2022高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí)講義第4章第19講　碳、硅及無(wú)機(jī)非金屬材料

第19講碳、硅及無(wú)機(jī)非金屬材料復(fù)習(xí)目標(biāo)1.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境的影響。3.了解無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途。考點(diǎn)一碳及其重要化合物1．碳單質(zhì)(1)存在形式：有金剛石、石墨、無(wú)定形碳、足球烯，它們互為同素異形體。①②③(2)主要化學(xué)性質(zhì)——還原性可燃性2C＋O2(不足)eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO、C＋O2(足量)eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2與氧化物反應(yīng)CuO：______________________(冶煉金屬)；SiO2：____________________(制取粗硅)；H2O：__________________(制取水煤氣)與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)濃H2SO4：________________________________________________；濃HNO3：___________________________________________________答案C＋2CuOeq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))H2＋COC＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2OC＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O2．CO、CO2的性質(zhì)對(duì)比COCO2物理性質(zhì)無(wú)色無(wú)味氣體密度比空氣小難溶于水無(wú)色無(wú)味氣體密度比空氣大可溶于水(溶解度小)毒性有毒(易結(jié)合血紅蛋白)無(wú)毒(溫室效應(yīng))化學(xué)性質(zhì)還原性可燃性還原氧化鐵無(wú)(滅火)氧化性①與熾熱炭反應(yīng)②Mg在CO2中燃燒與水反應(yīng)無(wú)CO2＋H2OH2CO3與堿反應(yīng)(石灰水)無(wú)Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O(檢驗(yàn)CO2)相互轉(zhuǎn)化CO2eq\o(,\s\up7(C，△),\s\do5(①O2；②CuO))CO用途燃料、冶煉金屬滅火、制汽水、植物肥料、化工原料等碳酸(H2CO3)性質(zhì)：為弱酸、不穩(wěn)定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中與CO2共存，因此常把CO2＋H2O當(dāng)碳酸用。4．碳酸的正鹽和酸式鹽的比較正鹽(COeq\o\al(2－,3))酸式鹽(HCOeq\o\al(－,3))溶解性只有鉀、鈉、銨鹽可溶一般都可溶溶解度一般而言，在相同溫度下，難溶性正鹽溶解度小于其酸式鹽溶解度，如溶解度Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正鹽溶解度大于其酸式鹽溶解度，如溶解度Na2CO3>NaHCO3。熱穩(wěn)定性正鹽>酸式鹽>碳酸溶液pH同濃度：正鹽>酸式鹽相互轉(zhuǎn)化COeq\o\al(2－,3)eq\o(,\s\up7(①CO2＋H2O；②H＋),\s\do5(OH－))HCOeq\o\al(－,3)(1)金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質(zhì)(×)錯(cuò)因：它們的化學(xué)性質(zhì)相似，但物理性質(zhì)不同。(2)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)屬于氧化還原反應(yīng)(×)錯(cuò)因：同素異形體之間的轉(zhuǎn)化，化合價(jià)不變，不是氧化還原反應(yīng)。(3)向空氣中排放二氧化碳會(huì)形成酸雨(×)錯(cuò)因：pH<5.6的雨水才是酸雨，CO2不能形成酸雨。(4)向CaCl2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過(guò)量，渾濁消失(×)錯(cuò)因：由于鹽酸的酸性比碳酸強(qiáng)，CO2與CaCl2溶液不反應(yīng)。(5)氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會(huì)析出晶體(√)1．碳的重要化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：思考每步轉(zhuǎn)化的試劑及條件，并用化學(xué)方程式表示標(biāo)有序號(hào)的各步變化。①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________；⑥________________________________________________________________________。答案①2C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO(氧氣不足)(或C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO、2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO↑＋Si)②2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO2(或CO＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2)③CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO④CO2＋2Mgeq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2MgO＋C⑤CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2⑥Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3＋CO2↑＋H2O[或Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2=2CaCO3↓＋2H2O]2．寫(xiě)出除去下列氣體中混有的雜質(zhì)(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法。(1)CO(CO2)：___________________________________________________________；(2)CO2(CO)：___________________________________________________________；(3)CO2(O2)：____________________________________________________________；(4)CO2(SO2)：___________________________________________________________；(5)CO2(HCl)：___________________________________________________________。答案(1)通過(guò)盛有NaOH濃溶液的洗氣瓶(2)通過(guò)盛放灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管(3)通過(guò)盛放灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管(4)通過(guò)盛有飽和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗氣瓶(5)通過(guò)盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶1．新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國(guó)際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．石墨烯是一種新型化合物B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C．二者和石墨都是碳的同素異形體D．氧化石墨烯具有一定的親水性答案D解析石墨烯是碳的單質(zhì)，A錯(cuò)誤；氧化石墨烯因?yàn)檫€含有氫元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素異形體，B、C錯(cuò)誤；由于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有羥基和羧基等親水基團(tuán)，所以它具有一定的親水性，D正確。2．溶洞和鐘乳石是大自然的杰作。溶洞和鐘乳石的形成與自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化有著密切聯(lián)系。下列有關(guān)自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中不正確的是()A．溶洞是通過(guò)CaCO3與H2O、CO2作用生成可溶性的Ca(HCO3)2形成的B．游客的參觀不會(huì)對(duì)其造成影響C．溶洞和鐘乳石的形成過(guò)程中沒(méi)有涉及氧化還原反應(yīng)D．鐘乳石是在一定條件下由可溶性的Ca(HCO3)2轉(zhuǎn)化成CaCO3的結(jié)果答案B3．(2020·成都調(diào)研)科技的進(jìn)步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)B．CO2加氫轉(zhuǎn)化為乙烯，CO2被還原C．CO2電催化時(shí)，在陽(yáng)極轉(zhuǎn)化為燃料D．CO2與環(huán)氧丙烷可合成可降解塑料答案C解析含碳燃料燃燒以及動(dòng)植物呼吸都會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，植物光合作用消耗二氧化碳，所以CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)，故A正確；CO2加氫轉(zhuǎn)化為乙烯，C的化合價(jià)降低，CO2得電子，被還原，故B正確；CO2中C為＋4價(jià)，只能發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，CO2在陰極得電子轉(zhuǎn)化為燃料，陽(yáng)極為失電子的氧化反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；CO2與環(huán)氧丙烷發(fā)生加聚反應(yīng)，可合成可降解塑料，故D正確。4．碳和碳的氧化物是生活中的常見(jiàn)物質(zhì)，回答下列問(wèn)題：(1)下列有關(guān)說(shuō)法正確的是________(填字母)。a．利用二氧化碳制造全降解塑料，可以減緩二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響b．金剛石、石墨、C60的化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)卻有很大差異c．木炭、一氧化碳在一定條件下都能還原氧化銅d．大氣中二氧化碳的消耗途徑主要是綠色植物的光合作用(2)吸煙對(duì)人體有害，燃著的香煙產(chǎn)生的煙氣含有一種能與血液中的血紅蛋白結(jié)合的有毒氣體，它是________(填化學(xué)式)。(3)影視舞臺(tái)上經(jīng)?？吹皆旗F繚繞，使人如入仙境的景象，產(chǎn)生這一景象可用的物質(zhì)是________(填物質(zhì)俗稱)。(4)為減少二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響，可將二氧化碳與氫氣在300℃、200kPa和催化劑的條件下，反應(yīng)生成一種清潔燃料甲醇(CH3OH)和水，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________________________________________________________________________。答案(1)abcd(2)CO(3)干冰(4)CO2＋3H2eq\o(=,\s\up7(300℃、200kPa),\s\do5(催化劑))CH3OH＋H2O考點(diǎn)二硅、無(wú)機(jī)非金屬材料1．硅單質(zhì)2．二氧化硅3．硅酸4．硅酸鹽(1)硅酸鹽是由硅、氧與其他化學(xué)元素結(jié)合而成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)硅酸鈉①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃。有黏性，水溶液顯堿性。②與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)a．與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。b．與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。(3)硅酸鹽組成的表示方法：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成。①氧化物的書(shū)寫(xiě)順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開(kāi)。②各元素的化合價(jià)保持不變，且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長(zhǎng)石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。5．無(wú)機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。①常見(jiàn)硅酸鹽材料比較水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯②玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。(2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料材料類(lèi)型主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等半導(dǎo)體陶瓷具有電學(xué)特性二氧化錫陶瓷集成電路中的半導(dǎo)體光學(xué)材料具有光學(xué)特性光導(dǎo)纖維光纜通訊、醫(yī)療、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷人造骨骼、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘(1)工業(yè)上用焦炭和石英制取粗硅的反應(yīng)方程式為SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑(×)錯(cuò)因：在高溫條件下生成CO而不是CO2。(2)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維(×)錯(cuò)因：Si是半導(dǎo)體材料，SiO2用于制造光導(dǎo)纖維。(3)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4(√)(4)SiO2是酸性氧化物，可溶于強(qiáng)堿(NaOH)，不溶于任何酸(×)錯(cuò)因：SiO2能與氫氟酸反應(yīng)。(1)工業(yè)上可用以下流程制取高純硅，完成各步反應(yīng)的化學(xué)方程式：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(①焦炭),\s\do5(高溫))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(②氯氣),\s\do5(加熱))eq\x(SiCl4)eq\o(→,\s\up7(③氫氣),\s\do5(高溫))eq\x(高純硅)反應(yīng)①：________________________________________________________________________；反應(yīng)②：________________________________________________________________________；反應(yīng)③：________________________________________________________________________。答案SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si(粗)＋2CO↑Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(純)＋4HCl(2)能否依據(jù)反應(yīng)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑說(shuō)明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)？答案不能。強(qiáng)酸＋弱酸鹽=強(qiáng)酸鹽＋弱酸，該規(guī)律僅適用于常溫下水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，而該反應(yīng)是在高溫且熔融態(tài)下進(jìn)行的，只能從化學(xué)平衡移動(dòng)角度去解釋反應(yīng)發(fā)生的原因——CO2為氣體，能及時(shí)分離出反應(yīng)體系，使化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行。題組一硅無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)及應(yīng)用1．(2019·康定教學(xué)質(zhì)量檢查)“九秋風(fēng)露越窯開(kāi)，奪得千峰翠色來(lái)”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩(shī)句，描繪我國(guó)古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是()A．玻璃是人類(lèi)最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽答案C解析陶瓷是人類(lèi)最早使用的硅酸鹽制品，A項(xiàng)錯(cuò)誤；純堿、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項(xiàng)錯(cuò)誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高，C項(xiàng)正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．(2020·河南期末)下列關(guān)于二氧化硅的說(shuō)法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應(yīng)生成硅酸B．二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電能力強(qiáng)而被用于制造光纜C．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時(shí)發(fā)生反應(yīng)D．用二氧化硅制取單質(zhì)硅時(shí)，當(dāng)生成2.24L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，得到2.8g硅答案C解析二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，與水不反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于其良好的光學(xué)特性而被用于制造光纜，故B錯(cuò)誤；碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但在高溫時(shí)，二氧化硅能夠與碳酸鈉固體反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，故C正確；由化學(xué)方程式SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，可知當(dāng)生成2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)即0.1mol氣體時(shí)，得到0.05mol即1.4g硅，故D錯(cuò)誤。3．下列說(shuō)法不正確的是()A．SiO2能與HF反應(yīng)，因此可用HF刻蝕玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠C．氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，化學(xué)式為Si3N4D．石英是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能答案D解析氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅和水，故HF可用于刻蝕玻璃，故A正確；鹽酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸可制備硅酸凝膠，故B正確；根據(jù)N的非金屬性強(qiáng)于Si及化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0的原則，得氮化硅的化學(xué)式為Si3N4，故C正確；晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能，而不是二氧化硅，故D錯(cuò)誤。題組二工業(yè)上制取高純硅4．科學(xué)家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示：容器①中進(jìn)行的反應(yīng)為①Si(粗)＋3HCl(g)eq\o(=,\s\up7(△))SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進(jìn)行的反應(yīng)為②SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(純)＋3HCl。下列說(shuō)法不正確的是()A．該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是部分反應(yīng)物可循環(huán)使用B．①和②互為可逆反應(yīng)C．該流程中需要隔絕空氣D．粗硅制備不能通過(guò)SiO2eq\o(→,\s\up7(HClaq))SiCl4eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(高溫))Si實(shí)現(xiàn)答案B解析A項(xiàng)，反應(yīng)②中生成的HCl在反應(yīng)①中循環(huán)利用，正確；B項(xiàng)，反應(yīng)①與反應(yīng)②對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度不一致，不是可逆反應(yīng)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，高溫條件下，Si、SiHCl3、H2都與O2反應(yīng)，故需隔絕空氣，正確；D項(xiàng)，SiO2不與HCl反應(yīng)，不能通過(guò)上述途徑制硅，正確。5．晶體硅是一種重要的非金屬原料，由粗硅制備純硅的主要步驟如下：①粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；②經(jīng)過(guò)純化的SiHCl3與過(guò)量H2在1000～1100℃下反應(yīng)制得純硅?；卮鹣嚓P(guān)問(wèn)題：(1)粗硅與HCl氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到SiHCl3(沸點(diǎn)為36.5℃)，只含有少量SiCl4(沸點(diǎn)為57.6℃)和HCl(沸點(diǎn)為－84.7℃)，提純SiHCl3的方法為_(kāi)____________________________。(2)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖所示(熱源及夾持裝置已略去)：①在加熱D裝置前應(yīng)先打開(kāi)A裝置中分液漏斗的活塞，目的是________________________________________________________________________________________________________。②C裝置中燒瓶需要加熱，采用的方法是____________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)蒸餾(2)①排出系統(tǒng)內(nèi)的空氣，以防爆炸②水浴加熱1．(2019·全國(guó)卷Ⅰ，7)陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．“雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色，來(lái)自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)贫蒀．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)答案A解析“雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關(guān)，而氧化鐵顯紅棕色，A項(xiàng)錯(cuò)誤；秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)贫?，B項(xiàng)正確；陶瓷以黏土為原料，經(jīng)高溫?zé)贫?，屬于人造材料，主要成分是硅酸鹽，C項(xiàng)正確；陶瓷主要成分是