2023屆新教材高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)無機(jī)非金屬材料學(xué)案

第13講無機(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.了解無機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途?？键c(diǎn)一碳及其化合物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____________。①②③(2)主要化學(xué)性質(zhì)——還原性可燃性2C＋O2(不足)2CO、C＋O2(足量)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：C＋2H2SO4(濃)?CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；濃HNO3：C＋4HNO3(濃)?CO2↑＋4NO2↑＋2H2O2.CO、CO2的性質(zhì)對(duì)比COCO2物理性質(zhì)____色____味氣體，密度比空氣小，____溶于水____色____味氣體，密度比空氣____，可溶于水(溶解度小)毒性________毒(易結(jié)合__________)____毒(溫室效應(yīng))化學(xué)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(yīng)②Mg在CO2中燃燒與水反應(yīng)無CO2＋H2O?H2CO3與堿反應(yīng)(石灰水)無__________=CaCO3↓＋H2O(檢驗(yàn)CO2)相互轉(zhuǎn)化用途燃料、冶煉金屬滅火、制汽水、植物肥料、化工原料等特別提醒溶液中通入CO2氣體產(chǎn)生沉淀的問題向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2氣體，由于鹽酸的酸性比碳酸的強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生BaCO3或CaCO3沉淀。碳酸和碳酸鹽(1)碳酸二元弱酸、不穩(wěn)定，常用CO2＋H2O代替H2CO3。(2)碳酸的正鹽和酸式鹽的比較正鹽(CO酸式鹽(HCO溶解性只有鉀、鈉、銨鹽可溶一般都可溶熱穩(wěn)定性正鹽>酸式鹽溶液pH同濃度：正鹽>酸式鹽相互轉(zhuǎn)化[易錯(cuò)易混辨析](錯(cuò)誤的說明錯(cuò)因)(1)金剛石和石墨由相同的元素組成，它們物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相似()錯(cuò)因：_________________________________________________________________。(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：__________________________________________________________________。(3)向空氣中排放二氧化碳會(huì)形成酸雨()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。(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(cuò)因：__________________________________________________________________。(5)氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會(huì)析出晶體()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。[深度思考]寫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)：_________________________________________________________；視野拓展草酸、草酸鹽的性質(zhì)(1)草酸的性質(zhì)草酸的化學(xué)式為H2C2O4，草酸晶體的化學(xué)式為H2C2O4·2H2O。①弱酸性：草酸為二元弱酸，酸性比醋酸的酸性強(qiáng)，電離方程式為H2②還原性：H2C2O4中C元素的化合價(jià)為＋3價(jià)，具有還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。③不穩(wěn)定性：草酸晶體受熱易分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2C2O4·2H2O?CO↑＋CO2↑＋3H2O。(2)草酸鹽的性質(zhì)①(NH4)2C2O4溶于水，加熱分解，由氨水和草酸溶液反應(yīng)生成。②CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于鹽酸、稀硝酸，灼燒時(shí)轉(zhuǎn)變成碳酸鈣或氧化鈣。③MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由對(duì)應(yīng)的可溶性金屬鹽與草酸銨反應(yīng)而得到，加熱分解可得到對(duì)應(yīng)金屬氧化物。題組強(qiáng)化訓(xùn)練·形成關(guān)鍵能力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2．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(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)常看到云霧繚繞，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________________________________________________________________________________________________________________________________________________?？键c(diǎn)二硅、無機(jī)非金屬材料必備知識(shí)梳理·夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)1.硅(1)硅的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(2)化學(xué)性質(zhì)(3)硅的工業(yè)制法(4)用途：半導(dǎo)體材料、太陽(yáng)能電池、計(jì)算機(jī)芯片。2．二氧化硅3．硅酸4．硅酸鹽(1)硅酸鈉：硅酸鈉的溶液俗稱________，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。(2)硅酸鹽的氧化物表示法：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。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為________________________________________________，長(zhǎng)石(KAlSi3O8)可表示為____________________________________________________。5．無機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機(jī)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________________________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)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；________________________________________________________________________。(2)新型無機(jī)非金屬材料①以硅為主體的硅芯片、硅太陽(yáng)能電池。②以二氧化硅為主體的光導(dǎo)纖維。③新型陶瓷：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(碳化硅、氮化硅)；壓電陶瓷(鈦酸鹽和鋯酸鹽)；透明陶瓷(氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氟化鈣)；超導(dǎo)陶瓷等。④碳納米材料：富勒烯、碳納米管、石墨烯。[易錯(cuò)易混辨析](錯(cuò)誤的說明錯(cuò)因)(1)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料。()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。(2)SiO2是酸性氧化物，可溶于強(qiáng)堿，不溶于任何酸。()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。(3)SiO2具有導(dǎo)電性，故可用于制備光導(dǎo)纖維。()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。(4)Na2CO3溶液貯存在帶有玻璃塞的玻璃試劑瓶中。()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。(5)工業(yè)上用焦炭和石英制取粗硅的反應(yīng)方程式為SiO2＋C高溫Si＋CO2↑()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。(6)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。(7)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4()錯(cuò)因：__________________________________________________________________。[深度思考](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：反應(yīng)①：________________________________________________________________；反應(yīng)②：________________________________________________________________；反應(yīng)③：________________________________________________________________。(2)能否依據(jù)反應(yīng)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)？________________________________________________________________________。題組強(qiáng)化訓(xùn)練·形成關(guān)鍵能力題組一無機(jī)非金屬材料的性質(zhì)及應(yīng)用1．“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”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(diǎn)較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽2．下列說法不正確的是()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)化成電能題組二高純硅的工業(yè)上制備3．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)?SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進(jìn)行的反應(yīng)為②SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl。下列說法不正確的是()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SiO2HClaqSiCl4Si4．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)＋3HClSiHCl3＋H2；②經(jīng)過純化的SiHCl3與過量H2在1000～1100℃下反應(yīng)制得純硅?；卮鹣嚓P(guān)問題：(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________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)用SiHCl3與過量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________________________________________________________________________。高考真題演練·明確考查方向1．[2021·山東卷]有利于實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的是()A．風(fēng)能發(fā)電B．糧食釀酒C．燃煤脫硫D．石油裂化2．[2021·全國(guó)乙卷]我國(guó)提出爭(zhēng)取在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這對(duì)于改善環(huán)境、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要?！疤贾泻汀笔侵窩O2的排放總量和減少總量相當(dāng)。下列措施中能促進(jìn)碳中和最直接有效的是()A．將重質(zhì)油裂解為輕質(zhì)油作為燃料B．大規(guī)模開采可燃冰作為新能源C．通過清潔煤技術(shù)減少煤燃燒污染D．研發(fā)催化劑將CO2還原為甲醇3．[2019·全國(guó)卷Ⅰ]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。下列說法錯(cuò)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?zé)Y(jié)而成C．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)4．[2019·北京卷]下列我國(guó)科研成果所涉及材料中，主要成分為同主族元素形成的無機(jī)非金屬材料的是()A.4.03米大口徑碳化硅反射鏡B.2022年冬奧會(huì)聚氨酯速滑服C.能屏蔽電磁波的碳包覆銀納米線D.“玉兔二號(hào)”鈦合金篩網(wǎng)輪隨堂過關(guān)訓(xùn)練·提升學(xué)科素養(yǎng)1．下列關(guān)于碳及其氧化物的說法不正確的是()A．過度排放CO2會(huì)導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”，應(yīng)提倡“低碳生活”B．一氧化碳易與血液中的血紅蛋白結(jié)合C．金剛石和石墨都是碳單質(zhì)，但原子排列方式不同，物理性質(zhì)也不同D．CO、CO2、葡萄糖都屬于有機(jī)物2．碳和碳的化合物間的部分轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是()A．由碳酸轉(zhuǎn)化成X一定要在加熱條件下進(jìn)行B.由碳轉(zhuǎn)化為X一定發(fā)生的是化合反應(yīng)C．物質(zhì)X一定是二氧化碳D．若使一氧化碳轉(zhuǎn)化成X，只能通過一氧化碳在空氣(或氧氣)中燃燒獲得3．常溫下，下列各組物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)的是()①硅與NaOH溶液②硅與鹽酸③硅與氫氟酸④二氧化硅與碳酸鈉⑤二氧化硅與NaOH溶液⑥二氧化硅與濃硝酸A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥D(zhuǎn)．②④⑥4．青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO。下列說法不正確的是()A.青石棉是一種硅酸鹽材料B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學(xué)組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使稀硝酸中的1molHNO3被還原5．某研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了“實(shí)驗(yàn)室制Si”的研究，他們以課本為基礎(chǔ)，查閱資料得到以下可供參考的信息：①工業(yè)上在高溫時(shí)用C還原SiO2可制得Si；②Mg在點(diǎn)燃的條件下即可與SiO2反應(yīng)；③金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽與SiH4；④Si和SiO2均不與稀H2SO4反應(yīng)；⑤SiH4在空氣中自燃。他們?cè)谘芯繄?bào)告中記載著：“……選用合適的物質(zhì)在適宜的條件下充分反應(yīng)，再用足量稀硫酸溶解固體產(chǎn)物；然后過濾、洗滌、干燥，最后稱量……在用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花，其產(chǎn)率也只有預(yù)期值的63%左右。”(1)該小組“實(shí)驗(yàn)室制Si”的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)你估計(jì)“用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花”的原因是(用文字和化學(xué)方程式解釋)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第13講無機(jī)非金屬材料考點(diǎn)一必備知識(shí)梳理·夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)1．(1)同素異形體①正四面體高大②正六邊形高小能③正五正六(2)C＋2CuO?2Cu＋CO2↑2．無無難無無大有血紅蛋白無Ca(OH)2＋CO2易錯(cuò)易混辨析答案：(1)√(2)×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)×pH<5.6的雨水才是酸雨，CO2不能形成酸雨(4)×由于鹽酸的酸性比碳酸強(qiáng)，CO2與CaCl2溶液不反應(yīng)(5)√深度思考答案：(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溶液的洗氣瓶題組強(qiáng)化訓(xùn)練·形成關(guān)鍵能力1．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。答案：D2．答案：(1)abcd(2)CO(3)干冰(4)CO2＋3H2CH3OH＋H2O考點(diǎn)二必備知識(shí)梳理·夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)1．(1)(2)Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑(3)2．高大Na2SiO3＋H2OCaSiO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O3．難Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3SiO2＋H2ONa2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl干燥劑4．(1)水玻璃(2)Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO25．(1)①石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑易錯(cuò)易混辨析答案：(1)×晶體硅能作半導(dǎo)體材料的原因是具有一定的導(dǎo)電性而不是因?yàn)槠淙埸c(diǎn)高、硬度大(2)×SiO2可以與氫氟酸反應(yīng)而溶解(3)×不具有導(dǎo)電性，可制備光導(dǎo)纖維的原因是對(duì)光具有反射作用(4)×Na2CO3溶液應(yīng)貯存在帶有橡膠塞的玻璃試劑瓶中(5)×在高溫條件下生成CO而不是CO2(6)×Si是半導(dǎo)體材料，SiO2用于制造光導(dǎo)纖維(7)√深度思考答案：(1)Si(粗)＋2Cl2?SiCl4(2)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。題組強(qiáng)化訓(xùn)練·形成關(guān)鍵能力1．解析：陶瓷是人類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。答案：C2．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。答案：D3．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