2014年高考化学专题复习——碳 无机非金属材料

2014高考化学必备专题碳族元素与无机非金属材料【考纲解读】1.了解碳和硅元素的单质及其化合物物的性质和应用，掌握碳族元素在元素周期表中的位置及其性质的关系。2.了解碳的氧化物对大气的污染及其防治3.了解硅元素单质及其化合物与无机非金属材料的关系4.碳与硅单质及化合物知识的综合应用【高考预测】 1.碳族元素的递变规律，碳、二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐的性质及制法2.晶体硅及金刚石，二氧化碳与二氧化硅在晶体类型、熔沸点高低上的判断，硅和硅酸盐的化学性质及重要用途3.利用碳和硅单质及其化合物的性质及其转化关系进行综合实验和实验探究、物质推断和相互计算；二氧化碳分别与二氧化硅、二氧化硫的性质比较及综合拓展。4。碳、硅的结构及其在周期表中位置在元素推断题中常考。一、碳单质及其性质1碳的同素异形体碳的同素异形体有金刚石（原子晶体）、石墨（过渡型晶体）、C60（分子晶体）、无定形炭（如木炭、活性炭等）。不同的同素异形体，具有不同的物理性质。同素异形体的比较同素异形体金刚石石墨C60晶体结构正四面体，空间网状的原子晶体平面层状正六边形结构，层间以范德华力相结合笼状结构，型似足球，分子间以范德华力结合成分子晶体主要性质熔点和沸点较高，硬度大，难溶于溶剂，不能导电熔点很高，质软有滑腻感，是电的良导体易与金属掺杂形成超导体主要用途钻具、装饰品润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料高温润滑剂、耐热防火材料误区警示 同素异形体与同位素这两个概念容易混淆，区分的关键是要分清物质类别：同素异形体指的是单质，而同位素是原子。例1：（2013江苏化学6）甲、乙、丙、丁四种物质中，甲、乙、丙均含有相同的某种元素，它们之间具有如下转化关系：。下列有关物质的推断不正确的是A.若甲为焦炭，则丁可能是O2B.若甲为SO2，则丁可能是氨水C.若甲为Fe，则丁可能是盐酸D.若甲为NaOH溶液，则丁可能是CO2【参考答案】B二、一氧化碳和二氧化碳的比较 CO CO2 氧化物类型 不成盐氧化物 酸性氧化物物理性质无色、无味、有毒气体，比空气轻、难溶于水无色、无味气体，比空气重，常温下1体积H2O溶解1体积CO2化学类型 酸碱性不反应与盐Ca(ClO)2、Na2SiO3、NaAlO2、 C6H5ONa可燃性 2CO + O2 22CO2 不能燃烧，一般情况下不助燃氧化还原性有还原性3CO + Fe2O32Fe + 3CO2CO + H2O(g) CO2 + H2无还原性，有弱氧化性CO2 + C2COCO2 + 2Mg22MgO + C实验室制法CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2工业制法C + H2O(g) CO + H2CaCOCaO + CO2检验方法点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯，无水雾出现，罩沾有澄清的石灰水的烧杯，出现浑浊使澄清的石灰水变浑浊主要用途燃料、还原剂、化工原料灭火剂、致冷剂、人工降雨、制纯碱、尿素等作用【规律方法】除杂方法：（1） CO中混有CO2 ，通过盛有澄清石灰水的洗气瓶。（2） CO2中混有CO，通过硬质玻璃管中灼热的CuO.（3） CO2中混有SO2、HCl，通过盛有饱和碳酸钠溶液的洗气瓶三、二氧化碳实验室制法：在实验室里，常用稀盐酸跟大理石（或石灰石）反应来制得二氧化碳，这个反应在常温时就能进行，因而不需要酒精灯等加热装置。反应物大理石是固体，可装在锥形瓶或平底烧瓶里；盐酸是液体，可由长颈漏斗加入。如下表所示：药品碳酸钙和稀盐酸反应原理CaCO3 + 2HCl =CaCl2 + H2O + CO2实验装置发生装置：与制H2的发生装置相同收集装置：一般只能用向上排空气法收集检验用澄清石灰水验满用燃着的木条伸到瓶口，若木条熄灭，则收集已满【特别提醒】、 实验室制取CO2不能用稀硫酸代替稀盐酸，因为CaCO3与H2SO4反应生成的CaSO4是一种微溶于水的物质，它覆盖在CaCO3表面，阻止了反应的进一步进行。也不要用Na2CO3和稀盐酸反应，因为它们的反应速度太快，不利于控制反应的进行。不可用浓盐酸，浓盐酸易挥发出HCl气体，使CO2不纯。实验室制得的CO2往往含有少量的HCl气体，如果把这种CO2气体通入石灰水中，将看不到变浑浊的现象，因为HCl溶于水，使CO2与石灰水反应产生的CaCO3溶解而生成可溶性的CaCl2， 例2：（2013上海化学21）一定条件下，将0.1LCO、0.2LCO2、0.1LNO、0.2LNO2和0.2LNH3混合，然后通过分别盛有足量蒸馏水、饱和碳酸氢钠溶液和氢氧化钠溶液的三个洗气瓶（洗气瓶排列顺序不确定）。假设气体通过每个洗气瓶都能充分反应则尾气（已干燥）A.可能是单一气体 B.不可能含有一氧化碳C.可能存在原气体中的两种气体 D.成分和洗气瓶的排列顺序无关【答案】AC四、碳酸盐及碳酸氢盐的性质分析1. 碳酸盐及碳酸氢盐的性质溶解性：碱金属及NH4+的碳酸盐易溶于水，其余的碳酸盐难溶于水；碳酸氢盐都易溶于水。与酸反应放出CO2。受热易分解：难溶的碳酸盐受热易分解（如CaCO3），可溶的碳酸盐受热不易分解（如Na2CO3）。碳酸氢盐受热都易分解为碳酸盐：Ca(HCO3)2 =CaCO3 + CO2+ H2OH+OH-碳酸盐 酸式碳酸盐相互转化：2.碳酸钠与.碳酸氢钠性质比较比较项目碳酸钠碳酸氢钠俗名苏打小苏打物理性质色态白色固体白色固体溶解性（在水中）易溶较易溶化学性质与盐酸反应Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2+2H2ONaHCO3+HCl=NaCl+CO2+ H2O与氢氧化钠反应不反应NaHCO3+NaOH=Na2CO3+ H2O与氯化钙反应Na2CO3+CaCl2=CaCO3+2 NaCl不反应稳定性稳定受热易分解转化Na2 CO3 NaHCO3用途玻璃、造纸、发酵粉、治胃病特别提醒：一般的，在相同温度下酸式盐的溶解度比相应正盐的大，但是碳酸钠与碳酸氢钠例外：溶解度碳酸钠碳酸氢钠。例3：（2013广东理综10）下列叙述和均正确并且有因果关系的是答案：五、硅及其化合物的性质、用途1单质硅的性质、用途硅常温下性质稳定，高温时性质活泼，主要表现为还原性。硅物理性质灰黑色固体，有金属光泽，硬而脆，熔沸点高，是良好的半导体材料还原性与单质反应Si + O2 SiO2Si + 2F2 SiF4与酸反应Si + 4HF SiF4+ 2H2与碱溶液反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2用途制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可制成太阳能电池，制变压器铁芯，制耐酸设备。2二氧化硅的性质、用途二氧化硅存在岩石、硅石、石英等物理性质纯净的二氧化硅是无色晶体，质硬而难溶于水。化学性质与水不能与水反应与酸除HF外不反应与NaOH溶液SiO2+2NaOHNa2SiO3 +2H2 O与CaO SiO2 +CaO CaSiO3与Na2CO3 固体SiO2+Na2CO3CO2+ Na2SiO3用途用于光纤通信、光学仪器、钟表、电子部件例4：（2013江苏化学4）下列有关物质性质的应用正确的是A.液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂B.二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸C.生石灰能与水反应，可用来干燥氯气D.氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝【参考答案】A【特别提醒】1Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：2CSiO2 2非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却放出H2：Si2Na2OHH2O 3非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si+4HF 4非金属单质一般为非导体，但Si为 。5SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。6非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔沸点却 。7酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO24HF 8无机酸一般易溶于水，H2SiO3却难溶于水。9因碳酸的酸性强于硅酸，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+H2O ，但在高温下2Na2CO3+SiO2 也能发生。10Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液（即水玻璃）俗称 ，但它却是 的溶液，并不是 溶液。11要特别注意硅和二氧化硅的用途。例如:硅是良好的半导体材料，用来制造计算机的芯片，二氧化硅是制取光导纤维的主要原料。六、硅及二氧化硅的结构1硅与二氧化硅都是原子晶体，其结构模型可由金刚石的结构类推，如果将金刚石结构中的碳原子全部用硅原子替换，则为硅晶体。在硅晶体中，每两个硅原子之间加一个氧原子，即为二氧化硅晶体（如图所示）。 2它们的基本结构单元均为正四面体，向空间发展为立体网状结构。3在它们的结构中含有很强的作用共价键，因此它们均属于高熔沸点、高硬度的物质。【误区警示】要注意金刚石、硅、二氧化硅中原子个数与共价键数的关系。在金刚石和硅晶体中原子个数与共价键数的比值为1：2而不是1：4；在二氧化硅中硅原子个数与共价键数的比值为1：4，氧原子个数与共价键数的比值为1：2。七、无机非金属材料1传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的比较传统硅酸盐材料新型无机非金属材料重要材料水泥、玻璃、陶瓷等高温结构陶瓷、光导纤维等优点抗腐蚀、耐高温抗腐蚀、耐高温缺点质脆经不起热冲击特性耐高温、强度高、具有电学特性、具有光学特性、具有生物功能。2玻璃小结：普通玻璃熔化后急剧冷却得钢化玻璃；熔化后加入氧化铅得光学玻璃；熔化后加入氧化亚铜得红玻璃；熔化后加入氧化钴得蓝玻璃；有机玻璃属于塑料。例5：（2013北京理综6）下列设备工作时，将化学能转化为热能的是【答案】D【特别提醒】记牢硅酸盐产品的成分、原料。熟悉新型无机非金属材料在高新尖技术中的重要作用，在考试中常以信息题的形式考查。【考点精析】考点1 碳族元素例1（2013年山东曲阜模拟）下图所示为常见气体制备、分离、干爆和性质验证的部分仪器装置（加热设备及夹持固定装置均略去），请根据要求完成下列各题（仪器装置可任意选用，必要时可重复选择，a、b为活塞）。（1）若气体入口通入CO和CO2的混合气体，E内放置CuO，选择装置获得纯净干燥的CO，并验证其还原性及氧化产物，所选装置的连接顺序为 （填代号）。能验证CO氧化产物的现象是 。（2）停止CO和CO2混合气体的通入，E内放置Na2O2，按AEDBH装置顺序制取纯净干燥的O2，并用O2氧化乙醇。此时，活塞a应 ，活塞b应 。需要加热的仪器装置有 （填代号），m中反应的化学方程式为 。（3）若气体入口改通空气，分液漏斗内改改加浓氨水，圆地烧瓶内改加 NaOH 固体，E内装有铂铹合金网，按AGED装置程序制取干燥氧气，并验证氨的某些性质。装置A中能产生氨气的原因有： 。实验中观察到E内有红棕色气体现出，证明氨气具有 性。【答案】（1）ACBECF AB之间的C装置中溶液保持澄清，EF之同的C装置中溶液变浑浊 （2）关闭 打开 k m 2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O（3）氢氧化钠溶于水放出大量热，温度升高，使氨的溶解度减小而放出；氧氧化钠吸水，促使氨放出；氢氧化钠电离出的OH-增大了氨水中OH-浓度，促使氨水电离平衡左移，导致氨气放出。还原【方法技巧】本题得分的关键是应明确实验目的：证明混合气体中有CO和H2。要想达到目的，只能利用它们的还原性将之转化为CO2和H2O来检验，同时又要防止CO2和水蒸气的干扰，所以，用CO和H2还原CuO之前，必须首先除去CO2和水蒸气。本题应先解决第（4）问。考点2 碳酸盐性质的一般规律例2（1）钟乳石和石笋的主要成分是碳酸钙，其形成过程如右图所示。随着旅游人数的增加，潮湿溶洞中的钟乳石和石笋受到二氧化碳侵蚀，其化学方程式为：_。（2）某学生提出一个修复溶洞底部受损石笋的研究方案，由以下五步组成，正确的实验步骤依次是_。将盛有碱溶液的容器置于石笋的上部 配制一定浓度的碱溶液 选择合适的碱 调节碱溶液下滴的速度 观察石笋表面复原情况【答案】（1）CaCO3CO2 + H2OCa(HCO3)2 （2）【误区警示】认为应先观察石笋表面复原情况，根据石笋表面复原情况调节碱溶液下滴的速度，易将和搞反。考点3 硅及其化合物的特性 例3 （2013海南化学20II）（14分）硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是 。（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有 。（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为 ；碳化硅又称 ，其晶体结构与 相似。在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/235557.631.88.2-30.4-84.9-111.9SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为 。（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是 。答案 （1）含有硅、碳的铁合金（或硅铁）（2）石英砂、纯碱和石灰石（3）SiO2+3CSiC+2CO金刚砂金刚石（或单晶硅）精馏（或蒸馏）H4SiO4（或H2SiO3）、H2、HCl（4）H2、HCl考点4 无机非金属材料例4 （2013福建理综6）化学与社会、生产、生活紧切相关。下列说法正确的是A石英只能用于生产光导纤维 B从海水提取物质都必须通过化学反应才能实现C为了增加食物的营养成分，可以大量使用食品添加剂D“地沟油”禁止食用，但可以用来制肥皂【知识点】化学与生活 【答案】D 【课后精练】一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)1（2013广东理综11）下列措施不合理的是A用SO2漂白纸浆和草帽辫 B用硫酸清洗锅炉中的水垢C高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅D用Na2S作沉淀剂，除去废水中和2向一定浓度的下列物质的澄清溶液中通入过量的CO2气体，最后肯定没有沉淀生成的是()Ca(OH)2Na2CO3CaCl2Ca(ClO)2Na2SiO3A BC D3由一气体甲开始，可发生如下四个变化：甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体，则甲、乙、丙、丁分别为()ACO2、CO、O2、CaOBO2、CO、CO2、CaCO3CO2、CO2、CO、CaCO3 DCO、CO2、O2、Ca(OH)24(2013皖南模拟)“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示（部分条件及物质未标出）。下列有关该方法的叙述中正确的是A.能耗大是该方法的一大缺点 B.整个过程中，只有一种物质可以循环利用C.“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤D.该方法并没有减少CO2，在实际生产中没有意义。5下列关于NaHCO3的叙述，不正确的是()A它是一种白色粉末，溶解度小于Na2CO3B加热至200 左右，可完全分解，利用这种性质，可由NaHCO3制取纯碱C与Na2CO3相同质量时，分别跟足量盐酸反应后，NaHCO3可得到较多的二氧化碳D它是弱电解质，因为HCO不完全电离6如图实验中，和分别代表的试剂或操作是()AHCl，加热BCO2，加热C加热，NaOH DH2SO4，过滤7某同学在家中找到一种白色粉末，溶于水得无色溶液，拿到学校实验室进行实验，实验过程与现象如下。下列对此粉末成分的判断中正确的是()A该粉末一定是碳酸钙B该粉末一定是碳酸氢钠C该粉末一定是一种碱D该粉末中含有碳酸根离子或碳酸氢根离子8为除去括号内的杂质，所选用的试剂或方法不正确的是()ANa2CO3粉末(NaHCO3)加热BNaHCO3溶液(Na2CO3)应通入过量的CO2气体CNa2O2粉末(Na2O)将混合物在氧气中加热DNa2CO3溶液(Na2SO4)加入适量Ba(OH)2溶液，过滤9鉴别K2CO3和NaHCO3两种白色固体，有4位同学分别设计了下列四种方法，其中最合理的是()A分别取样置于两支试管中配成等物质的量浓度的溶液，分别加入1 mol/L的盐酸，观察气泡产生的快慢B分别取样溶于水后，再测量溶液的pHC分别取样配成溶液，滴加Ba(OH)2溶液，观察有无白色沉淀生成D先取样配成溶液，然后取溶液做焰色反应实验，观察火焰的颜色10(2013蚌埠质检)如图是碳循环中的一部分。下面对该图示的理解不正确的是()A2009年哥本哈根会议讨论的议题主要涉及反应B反应是在植物体内完成的C反应是造成大气中CO2浓度逐渐升高的主要原因D反应是人为缓解温室效应的措施11向0.1 molL1NaOH溶液中通入过量CO2后，溶液中存在的主要离子是()ANa、COBNa、HCOCHCO、CO DNa、OH12向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体8.96 L(0 ，1.01105 Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的总物质的量与通入CO2气体的体积关系图象正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)()二、非选择题(本题包括4小题，共52分)13(12分)看图回答问题：(1)上图中讲到的碱一般用的是_(填化学式)。(2)上图D中的化学反应原理用离子方程式可表示为_。(3)在日常生活中有患胃溃疡并轻度胃穿孔的病人不适合服用NaHCO3来中和胃酸，而是服用胃舒平其中含Al(OH)3，其原因是：_，相应的离子方程式为：_。14(13分)A、B、C、D、E、F六种物质有如下变化关系，E是淡黄色粉末，判断：(1)写出A、B、C、D、E、F的化学式：A_，D._。(2)写出有关反应的化学方程式(是离子反应的直接写离子方程式)BC：_，CF：_，FC：_。15(13分)(2012济南模拟)为了证明一氧化碳具有还原性，有人设计了下列实验：(1)装置B中最适宜的试剂是_。(2)装置D中发生反应的化学方程式是_。(3)必须用装置C吸收除去气体中水蒸气的理由是_。(4)若根据F中石灰水变浑浊的现象也能确定CO具有还原性，应在上图中装置_与_之间连接下列装置中的_(填序号)。16(14分)(2013九江质检)纯碱、烧碱等是重要的化工原料。(1)利用上图所示装置可间接证明二氧化碳与烧碱溶液发生了反应。将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的实验现象是_，若其他操作不变，将A与C连接，可观察到的现象是_。(2)向NaOH溶液中通入一定量CO2，结晶后得到白色固体，该白色固体的组成可能是ANaOH和Na2CO3；B._ _；C_；D._。(3)设计实验确定(2)中白色固体中存在A项中的阴离子：实验操作实验现象结论(1)取少量白色固体于试管中，加足量水溶解，再加足量BaCl2溶液(2)答案1B2A中生成Ca(HCO3)2，中若为饱和Na2CO3溶液，通入足量CO2后析出NaHCO3晶体，中CO2与CaCl2不反应，中最后生成Ca(HCO3)2和HClO，中生成H2SiO3沉淀。3C以丙气体作为突破口，丙通过灼热的CuO后生成的乙气体可与石灰水反应生成沉淀，说明乙是CO2，丙是CO，则甲是O2，丁是CaCO3。4A5DNa2CO3CO2 106 g 1 mol NaHCO3CO2 84 g 1 mol因此等质量的Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应，Na2CO3得到的CO2要少于NaHCO3；NaHCO3为强电解质，因为其溶于水后可全部电离为Na和HCO。6BCaCO3与强酸不能生成Ca(HCO3)2；CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2，对Ca(HCO3)2溶液加热可分解为CaCO3。7D由于白色粉末可溶于水，可排除A项；由于无色无味气体能使澄清石灰水变浑浊，可知该气体为CO2；溶液中加入盐酸能产生CO2，说明该溶液中至少含有CO、HCO离子中的一种。8DA项，NaHCO3受热分解生成Na2CO3，从而除去杂质；B项，Na2CO3与CO2、H2O反应生成NaHCO3；C项，Na2O与O2反应可生成Na2O2；D项，Na2SO4与Ba(OH)2反应，生成NaOH，又引入新的杂质。9AK2CO3与盐酸反应是分步进行的，先生成碳酸氢钾，盐酸过量时才生成气体，A项合理；B项中，因没有明确两种盐溶液的浓度，故不合理；C项，二者与Ba(OH)2溶液反应都产生BaCO3白色沉淀；D项中可直接用固体试样做焰色反应实验而不必先配成溶液。10C11