第三部分元素化合物——碳,硅及新型无机非金属材料.doc

进入虚拟课堂高三化学同步辅导教材（第20讲）一、 本讲教学进度及主要内容第三部分 元素化合物碳、硅及新型无机非金属材料主要内容：1构建碳、硅元素的知识网络2掌握两种元素对应的单质，氧化物、酸及其盐的重要性质3了解硅酸盐工业和新型无机非金属材料二、 学习指导（一）构建知识网络 一方面抓住典型物质作为核心，尽可能向外发散和向内收效，甚至可扩展到相关的有机知识，另方面要区分条件的不同（如温度、用量、酸碱性等），尽量分类整理，做到有序存档。 1碳元素及其化合物的转化C2H2O2H2O 2硅元素及其化合物的转化（二）典型构质的性质1单质碳 C原子间结合方式 （1）同素异形体的多样性 分子中所含C原子数不同 金刚石原子晶体 原子晶体石墨混合晶体 分子晶体（2）活性炭的重要性质和作用 多孔疏松结构吸附力强吸附气体或溶液里的某些有色物质。 实例去臭气吸附水中有臭味物质（净化水）漂白吸附某些食物和工业产品中的色素去毒吸附有毒气体（如NO2、Cl2等）（用于防毒面具）（3）碳的化学性质 常温：稳定 加热、高温或点燃：常表现还原性，作还原剂一般加热时，C CO2高温 高温时，C CO如： C+H2O CO+H2高温 2C+SiO2 2CO+SiC+2CuO 2Cu + CO2 C+4HNO3(浓) CO2+4NO2+2H2O 想一想：为什么木炭燃烧时无火焰？2碳的氧化物 CO、CO2尽管用为碳的氧化物，但是两者的物理性质，化学性质均有较大区别，可列表比较如下：COCO2物理性质 无色无气味气体难溶于水无色略带酸味气体能溶于水（1 ：1）毒性有毒（与血红蛋白结合）无毒（大量排放会导致温室效应）化学性质可燃性还原性不与碱液反应一般不可燃烧，也不支持燃烧但Mg、Li能在CO2中燃烧点燃 弱氧化性高温 2Mg+CO2 C+2MgOC+CO2 2CO与碱液反应类别不成盐氧化物酸性氧化物检验点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯和用清石浓H2SO4 灰水润洗过的烧杯能使清石灰水变浊但不能使品红褪色（有别于SO2）实验室制法HCOOH CO+H2OCaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O工业制法高温 水煤气法：C+H2O CO+H2高温 煅烧石灰石法：CaCO3 CaO+CO2思考下列小问题：如何除去CO中少量CO2？如何除去CO2中少量CO？如何分离CO和CO2？3比较CO2和SiO2 CO2和SiO2是同主族元素形成的高价氧化物。化学性质有一定的相似性，但物理性质和某些化学性质方面却有很大差异。 CO2 SiO2与碱性氧化物反应 酸 性 氧 化 性CaO+CO2=CaCO3高温 CaO+SiO2 CaSiO3与碱液反应OH 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O与盐反应C6H5Ona+CO2+H2O +NaHO3Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3高温 高温 2Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2(难挥发酸酐易挥发酸酐)与碳反应 C+CO2 2CO高温 2C+SiO2 Si+2CO与H2O作用CO2+H2O H2CO3不与水化合+H2O SiO2 H2SiO3 H2O与酸反应不反应只与HF反应SiO2+4HF=SiF4+H2O晶体类型分子晶体原子晶体熔点低(易升华)高4Si的非寻常性（1）硅不活泼、但自然界无游离态，通常以硅酸盐形式存在（2）硅不与一般的强酸、强氧化性酸反应，但常温却下HF反应，且能置换出其中的H。 Si+4HF=SiF4+2H2（3）碳不与碱液反应，但硅常温即可与碱液反应并放出H2，表现出与Al有相似性。 Si+2NaOH+2H2O=Na2SiO3+2H2 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2其它固体非金属即使与碱液反应，一般也无H2产生。如 3S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2O5碳酸正盐和酸式盐 （1）溶解性： 大多正盐难溶于水（除K+、Na+、NH4+） 而一般酸式碳酸盐均可溶于水同一种阳离子的盐 一般：酸式盐正盐 如 Ca(HCO3)2CaCO3 KHCO3K2CO3 但 NaHCO3Na2CO3想一想：为什么在饱和Na2CO3溶液中通入足量的CO2有晶体析出？提示：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 106g 18g 168g溶剂水量减少生成NaHCO3质量比消耗的Na2CO3质量大同温下溶解性 NaHCO3Na2CO3（2）与酸反应的过程及速度（同条件） H+CO32=HCO3 HCO3+H+=H2O+CO2放出气体速度：HCO3CO32（3）与碱液反应 Na2CO3+NaOH不反应 NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH 2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3+Na2CO3+H2O（4）热稳定性： 正盐相应酸式盐高温 如： CaCO3 CaO+CO2 Ca(HCO3)2 CaCO3+H2O+CO2 Na2CO3 不分解 2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2OH+或CO2+H2O OH或 （5）相互转化： 正盐（CO32） 酸式盐（HCO3） （三）硅酸盐工业简介水泥玻璃（普通）原料石灰石、粘土纯碱、石灰石、石英设备迴转窑高温 玻璃熔炉反应复杂的物理化学变化高温 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2主要成分3CaOSiO22CaO SiO23CaOAl2O3Na2OCaO 6SiO2特性水硬性（加石膏调节硬化速度）玻璃态物质（在一定温度范围内软化）非晶体陶瓷：（1）主要原料：粘土（2）生产过程：混合成型干燥烧结冷却陶器（3）陶与瓷的制取区别： 原料粘土的纯度不同烧制温度不同。（四）新型无机非金属材料特性：（1）耐高温，高强度（2）有电学、光学、生物学特性或功能三、典型解析： 例1把26g含有SiO2和CaCO3固体在高温下加热至质量不再改变，冷却后称重为17.2g。 （1）写出有关的化学反应方程式 （2）求生成CO2的体积（标况）高温 （3）求原混合物中所含SiO2的质量。高温 解析：（1）SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 CaCO3 CaO+CO2 从上述反应也可比较出两种盐的热稳定性：CaSiO3CaCO3 在此高温条件下，CaCO3不会过剩，故前后固体质量减少值即为CO2质量。m(CO2)=26g17.2g=8.8gn(CO2)=0.2mol，V(CO2)= 4.48LCaCO3 CO2100g 1mol20g 0.2molm(SiO2)=26g20g=6g例2矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所措的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如钾长石（KalSi3O8）风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此后反应的离子方程式为：2KalSi3O8+2H2CO3+9H2O=2K+2HCO3+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4.（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成KalSi3O8_ Al2Si2O5(OH)4（2）上述反应能够发生的原因是_解：（1）将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，只需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物，并用“”将它们合起来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成。在某种（或几种）氧化物前加合适系数。KalSi3O8 K2OAl2O36SiO2Al2Si2O5(OH4) Al2O32SiO22H2O（2）分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的复分解反应，是由于酸H2CO3H4SiO4.发生了较强的酸制较弱的酸反应。例3现有Na2CO3溶液2mol/L、500mL和HCl溶液2mol/L750mL.若向HCl溶液中逐滴加Na2CO3溶液 向Na2CO3溶液中逐滴加HCl溶液分别产生CO2多少？解析n(Na2CO3)=1mol，n(HCl)=1.5mol，由于相互滴入的环境不同，发生反应不同。中HCl过量，发生反应产生的CO2不断逸出。设共产生xmolCO2 Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2 1 2 x 1.5 x=0.75mol中HCl不足，Na2CO3先转变为NaHCO3，后又部分转变成CO2，设生成CO2ymol，可由总守恒方程求解 Na2CO3+1.5HCl=Y CO2+(1y)NaHCO3+1.5NaCl+H2O由Na+守恒得：1y+1.5=21 y=0.5（mol）. 由此可见，先后滴入的次序不同，所得气体量不同，故可用相互滴入法来鉴别Na2CO3和HCl两种无色溶液。 想一想：如维持两种溶液浓度不变，Na2CO3溶液和HCl溶液均为1L，结果又如何呢？巩 固 练 习一、 选择题（每小题有12个选项符合题意）1下列物质中不能用化合的方法制得的得（ ）SiO2 H2SiO3 Na2O2 FeCl2 FeCl3 CaSiO3A B C D和2近年来，科学家们研究得到一种新分子C60，有关C60的说法正确的是（ ）A是一种新型的化合物 B和石墨都是碳的同素异形体C在纯氧中燃烧只生成惟一的产物CO2 D其摩尔质量720g3下列各组物质前者为后者的酸酐的是（ ）Cl2O7、HClO SO2、H2SO4 NO2、HNO3 SiO2、H4SiO4 Mn2O7、HMnO4ABCD4已知反应C(石墨)=C(金刚石)为吸热反应，下列说法正确的是（ ）A石墨比金刚石稳定 B金刚石比石墨稳定C石墨与金刚石一样稳定 D以上说法都不对5将过量的CO2气体通入下列溶液中，最终溶液不变浑浊的是（ ）ACaCl2与NaOH的混合溶液 BCa(OH)2溶液CNa2CO3饱和溶液 DNa2SiO3溶液6下列各组物质间，不能发生反应的是（ ）A二氧化硅与氧化钙（高温） B二氧化硅与氢氧化钠（常温）C二氧化硅与碳（高温） D二氧化硅与浓HNO3（常温）7去味剂可以除去冰箱里的一股特殊气味，下列物质可作去味剂的是（ ）A干冰 B活性炭 C氯气 D二氧化碳8大气中CO2增多引起“温室效应”，你认为目前大气中的CO2主要来源于（ ）A植物的呼吸与腐烂放出CO2 B人口增长，呼出的CO2增多C工业上大量燃烧含碳燃料 D建筑工业的发展使大量碳酸盐分解9下列关于硅的说法不正确的是（ ）A硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D当加热到一定温度时，硅能与氧气等非金属反应10可以肯定溶液中大量存在CO32的理由是（ ）A加入AgNO3溶液中产生大量白色沉淀 B加入酸有无色无味气体产生C加入BaCl2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可以使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体D加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸，反应现象如C所述11下列离子方程式不正确的是（ ）A少量Na2CO3溶液滴入到硝酸中： H+CO32=HCO3B过量CO2通入到澄清的石灰水中：CO2+Ca2+2OH=CaCO3+H2OC烧碱溶液与碳酸氢钙溶液混合：2OH+Ca2+2HCO3=CaCO3+CO32+2H2OD小苏打溶液与氢氧化钡溶液反应：HCO3+Ba2+OH=BaCO3+H2O12在标准状况下，将CO2和CO的混合气体，密为gL1，充满一盛有足够Na2O2的密闭容器中（容积为22.4L），用间断的电火花引发至充分反应，反应完成后，对容器里存在的物质的叙述正确的是（ ）A存在0.5molCO B存在0.125molO2C存在0.25molNa2CO3 D存在0.5molNa2CO313某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应，消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6 ：5 ，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为（ ）A1 ：1 B 1 ：2 C1 ：3 D1 ：414下列材料的特征及用途说法不正确的是（ ）A氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿B氧化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机C光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料D人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机15石英砂和焦碳在高温电炉中，可以合成金刚砂，金刚砂硬度很大，工业上用来作磨料，以下说法不正确的是（ ）高炉 A金刚砂的化学成分是SiO2高炉 B反应方程式是SiO2+2C SiC+CO2C反应方程式是SiO2+3C SiC+COD金刚砂的结构类似金刚石16把CO2通入NaOH溶液中，当CO2与NaOH完全反应时，其质量之比为11 ：15，刚下列说法不正确的是（ ）A溶液中除OH外，只存在一种阴离子B溶液中溶质的物质的量之比为1 ：1C反应后有CO2气体逸出D溶液中还可以吸收部分CO2阅读下文，完成1113题硅晶体结构类似于类金刚石，低温下单质硅不活泼，与空气、水、酸均无作用，但可以与强碱和强氧化剂在适当湿度下作用，如硅能与卤素在加热或高温下生成四卤化硅，高价态硅的化合物可在高温下被碳、镁、氢气等还原剂单质硅；工业上也可用硅石与焦炭在高温下制金刚砂（SiC），某高纯硅炼制厂利用食盐、石英、水、焦炭为原料制取用作半导体材料的高纯硅。17假设根据每步反应建立一个生产车间，该高纯硅厂家需要几个车间（ ）A3个 B4个 C5个 D6个18生产原理中没有涉及到的反应是（ ）A置换反应 B复分解反应 C化合反应 D电解反应19该厂家不采用石英与焦炭直接制高纯硅的主要原因是（ ）A产量太低 B产品中含SiCC产品中含有过量的硅石和焦炭 D耗能太大20对于碳酸氢钠与碳酸钠的性质，下列叙述错误的是（ ）A质量相同时，跟足量的盐酸反应相同条件下碳酸钠的产生的CO2体积多B物质的量相同时，跟盐酸完全反应碳酸钠消耗的盐酸是碳酸氢钠的2倍（盐酸浓度相同）C物质的量相同时，跟足量盐酸反应，在相同状况下，得到等体积的CO2D将它们分别加入澄清石灰水中都会产生白色沉淀21将一小块焦炭和mg氧气，同时放入装有压力表的密闭容器中，压力为P0，当在一定条件下充分反应后恢复到原湿度，压力为P1，且P0P12P0，则加入的焦炭的质量W为（ ）AW BWCW DW=22某K2CO3样品中含有Na2CO3、KNO3和Ba(NO3)2三种杂质中的一种或两种。现将13.8g样品中加放足量水，样品全部溶解。再加入过量的CaCl2溶液，得到9g沉淀。对样品所含杂质的正确判断是（ ）A肯定有KNO3，肯定没有Na2CO3B肯定有KNO3，可能还含有Na2CO3C肯定没有Ba(NO3)2，一定有KNO3和Na2CO3D肯定没有Na2CO3和Ba(NO3)223把7.4gNa2CO310H2O和NaHCO3组成的混合物溶于水，配成100mL溶液，其中Na+=0.6molL1，若把等质量的混合物加热至恒重时，残留物质的质量是（ ）A5.28g B4.22g C3.18g D2.12g24根据硅在元素周期表中的位置推测，下列不可能具有的性质是（ ）A单质在通常状况下是固体B硅具有导电性 CSiH4（硅烷）比CH4稳定D硅的常见化合价是+425把xmolCO2通入含ymolCa(OH)2的石灰水中，充分反应后，下列叙述不正确的是（ ）A当xy时，生成100xg沉淀 B当xy时，生成100yg沉淀C当yx2y时，生成100（2yx）g沉淀D当2yx时，无沉淀生成26某无色混合气体可能含有CO2COH2O（气）H2中的一种或几种，依次进行下列处理（假设每次处理的反应完全）：通过碱石灰、气体体积变小。通过赤热的氧化铜时，固体全部变为红色。通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色。通过澄清石灰水，溶液变浑浊。由此可以确定混合气体中（ ）A一定含有CO、H2O，可能含有H2、CO中的一种或两种B一定含有CO、H2O，可能含有CO2、H2中的一种或两种。C一定含有CO和H2，可能含有H2O、CO2中的一种或两种D一定含有CO，可能含有H2O、H2中的一种或两种二、 填空题或简答题27称取mgNa2CO3，恰好与20mL盐酸全部反应生成CO2、H2O