1、必备知识 整合 关键能力 突破 专题四非金属及其化合物专题四非金属及其化合物 第第1 1讲碳、硅及其化合物讲碳、硅及其化合物 必备知识 整合 关键能力 突破 一、碳、硅及其化合物一、碳、硅及其化合物 必备知识 整合 1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途单质的存在形态、物理性质及用途 碳硅 原子结构 示意图 存在形态游离态和化合态化合态 必备知识 整合 关键能力 突破 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: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
2、 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 必备知识 整合 关键能力 突破 2.C、Si单质的化学性质单质的化学性质 涉及的化学方程式: C+CO2 2CO或2C+O2 2CO CO2+C 2CO CuO+C Cu+CO 必备知识 整合 关键能力 突破 C+H2O(g) CO+H2(制水煤气) Si+4HF SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2 必备知识 整合 关键能力 突破 3.二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化硅与二氧化碳的比较 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 主要物理性质硬度大,熔、沸点高,常
3、温下为固体,不溶于水熔、沸点低,常温下为气体 必备知识 整合 关键能力 突破 化 学 性 质 与水反应不反应CO2+H2O H2CO3 与酸反应 只与氢氟酸反应: SiO2+4HF SiF4+2H2O 不反应 与碱反应 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O (盛碱液的试 剂瓶用橡胶 塞) CO2少量:CO2+2NaOH Na2CO3+H2O CO2过量:CO2+NaOH NaHCO3 与盐反应 如与Na2CO3反应: SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2 如与Na2SiO3反应:Na2SiO3+H2O+CO2(不足) H2SiO3+ Na2CO3或Na2SiO3+2H2O+2
4、CO2(足量) H2SiO3+ 2NaHCO3 与碱性氧 化物反应 如与CaO反应:SiO2+CaO CaSiO3如与Na2O反应:Na2O+CO2 Na2CO3 与碳反应2C+SiO2 Si+2COC+CO2 2CO 用途制光导纤维、光学仪器、电子部件等制饮料、制碳酸盐等 必备知识 整合 关键能力 突破 4.CO2的实验室制法的实验室制法 (1)反应原理:CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2O 。 (2)发生装置:启普发生器。 (3)除去CO2中混有的HCl的试剂:饱和NaHCO3溶液 。 (4)收集方法:向上排空气法 。 (5)验满方法:用燃着的小木条靠近集气瓶口,火焰熄灭 。
5、必备知识 整合 关键能力 突破 5.硅的工业制取及提纯硅的工业制取及提纯 石英砂粗硅SiCl4高纯硅 涉及的化学方程式: SiO2+2C Si+2CO Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si+4HCl 必备知识 整合 关键能力 突破 二、硅酸、硅酸盐和无机非金属材料二、硅酸、硅酸盐和无机非金属材料 1.硅酸的性质、制备及用途硅酸的性质、制备及用途 必备知识 整合 关键能力 突破 2.硅酸盐硅酸盐 (1)硅酸盐是由硅、氧 元素和金属 元素组成的化合物的总称,是构成 地壳岩石的主要成分。 (2)Na2SiO3水溶液俗称水玻璃 ,是无色液体,常用于制作黏合剂、防腐剂 和耐火材料。 (3
6、)硅酸钠溶液在空气中易变质,反应的化学方程式为Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3。 必备知识 整合 关键能力 突破 (4)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,排列顺序:活泼 金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示 为Na2OSiO2 ,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO3MgO4SiO2 。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.无机非金属材料无机非金属材料 (1)传统无机非金属材料 水泥玻璃陶瓷 主要原料石灰石、黏土、石膏纯碱 、石灰石、石英砂黏土 主要设备水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑 玻璃生产中
7、的两个重要反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 ;CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 。 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。 (3)特殊功能的含硅物质 a.碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。 b.含硅元素4%的硅钢具有导磁性。 c.硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。 必备知识 整合 关键能力 突破 1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)碳元素是形成化合物种类最多的元素() (2)因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记() (3)下列转化在一定条件下能够实现:SiO2 SiCl
8、4 Si() (4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维() (5)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( ) 必备知识 整合 关键能力 突破 (6)SiO2与水反应可制取硅酸() (7)CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀() (8)水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品() (9)陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料() (10)水玻璃的化学性质稳定,在空气中不易变质() 必备知识 整合 关键能力 突破 2.将下列物质和其物理性质或用途用短线连接起来。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.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Na
9、2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作阻燃剂 。 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D 。 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+SiO2 Si+2CO制备硅单质,该反应中所含元素 化合价升高的物质是C (填化学式,下同),氧化剂是SiO2 。 必备知识 整合 关键能力 突破 考点一碳、硅及其化合物 典例探究典例探究 例例 (2020吉林长春模拟)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(
10、) 关键能力 突破 D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应,但如果CO2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,CO2再与CaCO3反应,直至沉淀完全溶解, 故选D。 必备知识 整合 关键能力
11、突破 名师点拨名师点拨 假设法判断CO2的反应顺序 假若CO2先与KOH反应,反应的化学方程式为2KOH+CO2 K2CO3+H2O,然 后产生的K2CO3会与Ca(OH)2反应,产生CaCO3沉淀和KOH,故CO2先与Ca(OH)2 反应生成CaCO3沉淀。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组训练题组训练 题组一题组一Si单质的存在形态、性质及用途单质的存在形态、性质及用途 1.(2020河南洛阳月考)在自然界中,只能以化合态存在的元素是() A.碳B.硅 C.硫D.Au 解析解析Si为亲氧元素,在自然界中与一定氧结合形成化合物,B项符合题意。 B 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2
12、020河北保定月考)高速公路两边的太阳能板使用的材料是() A.硅 B.钛合金 C.二氧化硅D.铅合金 解析解析Si常用作半导体材料,应用于芯片、太阳能电池中,A正确。 A 必备知识 整合 关键能力 突破 题组二二氧化碳的性质题组二二氧化碳的性质 3.(2020湖北宜昌模拟)碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下 列说法错误的是() A.碳是构成有机物的主要元素 B.光合作用是将太阳能转化为化学能的过程 C.化石燃料的大量燃烧是加剧温室效应的原因之一 D.石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的 标志 D 解析解析乙烯的年产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志,D错误。 必备知识
13、整合 关键能力 突破 4.用4种溶液进行实验,下表中“溶液”与“操作及现象”对应关系错误的是 () 选项溶液操作及现象 ACa(OH)2溶液 通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量 NaOH溶液,又变浑浊 BNaAlO2溶液通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失 CCa(ClO)2溶液通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去 DCaCl2溶液通入CO2,溶液没有明显变化,再通入氨气,溶液变浑浊 B 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析 2NaAlO2+CO2+3H2O 2Al(OH)3+Na2CO3,继续通CO2至过量,Al(OH)3 不溶于
14、碳酸,沉淀不消失,B错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 5.(2020黑龙江牡丹江模拟)下列有关硅及硅的化合物的叙述中,正确的是 () A.硅是光导纤维的主要成分 B.硅是构成岩石与许多矿物的基本元素 C.SiO2是酸性氧化物,不与任何酸发生反应 D.可以通过SiO2一步制得硅酸 题组三二氧化硅的性质题组三二氧化硅的性质 B 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析光导纤维的主要成分是二氧化硅,故A错误;硅是亲氧元素,岩石与许多 矿物的基本元素中都有Si元素,故B正确;SiO2是酸性氧化物,但可与氢氟酸发 生反应,故C错误;二氧化硅不溶于水,不能通过SiO2一步制得硅酸,故D错误。 必备知
15、识 整合 关键能力 突破 6.(2020吉林延边检测)利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程如下图所示, 下列说法正确的是() A.SiO2属于两性氧化物 B.盛放Na2CO3溶液的试剂瓶(玻璃瓶) 用玻璃塞 C.硅胶吸水后可重复再生 D.流程图中的转化都是氧化还原反应 C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析SiO2是酸性氧化物,A错误;Na2CO3溶液呈碱性,试剂瓶(玻璃瓶)不能用 玻璃塞,B错误;题图中有的转化不是氧化还原反应,例如SiO2与NaOH溶液的 反应,D错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组四二氧化碳与碱反应的图像题题组四二氧化碳与碱反应的图像题 7.向含有0.2 mo
16、l NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2,当通入 气体8.96 L(0 ,1.01105 Pa)时立即停止。则这一过程中,溶液中离子的物质的 量与通入CO2的体积关系正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)()C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析本题涉及的化学反应: Ba(OH)2+CO2 BaCO3+H2O 2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O BaCO3+CO2+H2O Ba(HCO3)2 Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3 0 1.01105 Pa未通入CO2时,溶液中:0.2 mol Na+、0.1 mol Ba2+、0.4 mo
17、l OH-;当 通入2.24 L CO2时,发生反应, 此时溶液中:0.2 mol Na+、0.2 mol OH-;当 通入4.48 L CO2时,发生反应,此时溶液中:0.2 mol Na+、0.1 mol C,当通 入6.72 L CO2时,发生反应,此时溶液中:0.2 mol Na+、0.2 mol HC;当 2 3 O 3 O 必备知识 整合 关键能力 突破 通入8.96 L CO2时,发生反应,此时溶液中:0.2 mol Na+、0.1 mol Ba2+、 0.4 mol HC。对比选项可知C项正确。 3 O 必备知识 整合 关键能力 突破 8.向体积均为10 mL且物质的量浓度相同
18、的两份NaOH溶液中分别通入一定 量的CO2得到溶液甲和乙。向甲、乙两溶液中分别滴加0.1 molL-1盐酸。此 时反应生成CO2体积(标准状况)与所加盐酸体积间的关系如图所示。则下列 叙述中正确的是() A.原NaOH溶液的物质的量浓度为0.5 molL-1 B.当0V(HCl)10 mL时,甲溶液中发生反应的离子 方程式为OH-+H+ H2O C.乙溶液中含有的溶质是Na2CO3、NaHCO3 D.乙溶液中滴加盐酸后产生CO2体积的最大值为112 mL(标准状况) A 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析在氢氧化钠溶液中通入一定量的二氧化碳后,溶液中溶质的组成可能 是NaOH和Na2C
19、O3、Na2CO3、Na2CO3和NaHCO3、NaHCO3四种情况,没有产 生二氧化碳时的反应可能为OH-+H+ H2O和C+H+ HC,产生二氧 化碳的反应为HC+H+ CO2+H2O。根据题图可以知道,当V(HCl)=50 mL 时,得到的产物为NaCl,由原子守恒可以知道:n(NaOH)=n(NaCl)=n(HCl)= 0.1 molL-10.05 L=0.005 mol,则原氢氧化钠溶液的浓度c(NaOH)= 0.5 molL-1,A正确;当0V(HCl)10 mL时,甲溶液中没有二氧化碳产生,反应的离 子方程式为C+H+ HC,B错误;氢氧化钠溶液中通入二氧化碳,溶质 不可能为Na
20、OH、NaHCO3,根据题图及分析可知,乙溶液中的溶质为NaOH和 2 3 O 3 O 3 O 0.005mol 0.01 L 2 3 O 3 O 必备知识 整合 关键能力 突破 Na2CO3,C错误;乙溶液中滴加盐酸,产生二氧化碳的反应为HC+H+ H2O+CO2,根据消耗了10 mL盐酸可以知道,生成二氧化碳的物质的量为 0.001 mol,标准状况下0.001 mol二氧化碳气体的体积为22.4 Lmol-1 0.001 mol103 mLL-1=22.4 mL,D错误。 3 O 必备知识 整合 关键能力 突破 考点二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料 典例探究典例探究 例例下列说法正确的是(
21、) A.晶体硅具有半导体性质,可用于生产光导纤维 B.玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应,故常用NaOH溶液雕刻玻璃 C.陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料 D.硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O2FeO3SiO2 D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析晶体硅具有半导体性质,可用于生产电脑芯片,A错误;雕刻玻璃可用氢 氟酸,B错误;石英玻璃的主要成分是二氧化硅,C错误;硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧 化物的形式可表示为Na2O2FeO3SiO2,D正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 名师点拨名师点拨 硅酸盐写成氧化物形式的方法 (1)氧化物的书写顺序
22、:活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅 水,不同氧化物之间以“”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)当计量数出现分数时应化为整数。如正长石:KAlSi3O8不能写成K2O Al2O33SiO2,应写成K2OAl2O36SiO2。 1 2 1 2 必备知识 整合 关键能力 突破 题组训练题组训练 题组一硅酸、硅酸盐的性质与用途题组一硅酸、硅酸盐的性质与用途 1.不属于硅酸盐工业产品的是() A.水泥B.玻璃 C.陶瓷D.化肥 解析解析水泥、玻璃、陶瓷属于常见的硅酸盐产品,化肥不是,D正确。 D 必备知识 整合 关键能力 突破
23、2.硅是带来人类文明的重要元素之一。下列物质中主要成分是硅酸盐的是 () A.陶瓷 B.金刚石 C.光导纤维D.大理石 解析解析陶瓷的主要成分是硅酸盐,A正确;金刚石是碳,B错误;光导纤维的主要 成分是二氧化硅,C错误;大理石的主要成分是碳酸钙,D错误。 A 必备知识 整合 关键能力 突破 题组二无机非金属材料题组二无机非金属材料 3.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Si
24、O2 D.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1 2 解析解析D项,在SiO2晶体中,1个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键,错误。 D 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(2020湖南武冈二中模拟)材料与化学密切相关,下表中材料与其主要成分 对应关系错误的是() 选项材料主要成分 A刚玉、金刚石三氧化二铝 B大理石、石灰石碳酸钙 C普通水泥、普通玻璃硅酸盐 D沙子、石英二氧化硅 解析解析刚玉和金刚石的主要成分分别是三氧化二铝和碳。 A 必备知识 整合 关键能力 突破 1.(2020浙江7月选考,9,2分)下列说法不正确的是() A.高压钠灯可用于道路照明 B.Si
25、O2可用来制造光导纤维 C.工业上可采用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜 D.BaCO3不溶于水,可用作医疗上检查肠胃的钡餐 D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析A项,高压钠灯透雾能力强,可用于道路照明,正确;B项,光导纤维的主 要成分为SiO2,正确;C项,工业上可采用主要成分为CuFeS2的黄铜矿来高温冶 炼制备粗铜,正确;D项,BaCO3会与胃酸反应,产生剧毒重金属离子Ba2+,故 BaCO3不可用作检查肠胃的钡餐,错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020课标,9,6分)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很 大影响,其原理如下图所示。下列叙述错误的是() A.
26、海水酸化能引起HC浓度增大、C浓度减小 B.海水酸化能促进CaCO3的溶解,导致珊瑚礁减少 C.CO2能引起海水酸化,其原理为HC H+C D.使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存 环境 3 O 2 3 O 3 O 2 3 O C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析海水酸化会引起H+浓度增大,H+与C结合生成HC,故HC浓度增 大、C浓度减小;海水酸化会使C浓度减小,平衡CaCO3 Ca2+C 朝着CaCO3溶解的方向移动,导致珊瑚礁减少;CO2引起海水酸化的原理是CO2+ H2O H2CO3 H+HC;使用太阳能、氢能等新能源可减少二氧化碳 的排放,可改善珊瑚的生存环境。故选C。
27、2 3 O 3 O 3 O 2 3 O 2 3 O 2 3 O 3 O 必备知识 整合 关键能力 突破 3.(2020浙江7月选考,24,2分)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一,其相关性 质的说法不正确的是() A.可发生反应:Ca3SiO5+4NH4Cl CaSiO3+2CaCl2+4NH3+2H2O B.具有吸水性,需要密封保存 C.能与SO2反应生成新盐 D.与足量盐酸作用,所得固体产物主要为SiO2 D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析A项,Ca3SiO5可表示为CaSiO32CaO,NH4Cl水解使溶液显酸性,故可发 生反应Ca3SiO5+4NH4Cl CaSiO3+
28、2CaCl2+4NH3+2H2O,正确;B项,水泥具 有吸水性,需密封保存,正确;C项,SO2+H2O H2SO3,H2SO3的酸性比H2SiO3 强,故Ca3SiO5能与SO2反应生成新盐,正确;D项,根据强酸制取弱酸的原理,所 得固体产物主要是H2SiO3,错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(2019北京理综,6,6分)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 A 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析B项,2022年冬奥会的速滑服是由有机合成材料制成的;C项,碳包覆银 纳米线是金属材料;D项,钛合金筛网轮是金属材料。
