl3 NaOH NaOH AlCl3 AlCl3 Al(OH)3 NaAlO2 Al(OH)3的转化，也可以实现 NaOH NaAlO2 AlCl3 NaOH Al(OH)3 NaAlO2的转化。 2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 答案 C 解

20、析 SiO2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A 错；在图示转化关系中只有第 8 一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应。 题组二 化工生产中的硅及化合物的转化 3硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一 个奇迹。 (1)硅在元素周期表中的位置是_。 3 273 K 3 273 K (2)工业上生产粗硅的反应有：SiO22C = Si(粗)2CO；SiO23C = SiC 2CO。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为 11，则参加反应的 C 和 SiO2的物质的量 之比为_。 (3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅： 若 反 应

21、为 Si( 粗 ) 3HCl = SiHCl3 H2 ， 则 反 应 的 化 学 方 程 式 为 _。 整个制备过程中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，写出该反应的化学方程式：_。 假设每一轮次制备 1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应 中 HCl 的利用率为 90%，反应 中 H2的利用率为 93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入 HCl 和 H2的物质的量 之比是_。 答案 (1)第三周期第A 族 (2)52 1 3731 453 K (3)SiHCl3H2 = Si(纯)3HCl SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2 51 解析 (1)硅在元素周期表中的位置是第三周期第A 族。 3 273 K 3 273 K (2)根据反应 SiO22C = Si(粗)2CO，SiO23C = SiC2CO，生成 1 mol Si 需 C 2 mol、SiO2 1 mol，生成 1 mol SiC 需 C 3 mol、SiO2 1 mol，产品中 Si与 SiC 的物 质的量之比为 11，则参加反应的 C 和 SiO2的物质的量之比为 52。 1 3731 453 K (3)反应 的化学方程式为 SiHCl3H2 = Si(纯)3HCl。 化学方程式为 SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2。 9