2022高考化學大一輪復習講義第4章第19講　碳、硅及無機非金屬材料

第19講碳、硅及無機非金屬材料復習目標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)及應用。2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響。3.了解無機非金屬材料的性質(zhì)和用途?？键c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、無定形碳、足球烯，它們互為同素異形體。①②③(2)主要化學性質(zhì)——還原性可燃性2C＋O2(不足)eq\o(=,\s\up7(點燃))2CO、C＋O2(足量)eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2與氧化物反應CuO：______________________(冶煉金屬)；SiO2：____________________(制取粗硅)；H2O：__________________(制取水煤氣)與強氧化性酸反應濃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)對比COCO2物理性質(zhì)無色無味氣體密度比空氣小難溶于水無色無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)無毒(溫室效應)化學性質(zhì)還原性可燃性還原氧化鐵無(滅火)氧化性①與熾熱炭反應②Mg在CO2中燃燒與水反應無CO2＋H2OH2CO3與堿反應(石灰水)無Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O(檢驗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)(×)錯因：它們的化學性質(zhì)相似，但物理性質(zhì)不同。(2)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻獙儆谘趸€原反應(×)錯因：同素異形體之間的轉(zhuǎn)化，化合價不變，不是氧化還原反應。(3)向空氣中排放二氧化碳會形成酸雨(×)錯因：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至過量，渾濁消失(×)錯因：由于鹽酸的酸性比碳酸強，CO2與CaCl2溶液不反應。(5)氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會析出晶體(√)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，并用化學方程式表示標有序號的各步變化。①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________；⑥________________________________________________________________________。答案①2C＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))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(點燃))2CO2(或CO＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2)③CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO④CO2＋2Mgeq\o(=,\s\up7(點燃))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．寫出除去下列氣體中混有的雜質(zhì)(括號內(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)通過盛有NaOH濃溶液的洗氣瓶(2)通過盛放灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管(3)通過盛放灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管(4)通過盛有飽和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗氣瓶(5)通過盛有飽和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、材料科學研究的國際熱點課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()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錯誤；氧化石墨烯因為還含有氫元素，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，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)化的說法中不正確的是()A．溶洞是通過CaCO3與H2O、CO2作用生成可溶性的Ca(HCO3)2形成的B．游客的參觀不會對其造成影響C．溶洞和鐘乳石的形成過程中沒有涉及氧化還原反應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)科技的進步為二氧化碳資源化利用提供了廣闊的前景。下列說法錯誤的是()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，在陽極轉(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植物呼吸都會產(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的化合價降低，CO2得電子，被還原，故B正確；CO2中C為＋4價，只能發(fā)生得電子的還原反應，CO2在陰極得電子轉(zhuǎn)化為燃料，陽極為失電子的氧化反應，故C錯誤；CO2與環(huán)氧丙烷發(fā)生加聚反應，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物質(zhì)，回答下列問題：(1)下列有關(guān)說法正確的是________(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環(huán)境的影響b．金剛石、石墨、C60的化學性質(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________(填化學式)。(3)影視舞臺上經(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，反應生成一種清潔燃料甲醇(CH3OH)和水，其反應的化學方程式為_________________________________________________________________________________________________。答案(1)abcd(2)CO(3)干冰(4)CO2＋3H2eq\o(=,\s\up7(300℃、200kPa),\s\do5(催化劑))CH3OH＋H2O考點二硅、無機非金屬材料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與酸性比硅酸強的酸反應a．與鹽酸反應的化學方程式：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。b．與CO2水溶液反應的化學方程式：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氧化物的書寫順序：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。②各元素的化合價保持不變，且滿足化合價代數(shù)和為零，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。5．無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。①常見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)中的兩個重要反應：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。(2)新型無機非金屬材料材料類型主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強度高氮化硅陶瓷汽輪機葉片、軸承、永久性模具等半導體陶瓷具有電學特性二氧化錫陶瓷集成電路中的半導體光學材料具有光學特性光導纖維光纜通訊、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方程式為SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑(×)錯因：在高溫條件下生成CO而不是CO2。(2)Si和SiO2都可用于制造光導纖維(×)錯因：Si是半導體材料，SiO2用于制造光導纖維。(3)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4(√)(4)SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿(NaOH)，不溶于任何酸(×)錯因：SiO2能與氫氟酸反應。(1)工業(yè)上可用以下流程制取高純硅，完成各步反應的化學方程式：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①：________________________________________________________________________；反應②：________________________________________________________________________；反應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Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強？答案不能。強酸＋弱酸鹽=強酸鹽＋弱酸，該規(guī)律僅適用于常溫下水溶液中進行的反應，而該反應是在高溫且熔融態(tài)下進行的，只能從化學平衡移動角度去解釋反應發(fā)生的原因——CO2為氣體，能及時分離出反應體系，使化學反應向右進行。題組一硅無機非金屬材料的性質(zhì)及應用1．(2019·康定教學質(zhì)量檢查)“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國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)說法中正確的是()A．玻璃是人類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解析陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A項錯誤；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項錯誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高，C項正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項錯誤。2．(2020·河南期末)下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應生成硅酸B．二氧化硅制成的光導纖維，由于導電能力強而被用于制造光纜C．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應D．用二氧化硅制取單質(zhì)硅時，當生成2.24L氣體(標準狀況)時，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，故A錯誤；二氧化硅制成的光導纖維，由于其良好的光學特性而被用于制造光纜，故B錯誤；碳酸的酸性強于硅酸，二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但在高溫時，二氧化硅能夠與碳酸鈉固體反應生成硅酸鈉和二氧化碳，故C正確；由化學方程式SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，可知當生成2.24L(標準狀況)即0.1mol氣體時，得到0.05mol即1.4g硅，故D錯誤。3．下列說法不正確的是()A．SiO2能與HF反應，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，化學式為Si3N4D．石英是良好的半導體材料，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的非金屬性強于Si及化合物中正負化合價的代數(shù)和為0的原則，得氮化硅的化學式為Si3N4，故C正確；晶體硅是良好的半導體材料，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錯誤。題組二工業(yè)上制取高純硅4．科學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中進行的反應為①Si(粗)＋3HCl(g)eq\o(=,\s\up7(△))SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進行的反應為②SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(純)＋3HCl。下列說法不正確的是()A．該工藝流程的優(yōu)點是部分反應物可循環(huán)使用B．①和②互為可逆反應C．該流程中需要隔絕空氣D．粗硅制備不能通過SiO2eq\o(→,\s\up7(HClaq))SiCl4eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(高溫))Si實現(xiàn)答案B解析A項，反應②中生成的HCl在反應①中循環(huán)利用，正確；B項，反應①與反應②對應的反應溫度不一致，不是可逆反應，錯誤；C項，高溫條件下，Si、SiHCl3、H2都與O2反應，故需隔絕空氣，正確；D項，SiO2不與HCl反應，不能通過上述途徑制硅，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氣體反應制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；②經(jīng)過純化的SiHCl3與過量H2在1000～1100℃下反應制得純硅?；卮鹣嚓P(guān)問題：(1)粗硅與HCl氣體反應完全后，經(jīng)冷凝得到SiHCl3(沸點為36.5℃)，只含有少量SiCl4(沸點為57.6℃)和HCl(沸點為－84.7℃)，提純SiHCl3的方法為_____________________________。(2)用SiHCl3與過量H2反應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裝置前應先打開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)與化學有著密切的關(guān)系。下列說法錯誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒制而成C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽D．陶瓷化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點答案A解析“雨過天晴云破處”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項錯誤；秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒制而成，B項正確；陶瓷以黏土為原料，經(jīng)高溫燒制而成，屬于人造材料，主要成分是硅酸鹽，C項正確；陶瓷主要成分是